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鉛鋅冶煉行業煙化爐尾氣是重要的大氣污染源之一，其煙氣通常具有如下特點：1）顆粒物濃度高、粒徑小。水淬高溫爐渣溫度高達1150℃，熔煉后的料渣在卸料口經噴水降溫后形成大量水蒸氣并夾帶多種組分的顆粒物，最高濃度可達3000 mg/m³；顆粒物中位粒徑僅為8.798 μm。2）煙氣及顆粒物成分復雜。煙氣中含有CO、H₂S、SO₂、SO₃等有害成分，顆粒物成分以氧化鋅、硫化鋅、氧化鉛為主，并含有一定量的硫化亞鐵以及硫化銅；同時煙氣中攜帶大量可溶性鹽，在煙氣降溫后結晶析出，進一步導致煙氣顆粒物濃度升高。3）煙氣濕度大。高溫爐渣與水接觸后使水迅速汽化，形成的水汽與煙氣難以分離，致使煙氣濕度增大。目前國內外圍繞鉛鋅冶煉行業煙化爐尾氣超低排放尚未形成經濟可靠、成熟適用的技術工藝。

蘭州大學資源環境學院通用環境工程團隊（GEE）聯合甘肅科技投資集團蘭州新區科技創新城發展有限公司以“云式”除塵技術為基礎，結合數值孿生，開展技術攻關，研發形成適用于鉛鋅冶煉行業煙化爐尾氣超低排放“多級云霧發生器強化異質凝并云式除塵技術”（圖1）。該工藝中“一級云霧發生器”可實現煙氣迅速降溫，提高水汽濕度，促使大部分顆粒核化長大；“二級云霧發生器”進一步補充水汽，提高飽和蒸汽壓，保證小顆粒核化所需的臨界水汽飽和度，最終協同超重力場高效收集超細顆粒物。該技術控制界面見圖2。

圖1  “多級云霧發生器強化異質凝并云式除塵技術”原理圖

圖2  “多級云霧發生器強化異質凝并云式除塵技術”控制界面

經過不斷調試與優化，“多級云霧發生器強化異質凝并云式除塵技術”處理鉛鋅冶煉行業煙化爐尾氣通過第三方檢測，處理效率高達99%以上，出口濃度能夠達到最新超低排放標準10mg/m³以下。2023年12月8日，由白銀有色集團第三治煉廠裝備能源部牽頭，組織熔煉車間、施工單位共同開展了對煙化爐尾氣超低排放治理項目驗收，通過對施工質量、自動化程度、使用效果、基礎資料等全面核驗后，一致認為“云式”除塵設備達到了技術要求，通過現場驗收并簽字確認。

圖3  現場裝置照片

近年來，蘭州大學資源環境學院王博教授牽頭的“通用環境工程團隊”圍繞“工業煙氣細顆粒物治理”開展了系列深入研究，依托國家重點研發計劃課題等科技項目，以及中石化、中石油等企事業單位委托的研發任務，以“云式”除塵技術為核心開展了一系列前沿科學研究和工程技術研發。目前，“云式”除塵技術已成功應用于中國石化催化劑有限公司長嶺分公司、中國石化催化劑有限公司南京分公司、正大能源材料（大連）有限公司、白銀有色集團股份有限公司、甘肅稀土新材料股份有限公司、建滔（河北）焦化有限公司等多個重點企業的超細粉塵治理，能夠替代如動力波、文丘里、濕式電除塵等技術，具有更低的建設和維護成本。近幾年來，“云式”除塵技術累計銷售額近5000萬元，新增利稅400余萬元，日處理含塵尾氣超800萬方，實現間接經濟和社會效益逾億元，帶來了良好的環境和社會效益。

圖4  “云式”除塵技術應用實例

該超低排放技術的成功研發與實施，是資源環境學院加快推進雙一流建設，落實學校“拓工”的學科發展思路、打造工程領域高水平人才團隊、培養工程技術類拔尖創新人才、探索工科建設新模式的具體舉措。同時也為國家持續深入打好藍天保衛戰貢獻蘭州大學力量。