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主要大气污染物控制技术

2017-11-13 点击数:129
 (一)烟尘控制技术
  大气中固体颗粒污染物与燃料燃烧关系密切。减少固体颗粒物的排放可采取两种措施:一是改变燃料的构成,以减少颗粒物的生成,比如用天然气代替煤,用核能发电取代燃煤发电等;二是在烟尘排放到大气环境之前,采用控制设备将尘除掉,以减轻大气环境污染程度。这里重点介绍第二类方法。
  由燃料及其他物质燃烧或以电能加热等过程产生的烟尘,以及对固体物料破碎、筛分和输送等机械过程产生的粉尘,都是以固态或液态的粒子存在于气体中,从气体中除去或收集这些固态或液态粒子的设备称为除尘装置。
  根据主要除尘机理。常用的除尘装置可分为:(1)机械式除尘装置;(2)袋式除尘装置;(3)湿式除尘装置;(4)电除尘装置。
  在选择除尘装置时除要考虑所处理的粉尘特性外,还应考虑除尘装置的气体处理量,除尘装置的效率及压力损失等技术指标和有关经济性能指标。
  1.干式机械除尘装置:不用水或其他液体作润湿剂,仅利用重力、惯性力及离心力等沉降作用去除气体中粉尘粒子的装置称为干式机械除尘装置。主要的类型有:重力沉降室;惯性力除尘器;离心力除尘器。
  干式机械除尘装置主要特点是结构简单、易于制造、造价低、施工快、便于维修及阻力小等优点,因而它们广泛用于工业。该类除尘装置对大粒径粉尘的去除具有较高的效率,而对于小粒径粉尘捕获效率很低。表2-17示出几种机械除尘装置的除尘特性。
  (1)沉降室除尘:使含尘气体中的粉尘粒子借助重力作用而达到除尘目的的一种除尘装置。合尘气流通过横断面积比管道大得多的沉降室时,由于含尘气流水平流速大大降低,致使其中较大的粒子在沉降室中有足够的时间受重力作用而沉降。这种沉降室往往安装在其他收集设备之前,做为除去较大粒径尘粒的预处理装置,图2-22是一个简单沉降室的降尘示意图。
  (2)旋风除尘器:这是利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置。它是由进气管、筒体、锥体和排气管等组成,气流流动状况如图2-23所示。含尘气流进入除尘器后,沿外壁由上向下作旋转运动,同时有少量气体沿径向运动到中心区域。气流作旋转运动时,尘粒在离心力作用下逐步移向外壁,到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。净化的气体达到锥体底部后,转而向上沿轴心旋转,最后经排管排出。这种分离方式使5μm以下的尘粒去除效率达到50%。
  (3)惯性除尘装置:使含尘气流与挡板相撞,或使气流急剧地改变方向,借助其中粉尘粒子的惯性力使粒子分离并捕集的一种装置。图2-24所示是含尘气流冲击在两块挡板上时尘粒分离的机理。
  2.过滤式除尘装置:又称空气过滤器,这是使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置。采用滤纸或玻璃纤维等填充层做滤料的空气过滤器,主要用于通风及空气调节方面的气体净化;采用砂、砾、焦炭等颗粒物做为滤料的颗粒层除尘器,在高温烟气除尘方面引入注目;采用纤维织物作滤料的袋式除尘器,主要在工业尾气的除尘方面应用较广。这里主要介绍袋式除尘器。它的除尘效率一般可达99%以上,如图2-25所示。含尘气流从下部进入圆筒形滤袋,在通过滤料的孔隙时,粉尘被捕集于滤料上,透过滤料的清洁气体由排出口排出,一个袋室可装有若干只分布在若干个舱内的织物过滤袋,常用滤料由棉、毛、人造纤维织物加工而成。这种方法除尘效率高,操作简便,适合于含尘浓度低的气体;其缺点是占地多、维修费用高,不耐高温、高湿气流。
  3.湿式除尘装置:湿式除尘装置是使含尘气体与液体(一般为水)密切接触,利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其他作用捕集尘粒或使粒径增大的装置。它可以有效地将直径为0.1—20μm的液态或固态粒子从气流中除去,同时,也能脱除气态污染物。根据湿式除尘器的净化机理,可将其分为7类:重力喷雾洗涤器、离心洗涤器、自激喷雾洗涤器、板式洗涤器、填料洗涤器、文丘里洗涤器、机械诱导喷雾洗涤器。应用广泛的三类湿式除尘器,即喷雾塔式洗涤器、离心洗涤器和文丘里式洗涤器,如图2-26、2-27所示,圆柱形的喷雾塔是一种最简单的湿式除尘装置,在逆流式喷雾塔中,含尘气体向上运动,液滴由喷嘴喷出向下运动,因尘粒和液滴之间的惯性碰撞,拦截和凝聚等作用,使较大的粒子被液滴捕集。这种方法具有结构简单、造价低、占地面积小,操作及维修方便和净化效率高等优点,能够处理高温、高湿的气流,但要注意设备和管道的腐蚀以及污水和污泥的处理等问题。
  4.电除尘装置:电除尘器是含尘气体在通过高压电场进行电离的过程中,使尘粒荷电,并在电场力的作用下使尘粒沉积在集尘极上,将尘粒从含尘气体中分离出来的一种除尘设备。图2-28是一个简式电除尘器示意图。它的集尘极为一圆形金属管,放电极极线(电晕线)用重锤悬吊在集尘极圆管中心。含尘气流由除尘器下部进入,净化后的气流由顶部排出。这种电除尘器多用于净化气体量较大的含尘气体。此外还有板式电除尘器。这种电除尘器的优点是对粒径很小的尘粒具有较高的去除效率,耐高温,气流阻力小,除尘效率不受含尘浓度和烟气流量的影响,是当前较为理想的除尘设备,但设备投资费用高,占地大,技术要求高。
  (二)二氧化硫净化技术
  目前控制燃烧生成的SO2,主要方法有:燃料脱硫,燃烧过程中脱硫或烟气脱硫。
  1.燃料脱硫
  (1)煤炭的洗选:广泛采用的工艺主要是重力分选法,分选后原煤合硫量降低40—90%。净化效率取决于煤中无机和有机硫的含量。其他正在研究的脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细菌脱硫法等多种方法,但尚无工业实用的价值。
  (2)煤炭的转化:主要是煤的气化或液化,即对煤进行脱碳或加氢改变其原有的碳氢比,将煤料变成清洁的二次燃料。
  煤气主要是氢、一氧化碳和甲烷等可燃混合气。煤气中的硫主要以H2S形式存在,可用湿法脱除大部分H2S,再用干法除去其余部分。
  煤的液化方法分为二类:直接法(如SRC-Ⅱ法);间接法(如鲁齐气化-弗-托合成法)。因方法工艺耗水量大,废水污染严重,成本较高等因素影响该方法的普及。
  (3)重油脱硫:常用的脱硫方法是在钼、钴和镍等的金属氧化物催化剂作用下,通过高压加氢反应、切断C—S的化合键,以氢置换出碳,同时氢与硫作用形成硫化氢,从重油中分离出来而除去。目前发展了直接脱硫和间接脱硫两种工艺。
  直接脱硫是选用抗中毒性能较好的催化剂,将重油直接引入装有催化剂的反应塔加氢脱硫。这种方法效果好,可使脱硫重油含硫量下降到1%;间接脱硫,是先将重油减压蒸馏,分成馏出油和残油。单独将馏出油进行高压加氢脱硫,然后与残油相混合;或以液化丙烷(或丁烷)作溶剂,对残油进行处理,分离出沥青后,再与馏出油混合进行加氢处理。
  2.燃烧脱硫:烟气中SO2浓度一般低于0.5%,给脱硫技术带来不少困难,合理地选择烟气脱硫工艺必须考虑环境、经济、社会等多种因素。烟气脱硫方法一般可分为湿法和干法两大类。
  (1)石灰/石灰石洗涤:烟气由含亚硫酸钙和硫酸钙的石灰/石灰石浆液洗涤,SO2与浆液中的碱性物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫酸盐。浆液中的固体(包括燃煤飞灰)连续地从浆液中分离出来。
  (2)氨法:以氨作SO2吸收剂,与其他碱类相比,氨可以保留在吸收产物中制成含氮肥料。以氨溶液吸收SO2时,其化学反应迅速,质量传递主要受气相阻力控制,吸收效率可达90%以上。
  (3)喷雾干燥吸收法烟气脱硫:当SO2被雾化了的Ca(OH)2浆液或Na2CO3溶液吸收,同时,温度较高的烟气使液滴干燥脱水,形成干固体废物。干废物(由亚硫酸盐、硫酸盐、未反应的吸收剂和飞灰组成)由袋式除尘器或电除尘器捕集,这是目前唯一工业化的干法烟气脱硫技术,并逐渐替代传统的湿式洗涤器。
  3.流化床燃烧脱硫:流化床燃烧本质上是一种低温燃烧过程,炉内存有局部还原气氛,因而NOx的发生量减少,常用的脱硫剂系石灰石或白云石。将它们粉碎成与煤同样的粒度即粒径在2mm左右,与煤同时加入炉内,在1073—1173K下燃烧,石灰石受热分解析出CO2,形成多孔的氧化钙并进而与SO2作用,生成硫酸盐,以达到固硫的目的。目前流化床燃烧脱硫技术只适用于中小容量的工业锅炉和炉窑。
  4.低浓度SO2的吸附净化:一般采用活性炭作吸附剂。当烟气中含有足量的水蒸气和氧时,SO2伴随着发生化学吸附,在活性炭表面上发生化学反应,SO2氧化成SO3,并与H2O反应生成稀硫酸。用金属盐浸渍吸附剂可以增加对SO2的吸着率。这种方法的脱硫率可达90 %。
  (三)汽车尾气的催化净化
  近年来,城市建设和交通事业发展很快,汽车尾气对城市大气的污染日趋严重,净化汽车尾气已成为一些城市保护大气环境的重要课题。
  汽车尾气中主要含烃类、CO和NOx等有害物质,前两种是燃料不完全燃烧所产生,NOx则是由汽缸中的高温条件所造成的,在汽车发动过程中排放的这些成分造成环境污染。催化转化法,因其反应快,设备体积小,污染物可直接转化为无害物,加上发动机排气具有足够高的温度,适用于汽车尾气净化。
  汽车尾气的完全催化转化一般是分两步完成的:一步是催化还原NOx另一步是催化氧化CH和CO。为了不外加还原剂,一般将还原NOx作为第一步,即利用尾气中的CO和CHx作还原剂,并通过调整空燃比造成良好的还原气氛,净化NOx,同时也除去一部分CO和CHx,剩下CO和CH在第二步中被催化燃烧,以达到尾气净化的作用。目前已发展应用所谓三效催化剂,能同时完成对CH、CO和NOx的净化,在严格控制空燃比的前提下,可达到较高的净化效率。目前,这种方法已付诸实施。
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