環(huán)境工程學(xué)：第4-5次課 氣態(tài)污染物控制

1、第4&5次課 氣態(tài)污染物控制環(huán)境工程學(xué)氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物的凈化，就是利用化學(xué)、物理及生物等方法，將污染物從廢氣中分離或轉(zhuǎn)化。氣態(tài)污染物的凈化有多種方法，廣泛采用的吸收法、吸附法、燃燒及催化轉(zhuǎn)化法，其他的方法還有冷凝、生物凈化、膜分離及電子輻射-化學(xué)凈化等。氣態(tài)污染物的凈化可采用一種凈化方法，或多種方法聯(lián)合使用。下面介紹幾種主要的凈化方法。 氣態(tài)污染物控制一、吸收凈化二、吸附凈化三、催化轉(zhuǎn)化四、燃燒轉(zhuǎn)化五、生物轉(zhuǎn)化吸收是利用氣態(tài)污染物對某種液體的可溶性，將氣態(tài)污染物（溶質(zhì)）溶入液相(吸收劑或溶劑)，又稱濕式凈化。吸收分為物理吸收和化學(xué)吸收，前者是簡單的物理溶解過程，后者在吸收過程中氣體組分

2、與吸收劑還發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于工業(yè)廢氣往往是氣量大、氣態(tài)污染物含量低、凈化要求高，物理吸收難于滿足要求，化學(xué)吸收常常成為首選的方案。吸收凈化氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制（二）氣液傳質(zhì)的基本原理 1. 雙膜理論吸收過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)入液相的傳質(zhì)過程。氣液間的傳質(zhì)理論主要有雙膜理論(又稱滯留膜理論)、表面更新理論和溶質(zhì)滲透理論等，目前仍以雙膜理論為基礎(chǔ)來解釋吸收過程機(jī)理。雙膜理論是惠特曼(Whitman) 在1923年提出的一個(gè)描述氣液兩相的物質(zhì)傳遞理論，其模型如圖4-18所示。它假定：在氣、液兩相接觸處有一隨時(shí)保持平衡狀態(tài)的相界面；在氣液相界面附近，分別存在一個(gè)無對流作用非常穩(wěn)

3、定的層流（滯流）薄膜，即氣膜和液膜，薄膜內(nèi)存在濃度梯度，物質(zhì)傳遞主要依靠分子擴(kuò)散；薄膜外氣液兩相各自的主體為湍流，不存在濃度梯度，物質(zhì)主要通過對流傳遞；傳質(zhì)過程只在氣液薄膜中有分子擴(kuò)散阻力，相界面上和湍流主體中不存在傳質(zhì)阻力，因此傳遞速質(zhì)取決于兩膜的阻力大小。傳質(zhì)過程是，被吸收組分從氣相主體對流擴(kuò)散到氣膜表面，再以分子擴(kuò)散通過氣膜到達(dá)相界面，進(jìn)入液膜后又以分子擴(kuò)散通過液膜，最后通過對流擴(kuò)散進(jìn)入液相主體，直到氣液兩相完全平衡后傳質(zhì)停止。如果此時(shí)再增加被吸收組分的氣相分壓增加，或降低液相中該組分的濃度，傳質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行。氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制如果是HA值很大的易溶氣體，由式(75)

4、可見，傳質(zhì)總阻力幾乎等于氣相傳質(zhì)阻力，即傳質(zhì)阻力主要在氣相，此種情況稱為氣膜控制，其特點(diǎn)是只要?dú)庀嘟M分分壓略為增加，則液相中相應(yīng)的平衡濃度就會增加很多，如水對HCl、NH3的吸收；對HA值很小的難溶氣體，由式(74)可見，傳質(zhì)總阻力幾乎等于液相傳質(zhì)阻力，即傳質(zhì)阻力主要在液相，稱為液膜控制，這種情況即使氣相組分分壓有較大的變化，液相的濃度變化也很小，如用水吸收CO2、O2，N2、CO、H2S等；而中等溶解度氣體，氣膜阻力與液膜阻力均不能忽略，稱為兩膜控制，如水對SO2的吸收。當(dāng)吸收過程為氣膜控制時(shí)，應(yīng)增大氣相湍動程度；當(dāng)吸收為液膜控制時(shí)，應(yīng)增加液相湍流程度，均可增加傳質(zhì)速率。通常，使氣體處于分散

5、相，如采用孔板的板式塔，則液體流動減小液膜阻力，適用于難溶氣體吸收的液膜控制過程；而使液體成為分散相，如噴淋塔將液體高度霧化噴入氣相，則液滴周圍流動氣體的擴(kuò)散阻力較小，更適合于易溶氣體吸收的氣膜控制過程。氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制吸收裝置主要是塔式容器，應(yīng)滿足下列基本要求：氣液接觸面大，接觸時(shí)間長；氣液之間擾動強(qiáng)烈，吸收效率高；流動阻力小，工作穩(wěn)定；結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，投資和運(yùn)行維修費(fèi)用低；具有抗腐蝕和防堵塞能力。常用的吸收裝置有填料塔、湍流塔、板式塔、噴淋塔、和文丘里吸收器等。填料塔由于結(jié)構(gòu)簡單、氣液接觸效果好，壓降較小而被廣泛應(yīng)用，

6、不足之處是填料容易堵塞、損失大。板式塔內(nèi)裝有若干層塔板，吸收液自塔頂向下流動，并在塔板上保持一定厚度的液層，氣體從塔底向上逐級穿過塔板，以鼓泡狀態(tài)或噴射狀態(tài)與液體相互接觸，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱及化學(xué)反應(yīng)。操作中合適的氣液比例非常重要，氣量過大，則氣速過高，穿過篩孔時(shí)會以連續(xù)相通過塔板液層，形成氣體短路，并增大阻力；與填料塔相比，板式塔空塔速度較高，處理能力大，但壓降損失也較大。吸收裝置氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制一、吸收凈化二、吸附凈化三、催化轉(zhuǎn)化四、燃燒轉(zhuǎn)化五、生物轉(zhuǎn)化吸附凈化是利用多孔固體表面的微孔捕集廢氣中的氣態(tài)污染物，可用于分離水分、有機(jī)蒸氣（如甲苯蒸氣、氯乙烯、含汞蒸氣等）、惡臭、HF、S

7、O2 、NOx 等，尤其能有效地捕集濃度很低的氣態(tài)污染物。這是因?yàn)楣腆w表面上的分子力處于不平衡狀態(tài)，表面具有過剩的力，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，凡是能夠降低界面能的過程都可以自發(fā)進(jìn)行，因此固體表面這種過剩的力可以捕捉、滯留周圍的物質(zhì)，在其表面富集。 吸附凈化氣態(tài)污染物控制吸附現(xiàn)象也分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。物理吸附是由固體吸附劑分子與氣體分子間的靜電力或范德華力引起的，兩者之間不發(fā)生化學(xué)作用，是一種可逆過程。化學(xué)吸附是由于固體表面與被吸附分子間的化學(xué)鍵力所引起，兩者之間結(jié)合牢固，不易脫附。該吸附需要一定的活化能，故又稱活化吸附。物理吸附與化學(xué)吸附的主要區(qū)別有：吸附熱。物理吸附多為放熱過程，其吸附熱

8、較小(102103 J/mol)，與氣體的液化熱接近，而化學(xué)吸附的吸附熱很大(42kJ/mol)，與化學(xué)反應(yīng)熱相近；溫度。物理吸附不需要活化能，吸附與脫附速率一般不受溫度的影響；選擇性。物理吸附與化學(xué)吸附往往同時(shí)發(fā)生，但以某一種吸附為主。如在低溫下，主要是物理吸附，而在較高的溫度下，就可能轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附為主。1. 吸附現(xiàn)象氣態(tài)污染物控制（1）吸附平衡。在一定溫度下，吸附質(zhì)與吸附劑充分接觸后，吸附質(zhì)附著于吸附劑上的吸附速度和吸附質(zhì)脫離吸附劑表面的解吸速度相等時(shí)，即吸附質(zhì)在氣相中的濃度與在固相吸附劑表面的濃度達(dá)到動態(tài)平衡而不再改變，稱為吸附平衡。此時(shí)的吸附量和吸附質(zhì)在氣相中的壓力 (或濃度)分別稱為

9、平衡吸附量和平衡壓力(或平衡濃度)，是吸附的極限，一定溫度下兩者的關(guān)系可以用吸附等溫方程或吸附等溫曲線來描述。（2）吸附等溫方程。許多學(xué)者在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了各種吸附理論，如朗格繆爾(Langmuir)方程、弗羅因德利希(Freundlich)方程、B.E.T方程等，但一般只能解釋一種或幾種吸附現(xiàn)象。其中，朗格繆爾等溫式與許多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符合，能夠解釋許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，目前仍是應(yīng)用最為廣泛的等溫式。2. 吸附的基本原理氣態(tài)污染物控制2. 吸附的基本原理氣態(tài)污染物控制（3）吸附等溫線。一定溫度下吸附量與被吸附氣體平衡分壓之間的關(guān)系曲線還常用吸附等溫線表示，如圖421所示，可以看出SO2在硅膠上的吸

10、附量G隨分壓p升高而增加，尤其在低壓部分，壓力的影響非常顯著。目前觀察到的典型吸附等溫線分成5種類型，如圖422所示，圖中p0為某溫度下組分的飽和蒸氣壓。化學(xué)吸附只有I型，與朗格謬爾公式描述相吻合，而物理吸附則有可能出現(xiàn)圖中的5種類型之一。氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制3. 吸附劑工業(yè)吸附劑應(yīng)具備的條件為：具有巨大內(nèi)表面積、較大的吸附容量的多孔性物質(zhì)；對不同的氣體分子具有很強(qiáng)的吸附選擇性；吸附快且再生特性良好；具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，對酸、堿、水、高溫的適應(yīng)性；用于物理吸附時(shí)要有化學(xué)穩(wěn)定性。價(jià)格低廉，來源廣泛。 工業(yè)上常用的吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁、分子篩、沸石等。（1）活性炭。活性炭是常用

11、的吸附劑。由于它的疏水性，主要用于吸附濕空氣中的有機(jī)溶劑、惡臭物質(zhì)，以及煙氣中的SO2、NOx或其它有害氣體。具有比表面積大、吸附及脫附快，性能穩(wěn)定，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，但具有可燃性，使用溫度一般不超過200。（2）硅膠。硅膠具有很強(qiáng)的親水性，它吸附的水分量可達(dá)自身質(zhì)量的50，吸濕后吸附能力下降，因此常用于含濕量較高氣體的干燥脫水、烴類氣體回收，以及吸附干燥后的有害廢氣。硅膠是將硅酸鈉溶液（水玻璃）用酸處理后得到硅酸凝膠，再經(jīng)水洗、干燥脫水制得的堅(jiān)硬多孔的粒狀無晶形氧化硅。氣態(tài)污染物控制（3）活性氧化鋁?；钚匝趸X可用于氣體和液體的干燥，石油氣的濃縮、脫硫、脫氫，以及含氟廢氣的治理。含水氧化鋁在嚴(yán)格

12、控制的升溫條件下，加熱脫水便制成多孔結(jié)構(gòu)的活性氧化鋁，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。（4）分子篩。分子篩被廣用于廢氣治理中的脫硫、脫氮、含汞蒸氣凈化及其他有害氣體的吸附。它是一種人工合成沸石，具有立方晶體的硅酸鹽，屬于離子型吸附劑。因其孔徑整齊均勻，能選擇性地吸附直徑小于某個(gè)尺寸的分子，故有很強(qiáng)的吸附選擇性。由于分子篩內(nèi)表面積大，因此吸附能力較強(qiáng)。通常，污染物分子較小的選用分子篩，分子較大應(yīng)選用活性炭或硅膠；對無機(jī)污染物宜用活性氧化鋁或硅膠，對有機(jī)蒸氣或非極性分子則用活性炭。當(dāng)吸附劑達(dá)到吸附飽和后需要再生，即清除被吸附的物質(zhì)，恢復(fù)吸附劑的吸附能力，以便重復(fù)使用。再生的方法一般有：加熱解吸再生（變溫吸附）

13、。等壓下，一般吸附容量隨溫度升高而減少，故可在低溫下吸附，然后在高溫加熱下吹掃脫附；降壓或真空解吸（變壓吸附）。恒溫下，吸附容量隨壓力降低而減少，則可采用加壓吸附，減壓或真空下脫附；溶劑置換再生（變濃度吸附）。對不飽和烯烴類等某些熱敏性吸附質(zhì)，可以采用親合力較強(qiáng)的解吸溶劑進(jìn)行置換，使吸附質(zhì)脫附，然后加熱床層脫附解吸劑，使吸附劑再生。并利用吸附質(zhì)與解吸劑之間的沸點(diǎn)不同，采用蒸餾的方法分離。氣態(tài)污染物控制4. 吸附裝置吸附裝置有固定床、移動床、流化床等(P487-489)。氣態(tài)污染物控制氣態(tài)污染物控制一、吸收凈化二、吸附凈化三、催化轉(zhuǎn)化四、燃燒轉(zhuǎn)化五、生物轉(zhuǎn)化氣態(tài)污染物的催化凈化方法氣態(tài)污染物控制

14、催化凈化是在催化劑作用下，將廢氣中氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)排放，或者轉(zhuǎn)化成其他更易除去的物質(zhì)的凈化方法。催化轉(zhuǎn)化有催化氧化和催化還原兩種。催化氧化法，如廢氣中的SO2在催化劑(V2O5)作用下可氧化為SO3 ，用水吸收變成硫酸而回收，再如各種含烴類、惡臭物的有機(jī)化合物的廢氣均可通過催化燃燒的氧化過程分解為H2O與CO2向外排放。催化還原法，如廢氣中的NOx在催化劑(銅鉻) 作用下與NH3反應(yīng)生成無害氣體N2。氣態(tài)污染物控制1. 催化作用 能夠進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的分子應(yīng)是具有足夠能量的活化分子。處于活化狀態(tài)的分子所具有的能夠進(jìn)行反應(yīng)的最低能量與普通分子平均能量之差稱為活化能。催化反應(yīng)中催化劑的催化作用

15、是，能大幅度降低分子活化能，使更多的反應(yīng)分子成為活化分子，從而增大反應(yīng)速度常數(shù)，加快化學(xué)反應(yīng)速率。此外催化作用還具有下述特點(diǎn)：催化劑在反應(yīng)終了時(shí)沒有發(fā)生化學(xué)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的任何變化；改變原有的反應(yīng)途徑，沿著特定的反應(yīng)方向進(jìn)行；特定的催化劑只能催化特定的反應(yīng)，即催化劑的催化作用具有選擇性。例如，物質(zhì)A和物質(zhì)B在無催化劑的條件的化學(xué)反應(yīng)為A+BC，當(dāng)加入催化劑K之后，改變了反應(yīng)途徑，其催化作用的機(jī)理可簡單表示為： ABKAKBC2K （451）可以看出催化劑先選擇A反應(yīng)，生成了中間產(chǎn)物AK，而后不穩(wěn)定的AK又立即參加了第二階段的反應(yīng)，完成了全過程之后，K沒有發(fā)生任何變化。氣態(tài)污染物控制 通常催化反應(yīng)分

16、為均相催化和多相催化。均相催化反應(yīng)是指催化劑和反應(yīng)物質(zhì)都處于同一種物相中的催化過程，如液相催化反應(yīng)體系，而多相催化反應(yīng)中，催化劑和反應(yīng)物質(zhì)不處于同一物相中，如氣固相催化體系，多屬于非均相催化反應(yīng)。在非均相催化反應(yīng)中，催化作用是由于反應(yīng)物分子被催化劑表面的活性中心所吸附，吸引能力特別高的活性中心使反應(yīng)物分子的某些鍵松弛，且產(chǎn)生新鍵，從而形成多位活化絡(luò)合物，起到催化作用。因此催化劑的活性與單位催化劑面積上活性中心的數(shù)目以及有效的總面積有關(guān)。 氣體污染物與固體催化劑的非均相催化反應(yīng)通過下列連續(xù)步驟完成：反應(yīng)物從氣體主流向固體催化劑外表面擴(kuò)散；反應(yīng)物向催化劑微孔內(nèi)表面擴(kuò)散，到達(dá)可進(jìn)行吸附反應(yīng)的活性中心

17、；反應(yīng)物在催化劑內(nèi)表面被吸附；反應(yīng)物在表面進(jìn)行化學(xué)化應(yīng)；生成物從表面脫附；生成物從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面；生成物從催化劑外表面向氣流主流擴(kuò)散。其中，、稱為外擴(kuò)散，、稱為內(nèi)擴(kuò)散，兩種擴(kuò)散都是物理過程；、稱為表面催化過程，又稱化學(xué)動力學(xué)過程，是化學(xué)過程。通常，表面化學(xué)反應(yīng)阻力最大，過程進(jìn)行最慢，即化學(xué)動力學(xué)過程對催化過程起控制作用。若改變反應(yīng)條件，如提高反應(yīng)溫度，化學(xué)動力學(xué)過程控制作用減弱，擴(kuò)散控制作用增強(qiáng)。氣態(tài)污染物控制 2. 催化劑催化劑(或稱觸媒)是指能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度和方向而本身又不參與反應(yīng)的物質(zhì)。在廢氣凈化中，一般使用固體催化劑，它主要由活性組分、助催化劑及載體組成?；钚越M分是催化劑

18、的主體，是起催化作用的最主要組分，要求活性高且化學(xué)惰性大。金屬常用作氣體凈化催化劑，如鉑(Pt)、鈀(Pd)，釩（V）、鉻（Cr）、錳（Mn）、鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）、銅（Cu），鋅（Zn）等，以及他們的氧化物等。助催化劑雖然本身無催化作用，但它與活性組分共存時(shí)卻可以提高活性組分的活性、選擇性，穩(wěn)定性和壽命。載體是活性組分的惰性支承物。它具有較大的比表面積，有利于活性組分的催化反應(yīng)，增強(qiáng)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等。常用的載體有氧化鋁、硅藻土、鐵礬土、氧化硅、分子篩、活性碳和金屬絲等，其形狀有粒狀、片狀、柱狀、蜂窩狀等。微孔結(jié)構(gòu)的蜂窩狀載體比表面積大、活性高、流動阻力小。通?；钚晕?/p>

19、質(zhì)被噴涂或浸漬于載體表面。例如，SO2催化氧化為SO3時(shí)，催化劑的活性組分是V2O5，載體用SiO2，并加入助催化劑K2SO4或Na2O以提高催化劑的活性。催化劑的主要性能指標(biāo)有：氣態(tài)污染物控制 （1）活性。活性是指催化劑對反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化能力，是衡量催化劑效能大小的指標(biāo)，通常以一定條件下單位物量的催化劑單位時(shí)間內(nèi)所得到的生成物的數(shù)量來表示。活性除了取決于催化劑本身的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)、比表面積雜質(zhì)含量等因素外，還與工作時(shí)廢氣的濃度、壓力、溫度和流速有關(guān)。催化劑活性會隨著使用時(shí)間增加而緩慢下降，即壽命縮短，主要原因有：高溫下長期使用的催化劑可能出現(xiàn)熔結(jié)現(xiàn)象，使用時(shí)活性中心被粉塵覆蓋或碳沉積使催化劑表面

20、被沾污，這都減少催化劑的比表面積而使活性下降；由于存在少量或微量的、來源于催化劑生產(chǎn)過程中、廢氣中以及反應(yīng)中的某些外來雜質(zhì)，如砷(As)、硫、鉛等，它們與活性中心有較強(qiáng)的親和力，結(jié)合生成絡(luò)合物不再分解，則使催化劑的活性和選擇性迅速下降而產(chǎn)生中毒現(xiàn)象；由于腐蝕、磨損、蒸發(fā)等導(dǎo)致活性組分損耗也使催化劑活性緩慢下降。應(yīng)采取針對措施避免催化劑活性迅速下降，盡可能延長其使用壽命。氣態(tài)污染物控制 （2）選擇性。專門對某一種化學(xué)反應(yīng)起加速作用的性能，稱之為催化劑的選擇性。希望一種催化劑在一定條件下只對一種特定的化學(xué)反應(yīng)起加速作用。選擇性愈強(qiáng)，則副反應(yīng)愈少，原料利用率愈高。（3）機(jī)械強(qiáng)度。用于固定床反應(yīng)器中的

21、催化劑要保證在操作條件下不會因上層重力擠壓而粉碎，以免增加氣流阻力；而在流動床中的催化劑則要有高度的耐磨性能，以免因磨損而被氣流帶出，使活性組分流失和管道堵塞。（4）化學(xué)穩(wěn)定性。不允許催化劑在反應(yīng)條件下產(chǎn)生變形、分解或與通過的氣體發(fā)生化合等現(xiàn)象。 應(yīng)根據(jù)操作條件，不同種類催化劑的性能選用合適的催化劑。希望使用時(shí)具有足夠的活性，較強(qiáng)的選擇性和熱、化學(xué)穩(wěn)定性，并具有強(qiáng)的廣泛的抗毒性能。氣態(tài)污染物控制 3. 催化裝置常用的氣固催化裝置有固定床和流化床兩類催化反應(yīng)器。固定床是凈化氣態(tài)污染物的主要催化反應(yīng)器，其基本形式如圖4-26所示。反應(yīng)器圓筒下部裝有孔板，孔板和催化劑層上部各鋪厚20300mm的石英

22、砂，上層石英砂可以避免氣流直接沖擊摧化劑，下層石英砂防止細(xì)小催化劑被氣流攜帶。預(yù)熱后的氣體從反應(yīng)器頂部進(jìn)入，經(jīng)均氣板均勻通過床層進(jìn)行反應(yīng)后由底部引出。由于反應(yīng)器內(nèi)沒有熱交換裝置，除了筒壁的散熱，筒體與外界無熱交換，故稱絕熱反應(yīng)器。它適用于反應(yīng)過程熱效應(yīng)小、允許溫度波動大的反應(yīng)體系。一般廢氣中氣態(tài)污染物的濃度低，故反應(yīng)放熱量小，因此可適用。 氣態(tài)污染物控制 如果反應(yīng)體系的反應(yīng)熱量大，可將幾個(gè)單層床串聯(lián)使用，但需在兩個(gè)單層床之間設(shè)置換熱器，或在多層單床反應(yīng)器的各反應(yīng)層之間加裝換熱器。換熱器可將反應(yīng)溫度控制在合適的范圍內(nèi)。 反應(yīng)氣體需要外部熱源進(jìn)行預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)器，才能維持穩(wěn)定的床層溫度。如果正常運(yùn)

23、行時(shí)，反應(yīng)熱能全部替代外部熱源預(yù)熱氣體，這種反應(yīng)器稱為自熱式反應(yīng)器。固定床結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、體積小、空間利用率高、催化劑耗量少。床中靜止的催化劑不易磨損、壽命長，并可嚴(yán)格控制氣體的停留時(shí)間。但固定床傳熱性能差，床內(nèi)溫度分布不勻；催化劑更換不便。 固定床的另一種型式是徑向反應(yīng)器。將催化劑裝載于空心圓柱狀空間，反應(yīng)氣體沿徑向流動通過催化劑床層，這樣可以增大氣體流通截面積，減小床層阻力。氣態(tài)污染物控制 4. 催化燃燒催化燃燒是在催化劑作用下，利用空氣使廢氣中氣態(tài)污染物在較低的溫度(250450)下氧化分解的方法。直接燃燒法是將各種有機(jī)物在高溫(600800)下完全氧化為CO2、H2O和其他氧化物，

24、這對于流量大、有機(jī)組分含量低的廢氣，不僅需要增添燃料，而且要在高溫下處理，故不常用。吸附法雖然裝置簡單、操作容易，但吸附容量有限、吸附劑耗量高、吸附和脫附的切換使設(shè)備龐大。催化燃燒法與直接燃燒法和吸附法相比較有許多優(yōu)點(diǎn)： 起燃溫度低。含有機(jī)物質(zhì)的廢氣在通過催化劑床層時(shí)，能在較低溫度下迅速完全氧化分解成CO2 和H2O，能耗小，甚至在有些情況下還能回收凈化后廢氣帶走的熱量；適用范圍廣。催化燃燒可以適用于濃度范圍廣、成分復(fù)雜的幾乎所有含烴類有機(jī)廢氣及惡臭氣體的治理，例如有機(jī)硫化物、氮化物、烴類、有機(jī)溶劑、酮類、醇類、醛類和脂肪酸類等，它們多來源于石化廠、制藥廠、肉類和食品加工廠、制革廠及污水處理廠

25、等； 基本上不產(chǎn)生二次污染。因?yàn)橛袡C(jī)物氧化后分解成CO2 和H2O，且凈化率一般都在95以上，此外，低溫燃燒能大量減少NOx的生成。氣態(tài)污染物控制因此，國內(nèi)外正在大力研究燃燒催化治理有機(jī)廢氣的裝置和催化劑，已進(jìn)入實(shí)用階段。我國1972年開始催化燃燒技術(shù)的研究，在漆包機(jī)烘干爐廢氣治理、有機(jī)化工、印鐵制罐等行業(yè)及汽車尾氣治理等方面獲得廣泛應(yīng)用。催化燃燒的裝置是一具有換熱結(jié)構(gòu)的催化劑反應(yīng)器，廢氣通過已達(dá)起燃溫度的催化床層，迅速發(fā)生氧化反應(yīng)。催化劑和反應(yīng)器與前面介紹的催化反應(yīng)內(nèi)容有共同的特點(diǎn)及類似之處，在此不再贅述。 氣態(tài)污染物控制一、吸收凈化二、吸附凈化三、催化轉(zhuǎn)化四、燃燒轉(zhuǎn)化五、生物轉(zhuǎn)化燃燒轉(zhuǎn)化燃

26、燒法是通過熱氧化作用將廢氣中的可燃有害成分轉(zhuǎn)化為無害或易于進(jìn)一步處理和回收的物質(zhì)的方法。氣態(tài)污染物控制一、吸收凈化二、吸附凈化三、催化轉(zhuǎn)化四、燃燒轉(zhuǎn)化五、生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化廢氣的生物處理，就是利用微生物的生命活動過程，把廢氣中的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為少害甚至無害的物質(zhì)。生物法的局限性在于不能回收污染物質(zhì)，只適用于污染物濃度很低的情況。主要?dú)鈶B(tài)污染物的治理技術(shù)大氣的主要?dú)鈶B(tài)污染物有硫化合物、含氮化合物、碳氧化合物、碳?xì)浠?、鹵素化合物、硫酸煙霧、光化學(xué)煙霧等，下面介紹其中幾種主要污染物的治理技術(shù)。 SO2污染控制技術(shù)一、含二氧化硫廢氣的治理技術(shù)大氣中SO2的人為來源包括化石燃料燃燒和含硫物質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)過

27、程，其排放量約占大氣中SO2總量的23。SO2排放量較大的工業(yè)部門有火電廠、鋼鐵、有色冶煉、化工、煉油、水泥等。其中，煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中仍占有67的份額，燃煤排放的SO2占總排放量的80以上，是治理SO2污染的重點(diǎn)?？刂芐O2污染的方法有燃料脫硫、燃燒脫硫和煙氣脫硫(FGD)三種。目前，煙氣脫硫仍被認(rèn)為是控制SO2污染最行之有效的途徑，應(yīng)用最廣泛，其次是循環(huán)流化床燃燒脫硫，正在推廣應(yīng)用。其它脫硫技術(shù)尚未達(dá)到商業(yè)廣泛應(yīng)用的程度。 各種脫硫方法的評價(jià)指標(biāo)主要有脫硫效率、初投資、運(yùn)行費(fèi)用、副產(chǎn)品處理、二次污染程度、能否同時(shí)脫硝等等。三種脫硫方法的脫硫效率從低到高依次為：原煤最低，大約為40；燃燒脫

28、硫差別較大，如：爐內(nèi)噴鈣約為50，噴鈣加尾部增濕活化可超過80，循環(huán)流化床為90，煤氣化聯(lián)合循環(huán)為95；煙氣脫硫最高，大多為95。從初投資考慮，煤脫硫和燃燒脫硫費(fèi)用相近，而煙氣脫硫最高，如火電廠燃燒脫硫投資占整個(gè)電廠投資的512，煙氣脫硫?yàn)?525。通常脫硫效率隨著投資的增加而提高。（一）燃料脫硫1 原煤脫硫原煤脫硫技術(shù)可分為物理法、化學(xué)法和微生物法。主要有下列幾種。（1）煤的洗選。洗選的目的是減少原煤中所含的硫分、灰分等雜質(zhì)。目前我國廣泛采用物理選煤方法，主要利用清潔煤、灰分、黃鐵礦的密度、磁性、電性等不同，以除去部分灰分和無機(jī)硫。例如，利用FeS2的密度（5）與煤的密度（1.25）的差別進(jìn)

29、行水洗分離。該方法簡單經(jīng)濟(jì)，但脫硫效率低。化學(xué)法是利用某些化學(xué)藥品與煤中的硫反應(yīng)后將硫脫除，能同時(shí)脫除無機(jī)硫和有機(jī)硫，一般用于高硫煤。例如，用堿溶液將煤浸泡后，通過微波照射，使硫化合物的化學(xué)鍵被打斷，生成H2S與堿反應(yīng)而被去除，可去除90的無機(jī)硫和70的有機(jī)硫。我國近幾年的煤炭入選率一直在20左右，與世界主要產(chǎn)煤國家的60相差甚遠(yuǎn)。SO2污染控制技術(shù)（2）煤的氣化。煤的氣化是指用水蒸氣、氧氣或空氣作氣化劑將煤進(jìn)行熱分解，轉(zhuǎn)化為H2、CO、CH4、CO2等小分子的可燃?xì)怏w。硫在煤氣中主要以H2S形式存在，可在吸收塔中與Na2CO3或Fe(OH)2等溶液反應(yīng)脫除。由于除去了煤中的灰分與硫化物，因此

30、煤氣是一種清潔燃料，是清潔燃煤技術(shù)的發(fā)展方向之一。（3）煤的液化。煤可用各種方法加氫制取液化油。制取過程中有機(jī)硫在加氫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S，在去除酸性氣體的環(huán)節(jié)中脫除。煤的液化可直接催化加氫或溶劑萃取，也可間接變換，即先將煤氣化，再將CO和H2制成合成氣，最終合成為液體碳?xì)浠衔?。但煤的液化成本較高，使其應(yīng)用受到限制，發(fā)展緩慢。（4）水煤漿。水煤漿是是把煤研磨成細(xì)微煤粉，按煤水合理的比例，加入分散劑和穩(wěn)定劑配制而成，可以像燃料油一樣運(yùn)輸、貯存和燃燒。由于水煤漿在置備過程中進(jìn)行了煤的浮選凈化處理，處理后可去除原煤中灰分的5070，黃鐵礦的4090，也是一種比較清潔的燃料。SO2污染控制技術(shù)2. 燃油脫

31、硫原油通過常壓蒸餾，分離出直餾汽油、汽油、煤油、柴油后，在塔底得到重油，重油再經(jīng)減壓蒸餾分油得到渣油。原油中的大部分 (8090)硫分以苯環(huán)狀的有機(jī)硫化物殘留在重油或渣油中，對其采用加氫脫硫。脫硫方法是以鉬、鈷、鎳等金屬的氧化物作為催化劑，通過高壓加氫反應(yīng)，切斷C-S-C化學(xué)鍵，以氫置換碳，反應(yīng)生成H2S和烴，再從中吸收分離。加氫脫硫有直接脫硫和間接脫硫兩種工藝。直接脫硫方法是對重油加氫脫硫，脫硫效率可達(dá)75，但需選用抗毒性較強(qiáng)的催化劑，因?yàn)橹赜椭泻懈叻肿踊衔餅r青及有機(jī)金屬化合物釩或鎳，它們在反應(yīng)中會促使催化劑積碳，或有金屬析出于催化劑上，使得催化劑活性降低；間接脫硫是對渣油進(jìn)行加氫脫硫，

32、脫硫率約為40。石油脫硫已有實(shí)用的工藝，不存在技術(shù)上的困難問題。SO2污染控制技術(shù) （二）燃燒脫硫以石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3MgCO3）粉作脫硫劑，它們在燃燒過程中受熱分解生成CaO、MgO，與煙氣中SO2結(jié)合生成硫酸鹽被排除。CaCO3在氧化性氣氛中的基本脫硫反應(yīng)為： CaCO3 CaO + CO2 （452） CaOSO2 1/2 O2 CaSO4 （453）燃燒過程脫硫包括型煤固硫、流化燃燒脫硫、爐內(nèi)噴鈣等技術(shù)。1. 型煤固硫用石灰、瀝青、電石渣、造紙黑液等作固結(jié)劑，再摻入一定的粘結(jié)劑，將粉煤拼壓成型即為型煤。型煤用于有爐排的爐子，如中、小型火床燃燒工業(yè)鍋爐和民用爐灶。型

33、煤燃燒時(shí)，可固硫5070，減少煙塵60，但脫硫劑利用率較低，一般為50。 燃燒過程中，黃鐵礦和有機(jī)硫被氧化為SO2，與石灰反應(yīng)生成硫酸鹽，則硫被固定于灰渣之中，因此同時(shí)起到脫硫、減少細(xì)煤灰飛揚(yáng)及提高鍋爐效率的作用。溫度和反應(yīng)時(shí)間是型煤固硫的主要影響因素，此時(shí)希望燃燒過程中SO2與CaO盡可能有較長的接觸時(shí)間，以保證氣固反應(yīng)，但由于生成的SO2很快逸入燃燒室空間，與CaO接觸時(shí)間過短，因此固硫率較低。SO2污染控制技術(shù) 2.流化燃燒脫硫 流化燃燒脫硫是把粒徑3mm左右的煤屑，煤粒和脫硫劑(lmm的石灰石粉)送入燃燒室，從爐底鼓風(fēng)使床層處于流化狀態(tài)進(jìn)行燃燒和脫硫反應(yīng)。燃燒時(shí)保持床層800900的溫

34、度，此溫度是式(452)和式(453)的最佳反應(yīng)溫度，因?yàn)?50 以下，CaCO3的分解困難；1000 以上生成的CaSO4又將分解。在燃燒過程中CaCO3解成CaO，在氧化性氣氛下與煙氣中的SO2及O2反應(yīng)生成CaSO4。反應(yīng)過程中，由于CaCO3轉(zhuǎn)變CaO時(shí)使原CaCO3內(nèi)的自然孔隙擴(kuò)大了許多，這有利于CaSO4的生成。但是，生成的CaSO4分子體積是CaO的3倍，因此在反應(yīng)一開始，就會在CaO的表面生成一層厚度約為32m的致密CaSO4薄層，阻礙了SO 2通過該薄層向CaO顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散并進(jìn)行反應(yīng)。可見，石灰粉越細(xì)，其利用率越高。但是，脫硫反應(yīng)比燃燒反應(yīng)慢，其中一些細(xì)料可能尚未進(jìn)行脫硫反

35、應(yīng)就被氣流帶走。循環(huán)流化床鍋爐（CFB）采用的飛灰復(fù)燃和缺氧燃燒技術(shù)，同時(shí)提高了鈣的利用率和脫硫效率。飛灰復(fù)燃是將帶走的細(xì)料重新送入燃燒室進(jìn)行再循環(huán)使用，相當(dāng)增加脫硫劑在爐膛的停留反應(yīng)時(shí)間；缺氧燃燒形成強(qiáng)還原性氣氛，使硫化合物生成H2S，與CaO反應(yīng)成CaS，再氧化成CaSO4。由于CaS分子體積小，解決了微孔堵塞問題。CFB鍋爐脫硫率較高，通常Ca/S=1.52.5，脫硫率為8090。 SO2污染控制技術(shù)脫硫效率和脫硫劑的利用率取決于許多因素，如脫硫劑的顆粒度和反應(yīng)性、燃燒溫度、流化速度及反應(yīng)物濃度等，這些因素之間又相互影響，十分復(fù)雜。為了確定達(dá)到一定的脫硫效率所需要消耗的脫硫劑量，常用鈣和

36、硫的摩爾比值Ca/S作為一個(gè)綜合指標(biāo)，來衡量脫硫時(shí)鈣的有效利用率。研究表明，Ca/S越高，鈣利用率則越低；其他條件一定時(shí)，床溫在800900左右脫硫率最高；當(dāng)流化速度一定時(shí)，脫硫率隨Ca/S摩爾比增加而提高；當(dāng)Ca/S一定時(shí)，脫硫率隨流化速度降低而增大。 CFB鍋爐具有許多優(yōu)越性，能同時(shí)脫硫、脫硝，灰渣中含有CaO和CaSO2，是硅酸鹽水泥的優(yōu)質(zhì)混合材料。此外，CFB的燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好等。因此，循環(huán)流化床鍋爐是目前發(fā)展很快，生命力很強(qiáng)的清潔煤燃燒技術(shù)。其缺點(diǎn)是，因Ca/S較高，運(yùn)行費(fèi)用和固體排渣量大，運(yùn)行電耗高，固體顆粒對鍋爐部件磨損嚴(yán)重等。SO2污染控制技術(shù) 3. 爐內(nèi)

37、噴鈣 這種方法是把干細(xì)粉或漿液狀的鈣基或鈉基脫硫劑噴入爐膛、爐膛出口或尾部煙道等不同位置，由此得到不同的脫硫效率。一般將干石灰粉噴入爐膛，當(dāng)Ca/S2時(shí)，脫硫率為2050。由于爐膛噴鈣的脫硫率和石灰石利用率低，固體廢物量大，一般不用于新建鍋爐。但其優(yōu)點(diǎn)是不需要對鍋爐做較大的變動，適用于原有火電廠煤粉爐的改造。為了提高脫硫率，可將爐堂燃燒脫硫與煙氣脫硫聯(lián)合使用，如采用煙道內(nèi)干噴碳酸氫鈉、天然堿等技術(shù)，或?qū)w灰加石灰處理成含水60的硅酸鈣，噴入煙溫為100200的煙道等，均可有效提高脫硫率。SO2污染控制技術(shù) （三）煙氣脫硫煙氣脫硫FGD(Flue Gas Desulfurization)是目前技

38、術(shù)最成熟，能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫方式。雖然研究開發(fā)的煙氣脫硫技術(shù)已有100多種，但進(jìn)入實(shí)用的有十幾種。商業(yè)應(yīng)用中濕式洗滌工藝約占煙氣脫硫裝置的85，半干式噴霧干燥法約占8.4。由于FGD處理的煙氣量大、SO2濃度低，其但投資和運(yùn)行費(fèi)用非常高，經(jīng)濟(jì)上中小型的工業(yè)鍋爐難以承受，大多數(shù)應(yīng)用于電站鍋爐。煙氣脫硫工藝按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物是固態(tài)還是液態(tài)分為干法和濕法，若脫硫劑和脫硫產(chǎn)物分別是液態(tài)和固態(tài)的脫硫工藝為半干法。干法用固態(tài)脫硫劑脫除廢氣中的SO2，氣固反應(yīng)速度慢，脫硫率和脫硫劑的利用率一般較低，但脫硫產(chǎn)物處理容易，投資一般低于傳統(tǒng)濕法，有利于煙氣的排放和擴(kuò)散。濕法是用溶液吸收煙氣中的SO2，氣液反

39、應(yīng)傳質(zhì)效果好，脫硫率高，技術(shù)成熟，但脫硫產(chǎn)物難處理，投資較大，且煙溫降低不利于排放，煙氣需再次耗能加熱。按脫硫產(chǎn)物是否回收利用，煙氣脫硫還可分為拋棄法和回收法。拋棄法是將S02轉(zhuǎn)化為固體產(chǎn)物拋棄掉，但存在殘?jiān)廴九c處理問題?；厥辗▌t由反應(yīng)產(chǎn)物制取硫酸、硫磺、液體二氧化硫、化肥或石膏等有用物質(zhì)，還可將反應(yīng)后的脫硫劑再生循環(huán)使用，各種資源可以綜合利用，避免產(chǎn)生固體廢物，但再生法的費(fèi)用普遍高于拋棄法，經(jīng)濟(jì)效益低。目前仍以采用拋棄法為主。SO2污染控制技術(shù)下面介紹一些主要的煙氣脫硫方法。1. 干法煙氣脫硫干法煙氣脫硫技術(shù)包括電子束法、脈沖電暈法、荷電干粉噴射法、催化氧化法、活性炭吸附法、和流化床氧化銅

40、法等。（1）電子束法。電子束脫硫技術(shù)是一種物理與化學(xué)方法相結(jié)合的的高新技術(shù)。它利用電子加速器產(chǎn)生的等離子體氧化煙氣中的SO2（NOx），并與注入的NH3反應(yīng)，生成硫銨和硝銨化肥，實(shí)現(xiàn)脫硫、脫硝目的。在輻射場中，燃煤煙氣中的主要成分O2、H2O(氣)，吸收高能電子的能量，生成大量反應(yīng)活性極強(qiáng)的活性基團(tuán)和氧化性物質(zhì)，如O、OH、O3、H2O。這些氧化性物質(zhì)與氣態(tài)污染物進(jìn)行各種氧化反應(yīng)，舉例如下：SO2 + 2OH H2SO4 NO + O NO2 NO2 + OH HNO3 生成的H2SO4和HNO3 與加入的NH3發(fā)生如下反應(yīng)： H2SO4 + 2NH3 (NH4)2SO4 HNO3 + NH3

41、 NH4NO3 反應(yīng)生成的硫銨和硝銨氣溶膠微粒帶有電荷，很容易被捕集。SO2污染控制技術(shù)電子束法是1970年日本荏原(Ebara)公司首先提出的煙氣脫硫技術(shù)。上個(gè)世紀(jì)80年代以來，先后在日本、美國、德國、波蘭等國家進(jìn)行研究并建立了中試工廠。19921994年，日本建造了三座小型示范廠，取得了預(yù)期的效果。目前，電子束法繼續(xù)受到許多國家的關(guān)注。荏原公司在我國成都電廠90MW機(jī)組上實(shí)施了電子束脫硫示范工程。1998年1月，系統(tǒng)趨于正常，是當(dāng)時(shí)世界上處理煙氣量最大的電子束脫硫裝置。脫硫工藝流程如圖427所示，大致由煙氣冷卻、加氨、電子束照射和副產(chǎn)品收集等幾部分組成。電子在高真空的加速管里由高電壓加速，

42、然后透射過3050m的兩片金屬箔照射煙氣。約130的排出煙氣經(jīng)靜電除塵后，部分煙氣進(jìn)入噴水冷卻塔降溫、除塵，使煙溫降到適于脫硫、脫硝的溫度(65)，再進(jìn)入同時(shí)噴入氨氣的反應(yīng)器脫硫。煙氣水露點(diǎn)通常小于60 ，所以冷卻水在塔內(nèi)完全被氣化，一般不會產(chǎn)生需進(jìn)一步處理的廢水。反應(yīng)器內(nèi)的煙氣被電子加速器產(chǎn)生的高能電子束照射，發(fā)生脫硫、脫硝反應(yīng)，生成硫銨和硝銨。在反應(yīng)器中噴水可以吸收反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。隨后經(jīng)干式靜電除塵器將脫硫副產(chǎn)品與煙氣分離，凈化后的煙氣與未處理的煙氣混合升溫后送入煙囪排放。SO2污染控制技術(shù)電子束法脫硫效率90，可同時(shí)脫硫脫硝，投資較低，副產(chǎn)物可用作肥料，無廢渣排放，但運(yùn)行電耗高，運(yùn)行成本

43、還受到肥料市場的直接影響。SO2污染控制技術(shù)SO2污染控制技術(shù) 氣相催化氧化法對低SO2（含量低于2）濃度的鍋爐煙氣脫硫工藝流程為，煙氣在500左右除塵，再進(jìn)入催化轉(zhuǎn)化器反應(yīng)，然后流經(jīng)省煤器、空氣預(yù)熱器放熱降溫至230左右，最后進(jìn)入吸收塔，用稀硫酸洗滌吸收SO3，待氣體冷卻到104，則可得到濃度為80的硫酸。這就要求實(shí)際生產(chǎn)中轉(zhuǎn)化反應(yīng)必須分段進(jìn)行。在每段中，反應(yīng)是在絕熱條件下進(jìn)行的，反應(yīng)后的氣體溫度必然升高，因此要將氣體冷卻(即除去反應(yīng)熱)至一定溫度后，再進(jìn)入下一段進(jìn)行絕熱反應(yīng)，然后再將反應(yīng)熱移去，如此使轉(zhuǎn)化反應(yīng)和換熱兩個(gè)過程依次交替進(jìn)行，直到達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率為止。對于冶煉工業(yè)中高SO2（

44、含量高于2）濃度的煙氣，催化反應(yīng)放熱量大，必須將反應(yīng)熱從系統(tǒng)中不斷導(dǎo)出，才能保證最適宜的反應(yīng)溫度，因此工程上采用分段轉(zhuǎn)化反應(yīng)，一般分34段。過程是，絕熱反應(yīng)后的氣體通過換熱器（或管）冷卻至一定溫度，再進(jìn)入下一段進(jìn)行絕熱反應(yīng)、放熱，轉(zhuǎn)化反應(yīng)和換熱冷卻兩個(gè)過程依次交替進(jìn)行，直到實(shí)現(xiàn)最終的轉(zhuǎn)化率為止。SO2污染控制技術(shù) 半干法煙氣脫硫技術(shù)包括旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣增濕活化法、增濕灰循環(huán)脫硫技術(shù)等。 （1）旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法。這是美國JOY公司和丹麥NIRO公司1978年聯(lián)合開發(fā)的脫硫工藝，已有超過10的脫硫市場占有率。噴霧干燥法脫硫率一般為85，高者可達(dá)90以上，多用于低硫煤煙氣脫硫，其工藝流程如圖4

45、28所示。將石灰Ca(OH)2或Na2CO3等制成的漿液噴入霧化干燥反應(yīng)器，霧化后的堿性液滴吸收煙氣中SO2，同時(shí)煙氣的熱量使液滴干燥形成石膏固體顆粒，再用袋式除塵器將固體顆粒分離。Ca(OH)2吸收SO2的總反應(yīng)為： Ca(OH)2SO2H2OCaSO32 H2O CaSO32 H2O1/2 O2CaSO42 H2O SO2污染控制技術(shù) 常用的霧化裝置有壓力噴嘴和高速旋轉(zhuǎn)(1000050000r/min)離心霧化器兩種。霧化液滴及其分布要細(xì)而均勻，噴嘴或霧化輪應(yīng)耐磨、耐腐蝕、防堵塞。吸收劑除用Ca(OH)2或Na2CO3之外，石灰石、蘇打粉、燒堿等也可用作吸收劑。石灰脫硫常將固體顆粒循環(huán)使用

46、以提高吸收劑利用率，鈉脫硫則一次通過吸收器即可完全反應(yīng)。石灰的實(shí)際用量通常是理論計(jì)算量的2.5倍左右，循環(huán)使用可降至1.5倍，鈉吸收劑利用率較高，一般為1.1倍。袋式除塵器被廣泛用于噴霧干燥系統(tǒng)的固體捕集，因?yàn)槌练e在袋上的未反應(yīng)的石灰可與煙氣中殘余SO2反應(yīng)，脫硫率占系統(tǒng)總脫硫率的1020，濾袋可以看成一個(gè)固定床反應(yīng)器。 影響脫硫率的因素有煙氣溫度、速度、濕度和SO2濃度等。反應(yīng)器入口煙溫為150左右，較高的入口煙溫，可以增加漿液含水量，改善反應(yīng)器內(nèi)干燥階段的傳質(zhì)條件，使脫硫率提高。出口煙溫一般為80100，要求比絕熱飽和溫度高1030。出口煙溫越低，則固體顆料中殘留水分越多，傳質(zhì)條件越好，脫

47、硫率越高。煙氣進(jìn)口SO2濃度越高，需要更高的Ca/S才能達(dá)到較高的脫硫率。反應(yīng)器內(nèi)煙氣流速約1.5m/s，石灰系統(tǒng)的煙氣停留時(shí)間為1012s。SO2污染控制技術(shù) （2）爐內(nèi)噴鈣爐后增濕活化脫硫。這是由芬蘭Tampella公司和IVO公司開發(fā)的一種脫硫率較高、設(shè)備簡單、投資低、能耗少的脫硫技術(shù)。其特點(diǎn)是除了將石灰石粉噴入爐膛中8501150煙溫區(qū)，完成式(452)和式(453)的反應(yīng)之外，在空氣預(yù)熱器后增設(shè)了一個(gè)獨(dú)立的活化反應(yīng)器，在這里噴霧化水或蒸汽使煙氣中未反應(yīng)的CaO增濕活化，進(jìn)行水合反應(yīng)生成Ca(OH)2，接著與煙氣中SO2反應(yīng)生成CaSO3，部分CaSO3進(jìn)一步氧化成CaSO4，總反應(yīng)可

48、表示為：CaOH2OSO21/2O2CaSO4H2O 煙氣經(jīng)過加水增濕活化和干脫硫灰再循環(huán)，可使總脫硫率達(dá)到75以上，若將干脫硫灰加水制成灰漿噴入活化器增濕活化，可使總脫硫率超過85。SO2污染控制技術(shù) 3. 濕法煙氣脫硫 已商業(yè)化或完成中試的濕法脫硫工藝包括石灰(石灰石)法、雙堿法、氨吸收法、磷銨復(fù)肥法、稀硫酸吸收法、海水脫硫、氧化鎂法等10多種。其中，又以濕式鈣法占絕對統(tǒng)治地位，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、脫硫率高，Ca/S比低，操作簡便，吸收劑價(jià)廉易得，副產(chǎn)物便于利用。 （1）石灰或石灰石法。該工藝以石灰（Ca(OH)2）或石灰石（CaCO3）漿液吸收煙氣中的SO2，脫硫產(chǎn)物亞硫酸鈣可用空氣氧化為

49、石膏回收，也可直接拋棄，脫硫率達(dá)到95以上。吸收過程的主要反應(yīng)為： CaCO3SO21/2 H2OCaSO31/2H2OCO2 Ca(OH)2SO2CaSO31/2 H2O1/2H2O CaSO31/2 H2OSO21/2H2OCa(HSO3)2 廢氣中的氧或送入氧化塔內(nèi)的空氣可將亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣氧化成石膏：2CaSO31/2 H2OO23H2O2CaSO42 H2O Ca(HSO3)21/2O2H2OCaSO42 H2OSO2 SO2污染控制技術(shù) 回收式石灰或石灰石脫硫工藝流程如圖429所示。吸收塔內(nèi)的吸收液與除塵后進(jìn)入的煙氣反應(yīng)后，被送入氧化塔內(nèi)制取石膏。煙道氣脫硫常用的吸收塔有：湍球

50、塔、板式塔、噴淋塔和文丘里/噴霧洗滌塔等。石灰或石灰石的吸收效率與漿液的pH值、鈣硫比、液氣比、溫度、石灰石粒度、漿液固體濃度、氣體中S02濃度、洗滌器結(jié)構(gòu)等眾多因素有關(guān)，主要因素有：（a）漿液pH值。研究表明，硫酸鈣的溶解度隨pH值的變化比較小，而亞硫酸鈣的溶解度隨pH值降低則增大。當(dāng)漿液的pH值低時(shí)，溶液中存在較多的亞硫酸鈣，在CaCO3顆粒表面液膜中，溶解的CaCO3使液膜的pH值上升，使得亞硫酸鈣在液膜中析出，沉積在CaCO3顆粒表面，抑制其與SO2的傳質(zhì)過程。因此，石灰的傳質(zhì)阻力比石灰石要小，若采用石灰石，則需要延長接觸時(shí)間，增加持液量和減少石灰石粒徑，以便獲得相應(yīng)的脫硫率。一般石灰

51、石系統(tǒng)的最佳操作pH6，石灰系統(tǒng)pH8。； SO2污染控制技術(shù)（b）液氣比。由于反應(yīng)中Ca2+持續(xù)地被消耗，這就需要吸收器有較大的持液量，即保證較高的液氣比。顯然，脫硫率隨液氣比增大而提高，但能耗也相應(yīng)增加，當(dāng)液氣比大于5.3L/m3時(shí)，脫硫率平均為87；（c）石灰石的粒度。粒度越小，表面積越大，脫硫率與石灰石的利用率越高，但石灰石的磨粉耗能越大；（d）溫度。降低吸收塔中的溫度，脫硫率提高。吸收塔中的溫度主要受進(jìn)口煙溫的影響，一般進(jìn)口煙溫要低于35。石灰(石灰石) 吸收法的主要問題是，吸收劑和生成物液槳容易在設(shè)備中結(jié)垢和堵塞，主要原因有：（a）反應(yīng)生成物CaSO31/2H2O是一種軟垢，它在石

52、灰石系統(tǒng)pH6.2，石灰系統(tǒng)pH8.0時(shí)形成，易被人工清除，也可通過降低溶液pH值使之溶解；（b）在石灰系統(tǒng)中，較高pH值下煙氣中CO2與Ca(OH)2生成CaCO3沉積物，當(dāng)進(jìn)口漿液的pH9時(shí)，CO2的再碳酸化作用尤為明顯，但石灰石系統(tǒng)不存在CO2再碳酸化問題；（e）吸收塔中形成的部分亞硫酸鈣和亞硫酸氫鈣被煙氣中殘余O2氧化，最終在容器壁面和部件表面上形成很難清除的CaSO42H2O硬垢。最有效解決結(jié)垢的辦法是采用添加劑，如氯化鈣、硫酸鎂、己二酸、氨等。添加劑除了有抑制結(jié)垢、堵塞作用，還能提高吸收SO2的效率。SO2污染控制技術(shù) （2）雙堿法。雙堿法是針對石灰或石灰石法易結(jié)垢和堵塞的問題發(fā)展

53、的一種脫硫工藝，又稱鈉堿法。首先采用鈉化合物(NaOH、Na2CO3或Na2SO3)溶液吸收煙氣中的SO2，生成Na2SO3和NaHSO3，接著用石灰或石灰石使吸收液再生為鈉溶液，并生成亞硫酸鈣或硫酸鈣沉淀。由于吸收塔內(nèi)用的是溶于水的鈉化合物作為吸收劑，不會結(jié)垢。然后將離開吸收塔的溶液導(dǎo)入一開口反應(yīng)器，加入石灰或石灰石進(jìn)行再生反應(yīng)，再生后的鈉溶液返回吸收塔重新使用。吸收反應(yīng)為： Na2CO3SO2Na2SO3CO2 2NaOHSO2Na2SO3H2O Na2SO3SO2H2O2NaHSO3 SO2污染控制技術(shù) 反應(yīng)器中的再生反應(yīng)為：Na2SO3Ca(OH)21/2H2O2NaOHCaSO31/

54、2H2O2NaHSO3Ca(OH)2CaSO31/2H2O3/2H2ONa2SO3 2NaHSO3CaCO3CaSO31/2H2ONa2SO3CO21/2H2O 如果將亞硫酸鈣進(jìn)一步氧化，才能回收石膏。此法的脫硫率也很高，可達(dá)95以上。缺點(diǎn)是吸收過程中，生成的部分Na2SO3會被煙氣中殘余O2氧化成不易清除的Na2SO4，使得吸收劑損耗增加和石膏質(zhì)量降低。電站鍋爐煙氣中，大約有510的Na2SO3被氧化為Na2SO4。如果溶液中的OH-和SO2-保持足夠高的濃度： Na2SO4Ca(OH)22H2O2NaOHCaSO42H2O 則可除去Na2SO4。若吸收塔采用稀硫酸來除去硫酸鈉，這也要增加硫

55、酸消耗：Na2SO4H2SO42CaSO34H2O2CaSO42H2O2NaHSO3 SO2污染控制技術(shù)二、含氮氧化物廢氣的治理技術(shù) 人類活動排放的NOx中，90以上來自燃料的燃燒排放，主要是鍋爐和機(jī)動車的內(nèi)燃機(jī)，其余的NOx來源于化工生產(chǎn)、各種硝化及硝酸處理過程等。因此，控制NOx排放的重點(diǎn)是對燃料燃燒過程及其排放物的治理，主要方法有改變?nèi)紵龡l件和廢氣脫硝兩種。（一）低NOx燃燒技術(shù)用改變?nèi)紵龡l件的方法來降低NOx的排放，通稱為低NOx燃燒技術(shù)，其應(yīng)用最廣，相對簡單、經(jīng)濟(jì)，并且是有效的方法。根據(jù)燃燒過程中NOx的生成機(jī)理，低NOx燃燒技術(shù)降低NOx的主要途徑有：選用N含量較低的燃料；減少過量

56、空氣及降低燃燒區(qū)域的氧濃度；降低燃燒溫度；對熱力型NOx，縮短在高溫區(qū)的停留時(shí)間，而對燃料型NOx，在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前峰和反應(yīng)區(qū)中的停留時(shí)間。具體的措施有：分級燃燒、再燃燒、煙氣再循環(huán)和各種低NOx燃燒器等。在組織低NOx燃燒時(shí)，不僅要使NOx盡可能降低，還要避免對燃燒設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響，應(yīng)根據(jù)不同的具體情況選用不同的方法。下面主要以鍋爐為對象進(jìn)行討論。NOx污染控制技術(shù) 1. 分級燃燒法 將燃燒所需的空氣分成兩級送入，使燃燒分兩級完成，燃燒室分級燃燒如圖4-30所示。一級空氣與燃料一起送入燃燒室，燃煤、燃油時(shí)約為所需空氣總量的80，燃?xì)鈺r(shí)約70。由于燃料先在缺氧的富燃料條件

57、下燃燒，燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平降低，同時(shí)抑制了燃料型NOx和熱力型NOx生成。完全燃燒所需的二級空氣在燃燒器附近適當(dāng)位置送入，形成貧燃料的二級燃燒區(qū)，此時(shí)雖然空氣量多，但燃燒溫度已經(jīng)降低，NO生成量不大。分級燃燒的實(shí)質(zhì)是偏離化學(xué)當(dāng)量比的燃燒，NO可比常規(guī)燃燒降低2040。 組織分級燃燒要同時(shí)考慮NOx控制和正常燃燒兩個(gè)方面，應(yīng)保證兩級空氣恰當(dāng)?shù)姆峙浔壤?，以及爐內(nèi)燃料與空氣的充分混合。第一級燃燒區(qū)的空氣過剩系數(shù)1越小，該區(qū)NOx生成量越少。但1過低，會產(chǎn)生大量的HCN、NH3和焦炭N，雖然有利于NO的還原，但進(jìn)入21的第二級燃燒區(qū)又被氧化生成NO，最終使總的NO排放量增加。此外，1過低或二

58、級空氣組織得不好、混合不良，還會引起不完全燃燒熱損失及結(jié)渣和腐蝕的可能性增大。因此1一般不宜低于0.7。 NOx污染控制技術(shù) 2. 再燃燒法再燃燒法就是使燃料分級燃燒，如圖4-31所示。各自都分兩級送入的燃料與空氣將燃燒分成三個(gè)區(qū)域：初燃區(qū)送入(8085)的一次燃料，在1的氧化性氣氛下進(jìn)行燃燒，生成NO，CO2，H20，SO2，O2和灰分等；再燃區(qū)送入其余(1520)的二次燃料，在1的還原性氣氛下燃燒，產(chǎn)生的碳?xì)浠鶊F(tuán)CH與部分NO反應(yīng)形成HCN、NH3等中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物再與NO反應(yīng)生成N2；燃盡區(qū)將二級空氣送入，完成全部燃燒，同時(shí)把殘余的中間產(chǎn)物部分還原成N2，部分氧化成NO。一般情況下，采

59、用再燃燒法可使NO的排放濃度降低50以上。NOx污染控制技術(shù) 組織再燃燒，可以將整個(gè)燃燒室劃分為三個(gè)燃燒區(qū)，也可使每個(gè)燃燒器分別形成各自的再燃燒區(qū)。二次燃料可以與一次燃料相同，如全部采用煤粉，也可以采用其他燃料，如油或氣體燃料。但要求二次燃料容易著火燃燒，因?yàn)槿紵齾^(qū)域分為三級，使得燃料和煙氣在再燃區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間相對較短。因此最理想的二次燃料是天然氣，如選用煤粉，應(yīng)是揮發(fā)分高的煤種，而且粒度要細(xì)。采用再燃燒法控制NOx的生成，應(yīng)盡量延長燃料在燃燒區(qū)的停留時(shí)間和減少初燃區(qū)的過剩空氣；二次燃料送入位置必須合適，一般盡量靠近初燃區(qū)噴入以保證反應(yīng)時(shí)間，但要防止初燃區(qū)的氧進(jìn)入再燃區(qū)，對還原不利；二段燃料和

60、二級空氣均要保證充分混合，以便完全燃燒。NOx污染控制技術(shù) 3. 煙氣再循環(huán)法 煙氣再循環(huán)法從鍋爐尾部抽取一部分溫度較低的惰性煙氣送入爐膛燃燒區(qū)，使?fàn)t內(nèi)溫度和氧的濃度降低，從而抑制了熱力型NOx的生成。其主要原因是減少了N2和O2的高溫分解，以及增強(qiáng)了燃燒區(qū)的還原性氣氛。該法降低NOx的效果與煙氣再循環(huán)率r（再循環(huán)煙氣量與無再循環(huán)排煙量之比）和燃料品種有關(guān)。研究表明，當(dāng)r（2030）時(shí)，NOx排放量隨r增大明顯減少，r大于這個(gè)范圍后NOx排放量基本不再減少，而且過大的r還會因爐溫太低導(dǎo)致脫火和燃燒不穩(wěn)定，增加不完全燃燒熱損失。采用此法對油、氣爐效果明顯，r(1520)時(shí)，采用不同燃料時(shí)NOx排