室外大氣治理

1.脫硫脫硝
脫硫原理
化學原理：煙氣中的SO2 實質上是酸性的，可以通過與適當?shù)膲A性物質反應從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫常用的堿性物質是石灰石(碳酸鈣)、生石灰(氧化鈣，Cao)和熟石灰(氫氧化鈣)。石灰石產量豐富，因而相對便宜，生石灰和熟石灰都是由石灰石通過加熱來制取。有時也用碳酸納(純堿)、碳酸鎂和氨等其它堿性物質。所用的堿性物質與煙道氣中的SO2發(fā)生反應，產生了一種亞硫酸鹽和硫酸鹽的混合物(根據(jù)所用的堿性物質不同，這些鹽可能是鈣鹽、鈉鹽、鎂鹽或銨鹽)。亞硫酸鹽和硫酸鹽間的比率取決于工藝條件，在某些工藝中，所有亞硫酸鹽都轉化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質間的反應或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術)，或在固體堿性物質的濕潤表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術)。
在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，堿性物質(通常是堿溶液，更多情況是堿的漿液)與煙道氣在噴霧塔中相遇。煙道氣中SO2溶解在水中，形成一種稀酸溶液，然后與溶解在水中的堿性物質發(fā)生中和反應。反應生成的亞硫酸鹽和硫酸鹽從水溶液中析出，析出情況取決于溶液中存在的不同鹽的相對溶解性。例如，硫酸鈣的溶解性相對較差，因而易于析出。硫酸納和硫酸銨的溶解性則好得多。SO2在干法和半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，固體堿性吸收劑或使煙氣穿過堿性吸收劑床噴入煙道氣流中，使其與煙道氣相接觸。無論哪種情況，SO2都是與固體堿性物質直接反應，生成相應的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應能夠進行，固體堿性物質是十分疏松或相當細碎。在半干法煙道氣脫硫系統(tǒng)中，水被加入到煙道氣中，以在堿性物質顆粒物表面形成一層液膜，SO2溶入液膜，加速了與固體堿性物質的反應。
脫硫方法簡介
世界上普遍使用的商業(yè)化技術是鈣法，所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態(tài)下脫硫和處理脫硫產物，該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態(tài)下進行，該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化后煙溫高、利于煙囪排氣擴散、二次污染少等優(yōu)點，但存在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在干燥狀態(tài)下脫硫、在濕狀態(tài)下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優(yōu)點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫后產物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。
目前，國內外常用的煙氣脫硫方法按其工藝大致可分為三類：濕式拋棄工藝、濕式回收工藝和干法工藝。其中變頻器在設備中的應用為節(jié)約能源做出了巨大貢獻。[3]
干式脫硫
干式煙氣脫硫工藝
該工藝用于電廠煙氣脫硫始于80年代初，與常規(guī)的濕式洗滌工藝相比有以下優(yōu)點：投資費用較低；脫硫產物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無需裝設除霧器及再熱器；設備不易腐蝕，不易發(fā)生結垢及堵塞。其缺點是：吸收劑的利用率低于濕式煙氣脫硫工藝；用于高硫煤時經(jīng)濟性差；飛灰與脫硫產物相混可能影響綜合利用；對干燥過程控制要求很高。
噴霧脫硫
噴霧干式煙氣脫硫工藝
噴霧干式煙氣脫硫(簡稱干法FGD)，先由美國JOY公司和丹麥NiroAtomier公司共同開發(fā)的脫硫工藝，70年代中期得到發(fā)展，并在電力工業(yè)迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧干燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應后生成一種干燥的固體反應物，然后連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進行了旋轉噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗，取得了一些經(jīng)驗，為在200～300MW機組上采用旋轉噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數(shù)的設計提供了依據(jù)。
煤灰脫硫
粉煤灰干式煙氣脫硫技術
日本從1985年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的干式煙氣脫硫技術，到1988年底完成工業(yè)實用化試驗，1991年初投運了首臺粉煤灰干式脫硫設備，處理煙氣量644000Nm3/h。其特點：脫硫率高達60%以上，性能穩(wěn)定，達到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無需排水處理和排煙再加熱，設備總費用比濕式法脫硫低1/4；煤灰脫硫劑可以復用；沒有漿料，維護容易，設備系統(tǒng)簡單可靠。
濕法脫硫
FGD工藝
世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰（CaO）或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經(jīng)過不斷地改進和完善后，技術比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98%)，機組容量大，煤種適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優(yōu)點。據(jù)美國環(huán)保局(EPA)的統(tǒng)計資料，全美火電廠采用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法占39.6%，石灰石法占47.4%，兩法共占87%；雙堿法占4.1%，碳酸鈉法占3.1%。在中國的火電廠鋼廠，90%以上采用濕式石灰/石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。但是在中國臺灣，日本等脫硫處理較早的國家和地區(qū)基本采用鎂法脫硫，占到95%以上。
濕式鎂法主要的化學反應機理為:其主要優(yōu)點是脫硫效率高，同步運行率高，且其吸收劑的資源豐富，副產品可吸收，商業(yè)價值高。目前，鎂法脫硫在日本等煙氣控制嚴格的地區(qū)引用較多，尤其先進行脫硫開發(fā)的日本地區(qū)有100多例應用，臺灣電站有95%以上是用的鎂法。對硫煤要求不高，適應性好。無論是高硫煤還是低硫煤都有很好的脫出率，可達到98%以上。
鎂法脫硫主要的問題是吸收劑單價較高，副產品設備復雜。但是優(yōu)點是高脫除率，高運行率，副產品經(jīng)濟效益好等。
濕法FGD工藝較為成熟的還有：海水法；氫氧化鈉法；美國DavyMckee公司W(wǎng)ellman-LordFGD工藝；氨法等。
在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經(jīng)過濕法工藝脫硫后的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點以下，若不經(jīng)過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利于煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統(tǒng)。目前，應用較多的是技術上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價格較貴，占整個FGD工藝投資的比例較高。近年來，日本三菱公司開發(fā)出一種可省去無泄漏型的GGH，較好地解決了煙氣泄漏問題，但價格仍然較高。前德國SHU公司開發(fā)出一種可省去GGH和煙囪的新工藝，它將整個FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內，利用電廠循環(huán)水余熱來加熱煙氣，運行情況良好，是一種十分有前途的方法。
 
脫銷原理
煙氣脫硝，是指把已生成的NOX還原為N2，從而脫除煙氣中的NOX，按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝。主要包括：酸吸收法、堿吸收法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、吸附法、離子體活化法等。國內外一些科研人員還開發(fā)了用微生物來處理NOX廢氣的方法。
由于從燃燒系統(tǒng)排放的煙氣中的NOx，90%以上是NO,而NO難溶于水,因此對NOx的濕法處理不能用簡單的洗滌法。煙氣脫硝的原理是用氧化劑將NO氧化成NO2,生成的NO2再用水或堿性溶液吸收,從而實現(xiàn)脫硝。O3氧化吸收法用O3將NO氧化成NO2,然后用水吸收。該法的生成物HNO3液體需經(jīng)濃縮處理,而且O3需要高電壓制取,初投資及運行費用高。ClO2氧化還原法ClO2將NO氧化成NO2,然后用Na2SO3水溶液將NO2還原成N2。該法可以和采用NaOH作為脫硫劑的濕法脫硫技術結合使用,脫硫的反應產物Na2SO3又可作為NO2的還原劑。ClO2法的脫硝率可達95,且可同時脫硫,但ClO2和NaOH的價格較高,運行成本增加。
脫硝工藝介紹
由于爐內低氮燃燒技術的局限性,使得NOx的排放不能達到令人滿意的程度,為了進一步降低NOx的排放,須進行煙氣脫硝處理。目前通行的煙氣脫硝技術工藝大致可分為干法、半干法和濕法3類。其中干法包括選擇性非催化還原法( SNCR)、選擇性催化還原法(SCR)、電子束聯(lián)合脫硫脫硝法;半干法有活性炭聯(lián)合脫硫脫硝法;濕法有臭氧氧化吸收法等。
在眾多脫硝方法當中,SCR脫硝技術以其脫硝裝置結構簡單、無副產品、運行方便、可靠性高、脫硝效率高、一次投資相對較低等諸多優(yōu)點,在日本和歐美得到了廣泛的商業(yè)應用。
2.除塵
從含塵氣體中去除顆粒物以減少其向大氣排放的技術措施。
含塵工業(yè)廢氣或產生于固體物質的粉碎、篩分、輸送、爆破等機械過程，或產生于燃燒、高溫熔融和化學反應等過程。前者含有粒度大、化學成分與原固體物質相同的粉塵，后者含有粒度小、化學性質與生成它的物質有別的煙塵。改進生產工藝和燃燒技術可以減少顆粒物的產生。除塵器廣泛用于控制已經(jīng)產生的粉塵和煙塵。
除塵工藝
重力除塵
利用粉塵與氣體的比重不同的原理，使揚塵靠本身的重力(重力) 從氣體中自然沉降下來的凈化設備，通常稱為沉降室或降生室。它是一種結構簡單、體積大、阻力小、易維護、效率低的比較原始的凈化設備，只能用于粗凈化。重力降塵室的工作原理如下圖所示：含塵氣體從一側以水平方向的均勻速度V進入沉降室，塵粒以沉降速度V沉下降，運行t時間后，使塵粒沉降于室底。凈化后的氣體，從另一側出口排出。
惰性除塵
它的原理是利用粉塵與氣體在運動中慣性力的不同，將粉塵從氣體中分離出來。一般都是在含塵氣流的前方設置某種形式的障礙物，使氣流的方向急劇改變。此時粉塵由于慣性力比氣體大得多，塵粒便脫離氣流而被分離出來，得到凈化的氣體在急劇改變方向后排出。這種除塵器結構簡單，阻力較小(10-80毫米水柱)，凈化效率較低(40-80%)，多用于多段凈化時的開始階段，凈化中的濃縮設備或與其它凈化設備配合使用。慣性除塵器以百葉式的很常用。（它適用于凈化含有非粘性、非纖維性粉塵的空氣，通常與其它種除塵器聯(lián)合使用組成機組。
旋風分離器
旋風除塵器的工作原理為，含塵氣體從入口導入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉向下的外旋流。懸浮于外旋流的粉塵在離心力的作用下移向器壁，并隨外旋流轉到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內旋流并經(jīng)過排氣管排出。
袋式除塵
工作原理：
重力沉降作用——含塵氣體進入布袋除塵器時，顆粒大、比重大的粉塵，在重力作用下沉降下來，這和沉降室的作用完全相同。
篩濾作用——當粉塵的顆粒直徑較濾料的纖維間的空隙或濾料上粉塵間的間隙大時，粉塵在氣流通過時即被阻留下來，此即稱為篩濾作用。當濾料上積存粉塵增多時，這種作用就比較顯著起來。
慣性力作用——氣流通過濾料時，可繞纖維而過，而較大的粉塵顆粒在慣性力的作用下，仍按原方向運動，遂與濾料相撞而被捕獲。
熱運動作用——質輕體小的粉塵(1微米以下)，隨氣流運動，非常接近于氣流流線，能繞過纖維。但它們在受到作熱運動(即布朗運動)的氣體分子的碰撞之后，便改變原來的運動方向，這就增加了粉塵與纖維的接觸機會，使粉塵能夠被捕獲。當濾料纖維直徑越細，空隙率越小、其捕獲率就越高，所以越有利于除塵。
靜電除塵
工作原理：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。
濕式除塵
利用含塵氣體沖擊除塵器內壁或其他特殊構件上用某種方法造成的水膜，使粉塵被水膜捕獲，氣體得到凈化，這類凈化設備叫做水膜除塵器。包括沖擊水膜、惰性（百葉）水膜和離心水膜除塵器等多種。
含塵氣體由簡體下部順切向引入，旋轉上升，塵粒受離心力作用而被分離，拋向筒體內壁，被簡體內壁流動的水膜層所吸附，隨水流到底部錐體，經(jīng)排塵口卸出。水膜層的形成是由布置在筒體的上部幾個噴嘴、將水順切向噴至器壁。這樣，在簡體內壁始終覆蓋一層旋轉向下流動的很薄水膜，達到提高除塵效果的目的。這種濕式除塵器結構簡單，金屬耗量小，耗水量小。其缺點是高度較大，布置困難，并且在實際運行中發(fā)現(xiàn)有帶水現(xiàn)象。 
3.油煙凈化
高壓靜電（等離子）凈化
電場在外加高壓的作用下，負極的金屬絲表面或附近放出電子迅速向正極運動，與氣體分子碰撞并離子化。油煙廢氣通過這個高壓電場時，油煙粒子在極短的時間內因碰撞俘獲氣體離子而導致荷電，受電場力作用向正極集塵板運動，從而達到分離效果。這種設備的投資少、占地小、無二次污染、運行費用低。由于易于捕捉粒徑較小的粉塵，凈化效率高，可達85~95%。它的凈化機理與氣體方法的區(qū)別在于：分離力是靜電力，直接作用在粒子上，而不是作用在氣流上，因此具有能耗低，阻力小的特點。
靜電過濾器：含有粉塵顆粒的氣體，在接有高壓直流電源的陰極線(又稱電暈極)和接地的陽極板之間所形成的高壓電場通過時，由于陰極發(fā)生電暈放電、氣體被電離，此時，帶負電的氣體離子，在電場力的作用下，向陽板運動，在運動中與粉塵顆粒相碰，則使塵粒荷以負電，荷電后的塵粒在電場力的作用下，亦向陽極運動，到達陽極后，放出所帶的電子，塵粒則沉積于陽極板上，而得到凈化的氣體排出防塵器外。
光催化凈化
納米光催化觸媒材料是一種吸收光能后，能在其表面產生催化反應的物質，其功能類似于植物的葉綠素。當特定納米波長的紫外光照射光催化觸媒材料時，其表面發(fā)生光催化氧化還原反應。光催化觸媒材料吸收光子后在其表面產生電子(E—)和空穴(H+)，將吸收的光能轉化成化學能，即具有光催化作用。當光催化觸媒材料與空氣中的水接觸時，表面就吸附H20、02、0H-，H20、0H—被空穴(H+)所氧化，02被電子(E-)還原，反應式如下： H20+H+~OH．+H+ 02+E—一02-： 0H—基團的氧化能力較強，使有機物氧化，分解為水和C02。
催化劑燃燒法
燃燒凈化法的原理是利用高溫燃燒所產生的熱量進行氧化反應，把油煙廢氣中的污染物質轉化為CO2和H2O等物質，從而達到凈化目的。在燃燒過程中，讓油煙廢氣通過自凈化催化劑，催化劑的催化反應有利于污染物的轉化。一般采用陶瓷或金屬蜂窩進行載體進行氧化催化。這類油煙凈化設備只適用油煙濃度很低的場合，如食物生吃或制作半成品。