室外大氣治理

1.脫硫脫硝
脫硫原理
化學(xué)原理：煙氣中的SO2 實質(zhì)上是酸性的，可以通過與適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)反應(yīng)從煙氣中脫除SO2。煙道氣脫常用的堿性物質(zhì)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(chǎn)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(zhì)。所用的堿性物質(zhì)與煙道氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)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(zhì)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(zhuǎn)化成了硫酸鹽。SO2與堿性物質(zhì)間的反應(yīng)或在堿溶液中發(fā)生(濕法煙道氣脫硫技術(shù))，或在固體堿性物質(zhì)的濕潤表面發(fā)生(干法或半干法煙道氣脫硫技術(shù))。
在濕法煙氣脫硫系統(tǒng)中，堿性物質(zhì)(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(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。反應(yīng)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(zhì)直接反應(yīng)，生成相應(yīng)的亞硫酸鹽和硫酸鹽。為了使這種反應(yīng)能夠進行，固體堿性物質(zhì)是十分疏松或相當(dāng)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(zhì)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(zhì)的反應(yīng)。
脫硫方法簡介
世界上普遍使用的商業(yè)化技術(shù)是鈣法，所占比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產(chǎn)物在脫硫過程中的干濕狀態(tài)又可將脫硫技術(shù)分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術(shù)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(chǎn)物，該法具有脫硫反應(yīng)速度快、設(shè)備簡單、脫硫效率高等優(yōu)點，但普遍存在腐蝕嚴(yán)重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術(shù)的脫硫吸收和產(chǎn)物處理均在干狀態(tài)下進行，該法具有無污水廢酸排出、設(shè)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(yīng)速度較慢、設(shè)備龐大等問題。半干法FGD技術(shù)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(chǎn)物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術(shù)。特別是在濕狀態(tài)下脫硫、在干狀態(tài)下處理脫硫產(chǎn)物的半干法，以其既有濕法脫硫反應(yīng)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(chǎn)物易于處理的優(yōu)勢而受到人們廣泛的關(guān)注。按脫硫產(chǎn)物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。
目前，國內(nèi)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(shè)備中的應(yīng)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(chǎn)物呈干態(tài)，并和飛灰相混；無需裝設(shè)除霧器及再熱器；設(shè)備不易腐蝕，不易發(fā)生結(jié)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(chǎn)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(yīng)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(yīng)后生成一種干燥的固體反應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)噴霧干法煙氣脫硫優(yōu)化參數(shù)的設(shè)計提供了依據(jù)。
煤灰脫硫
粉煤灰干式煙氣脫硫技術(shù)
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(shù)，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(shè)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(shè)備總費用比濕式法脫硫低1/4；煤灰脫硫劑可以復(fù)用；沒有漿料，維護容易，設(shè)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(yīng)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(shù)比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98%)，機組容量大，煤種適應(yīng)性強，運行費用較低和副產(chǎn)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(xué)反應(yīng)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(chǎn)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(yán)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(yīng)用，臺灣電站有95%以上是用的鎂法。對硫煤要求不高，適應(yīng)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(chǎn)品設(shè)備復(fù)雜。但是優(yōu)點是高脫除率，高運行率，副產(chǎn)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(yīng)用較多的是技術(shù)上成熟的再生(回轉(zhuǎn))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(nèi)，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(nèi)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(shù)結(jié)合使用,脫硫的反應(yīng)產(chǎn)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(nèi)低氮燃燒技術(shù)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(shù)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(dāng)中,SCR脫硝技術(shù)以其脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡單、無副產(chǎn)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(yīng)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(shù)措施。
含塵工業(yè)廢氣或產(chǎn)生于固體物質(zhì)的粉碎、篩分、輸送、爆破等機械過程，或產(chǎn)生于燃燒、高溫熔融和化學(xué)反應(yīng)等過程。前者含有粒度大、化學(xué)成分與原固體物質(zhì)相同的粉塵，后者含有粒度小、化學(xué)性質(zhì)與生成它的物質(zhì)有別的煙塵。改進生產(chǎn)工藝和燃燒技術(shù)可以減少顆粒物的產(chǎn)生。除塵器廣泛用于控制已經(jīng)產(chǎn)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(shè)備，通常稱為沉降室或降生室。它是一種結(jié)構(gòu)簡單、體積大、阻力小、易維護、效率低的比較原始的凈化設(shè)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(cè)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(cè)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)備或與其它凈化設(shè)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(fēng)分離器
旋風(fēng)除塵器的工作原理為，含塵氣體從入口導(dǎo)入除塵器的外殼和排氣管之間，形成旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到除塵器下部，由排塵孔排出。凈化后的氣體形成上升的內(nèi)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(dāng)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(dāng)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(zhì)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(dāng)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(nèi)壁或其他特殊構(gòu)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(shè)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(zhuǎn)上升，塵粒受離心力作用而被分離，拋向筒體內(nèi)壁，被簡體內(nèi)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(nèi)壁始終覆蓋一層旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)因碰撞俘獲氣體離子而導(dǎo)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(shè)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(chǎn)生催化反應(yīng)的物質(zhì)，其功能類似于植物的葉綠素。當(dāng)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(yīng)。光催化觸媒材料吸收光子后在其表面產(chǎn)生電子(E—)和空穴(H+)，將吸收的光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，即具有光催化作用。當(dāng)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(yīng)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(chǎn)生的熱量進行氧化反應(yīng)，把油煙廢氣中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì)，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(yīng)有利于污染物的轉(zhuǎn)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(shè)備只適用油煙濃度很低的場合，如食物生吃或制作半成品。