7第六节吸收法净化工业废气

1第六节吸收法净化低浓度二氧化硫废气在有害气体治理中，尤其是在低浓度气态污染物的治理中，吸收法占有绝对的优势。不论是无机还是有机废气，在所有产生气态污染物的场合，都大量采用吸收法进行治理。一、概述在各类气态污染物中，二氧化硫是数量最大、影响面最广的大气污染物。几十年来出现的大气污染事件几乎都与二氧化硫有关。二氧化硫已成为衡量一个国家、地区大气质量的主要指标之一，是酸雨的主要来源。二氧化硫的主要人为排放源是矿石燃料燃烧、有色金属冶炼和一些化工过程。对于高浓度（含量＞2%）的废气，一般采取制酸；对低浓度（＜2%，大部分0.5%以下＝SO2废气，由于量大面广，对大气的质量影响很大。因此，对它的研究，国内外都非常活跃，先后出现了近百种烟气脱硫工艺。我国目前也已基本上肯定了采用烟气脱硫装置控制SO2污染的必要性，并把重点放在了选择和使用经济上合理、技术上先进、适合我国国情的烟气脱硫技术上。二、吸收法治理火电厂烟气中的二氧化硫国内外在低浓度SO2废气治理的研究上，重点放在了火电厂的烟气脱硫上，在各国研究的近百种烟气脱硫方法中真正用于火力发电厂的才只有十余种，而这十余种方法中，除一些干法，如炉内喷钙、循环流化床燃烧、电子束法以及一些吸附法之外，大部分较成熟的方法均是吸收法工艺。目前国内外工业化烟气脱硫装置运行最多的当属湿式石灰石（石灰）吸收二氧化硫的方法，约占湿法脱硫的百分之七十以上。其它还有石灰-亚硫酸钙法、喷雾干燥法、烟气循环流化床法等。在用氨作吸收剂的吸收法中，有氨-酸法、氨-亚硫酸氨法、氨-硫酸氨法。在用NaOH、Na2CO3等作吸收剂的吸收法中，有亚硫酸循环法、亚硫酸钠法、钠碱-酸分解法、钠碱-石膏法。另外还有碱式硫酸铝法、金属氧化物法、海水脱硫等工艺，均属吸收法烟气脱硫工艺。以上方法在国内外发电装置的脱硫上已得到了广泛的应用。这些工艺的详细内容将在第五章中讲述。三、中小型燃煤锅炉脱硫方法主要集中在人口密集的城市和城郊工业区的中小型燃煤锅炉，目前还是我国重要的热能动力设施，由于它使用面广，需求量大，每年向大气中排放的烟尘和SO2几乎占到工业锅炉排放量的一半。根据环保的要求，大多数安装了各种类型的除尘装置，但对SO2的控制则比较滞后，随着国家环保法规的实施，中小型锅炉SO2控制已成为一个紧迫的问题。因此，开发先进的中小型锅炉脱硫技术是国人关注的重点。（一）中小型燃煤锅炉SO2排放的特点与电站锅炉不同，中小型燃煤锅炉具有以下特点：1.锅炉数量大，分布面广。据统计，一个50万人口的中小城市，中小型锅炉的数量可达2000多台。22.锅炉吨位小，型号多。工业和民用的中小型锅炉大都吨位比较小，其中2~10T/h居多，而且型号多，燃烧方式不一，有链条炉排、往复炉排，更有一些手烧炉，这些都给烟气治理带来了相当的难度。3.燃料结构复杂多变，一般的中小型锅炉在用煤上都没有严格的要求，只要求好烧，价格便宜，对煤的灰分特别是含硫量从不考虑，因而造成煤种变化频繁，给治理装置带来困难。4.锅炉操作管理水平低，加上炉型结构和加煤方式不合理，造成燃烧状况不好，稍不注意就黑烟滚滚。另外，锅炉烟气温度过高也是一大特点。5.环保意识也有待提高。（二）对中小型燃煤锅炉脱硫装置的要求1.采用除尘脱硫一体化装置目前，大多数中小型燃煤锅炉都只有除尘装置，若象电站锅炉一样，先除尘后脱硫，一是投资大，二是场地也不允许。同时大多数地区对中小型锅炉的脱硫率要求比电站锅炉低。宜采用除尘脱硫一体化装置，投资和占地少，是比较理想的方法。2.要求主体设备低阻高效要在现有除尘装置的基础上加装一套脱硫装置，最大的要求是使脱硫装置的阻力降至最低，否则，还需要增加或更换风机，从而加大了投资。即使是安装除尘脱硫一体化装置，也希望在不增加或少增加锅炉烟气系统阻力的前提下，有较高的除尘效率和较合适的脱硫效率。3.要求采用来源广泛、价格便宜的脱硫剂，包括可用的碱性工业废水、碱性矿井水、冲渣水等，以节省运行费用。4.注意脱硫装置的抗热和防腐蚀，中小型燃煤锅炉大都使用湿法工艺，为防腐蚀，不少都采用有机高分子材料，但是很多锅炉烟气温度很高，有的高达250℃，稍不注意就会使有机材料烧毁。因此在装置制造的选材上，根据具体情况，既要考虑抗热又能防止腐蚀，这在设计上就应考虑。为了降低成本，又能防腐耐用，可考虑内衬防腐材料。（三）介绍几种中小型燃煤锅炉的脱硫工艺对于中小型燃煤锅炉脱硫，近年来有众多的关注。基本指导思想是脱硫除尘一体化，要求有较高的除尘效率和符合要求的脱硫效率。除尘技术发展到今天，已相当成熟，如何在一个装置中实现同时除尘脱硫或先除尘后脱硫是问题的关键。现已开发出不少类型的装置。装置的思路还是基于气液吸收，根据气液接触形式采用气相连续或液相连续或气液均分散的方式。1.WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置是天津大学环境科学与工程研究院开发的，该装置已列入1999年国家环保高技术产业化重大专项计划中“锅炉烟气除尘脱硫成套装置高技术产业化示范工程”项目，最近国家计划委员会又将该项目列入国债增量基金项目。3WX型模块式锅炉烟气除尘脱硫装置是为工业锅炉烟气除尘脱硫设计的除尘脱硫一体化装置，该装置采用了天津大学两项专利技术。除尘脱硫在一个装置内完成，流程短，占地面积小，结构简单，造价低廉，运行可靠，成本低，效果好。除尘效率可达95%~99%，在钙硫比为1.3时，脱硫效率可达85%，该装置采用模块式结构设计，已形成了标准化、系列化。目前该装置已成功地应用于75T/H以下的工业锅炉上。（1）装置的结构与运行WX型脱硫除尘装置由喷淋器、分气箱、文丘里洗涤器、三相旋流分离器、分水器、液封槽六个组件组成。运行时，含有粉尘和SO2的烟气首先进入装置的分气箱，使烟气均匀地分配到文丘里管的收缩段入口处。吸收剂浆液（主要是石灰浆液）通过喷淋器雾化，在文丘里喉口上部形成伞状雾幕，撞击文丘里管收缩段外壁产生二次反射，此时，由于高速流动的烟气的撕裂作用。使液滴变成更小的雾滴，加大了传质面积，当洗涤液雾滴与烟气通过喉口时，高速烟气与雾滴充分混合，完成了除尘与脱硫两个工艺过程。经过反应的气液固三相流体混合物经过三相旋流器的导叶轮，产生离心惯性力，灰水沿四壁流动，气液形成分离层，在分水器内完成气液分离，灰水进入液封槽，清液循环使用。（2）装置设计的独特之处WX型脱硫除尘装置在设计上有其独到之处，根据除尘效率只与投入的有效功有关的原理，经过对文丘里管几何尺寸的优化，使无用功减到最小，同时设计了能量回收装置，可回收能量20%~30%，装置的合理设计，强化了颗粒拦截、润湿、碰撞及其与气体的分离，从而使除尘效率大大提高。实验证实，当颗粒直径为1μm、喉口气速为50m/s时，除尘效率可达99.9%。在SO2的吸收上，引入了钠离子作催化剂，提高了吸收剂的吸收活性，保持了浆液的高pH值。设计的三相旋流分离器，对分离半径和内环半径进行了精心的优化计算设计，达到了用最小的功率获得最大的分离效率。目前，天津大学环科院正致力于该装置大型化开发，力争用于大型的电站锅炉联合除尘脱硫工程。2.AFGD气动脱硫技术AFGD（AerodynamicFlueGasDesulfurization）气动脱硫技术是北京空气动力研究所在俄罗斯技术的基础上进行消化、吸收、改进开发出来的一种新型除尘脱硫一体化技术。（1）气动脱硫原理气动脱硫是利用空气动力学中的旋涡运动理论，其基本原理是经加速的烟气从过滤器（吸收塔）下部进入形成高速旋转气流与塔顶流下的吸收液相遇，液体被气体托住，并反复高速旋切成雾滴，形成一段动态稳定的乳化层，气液在乳化层中高速传质后，乳化液被新形成的乳化液取代，捕集过粉尘和吸收过SO2的液体从塔底排出，净化气体从塔顶排出。（2）气动脱硫技术的优点4a.乳化层中液体的颗粒比水膜式、喷淋式要小得多，比表面积比上述两种方法的要大数倍至数十倍，因而捕集尘粒效率高，反应活性强，大大提高了与SO2的反应速率，脱硫效率可达84%，除尘效率可达98%。b.液气比小，可低至0.4~0.6L/m3，大大节约了吸收液。c.吸收液供应无需专用喷嘴，避免了系统的堵塞。d.系统阻力小，运行费用低。e.占地少，适用于现有锅炉的改造。（3）气动脱硫工艺主要构成单元气动脱硫工艺的主要结构单元包括气流稳定室、吸收塔、浆液制备和水、渣后处理部分。a.浆液制备系统吸收使用生石灰，制成熟石灰浆，制备方法与旋转喷雾干燥法类似。b.水、渣后处理部分与湿式石灰石石膏法类似，也是曝气强制氧化、脱水。由于渣中含有煤灰，因此不能制成石膏制品。c.气流稳定室这是本技术的核心设备之一，内设若干导流板，以便对烟气进行整流，从而保证吸收塔中各过滤单元烟气处理量一致。d.吸收塔也称过滤器，是本技术的核心设备之一，吸收塔内由若干个过滤单元组成一个过滤组件，气液在这此过滤单元中形成乳化层进行气液传质。由于气液均处在高度湍动状态，因此传质速率大，效率高。和其它吸收塔一样，塔顶设有高效除雾器。整个系统，尤其是稳定室和吸收塔，对防腐要求较高。该系统有较完善的自动控制系统。目前，AFGD气动脱硫技术正在向大型化发展，已在江苏溧阳电厂应用。提出了200—1000T/H锅炉的烟气脱硫方案。3.水膜除尘器改造的除尘脱硫装置水膜除尘器是燃煤锅炉普遍采用的湿式除尘装置，在电站锅炉上也曾大量采用。随着国家对SO2排放的控制，人们自然地想到了对水膜除尘器进行改造，使它同时具有脱硫功能。因此，在水膜除尘器改造为除尘脱硫一体化方面出现了各式各样的装置。但总体来讲是将水膜除尘器的主体部分改造成一个塔器。（1）水膜除尘器与喷淋塔结合这是最简单的一种改造方式，具体作法是在除尘器本体内设置若干喷嘴，用来喷射碱性吸收液，设计上采用2～3层喷嘴布置，采用较大的液体喷淋量，吸收液完成除尘脱硫后排入灰水分离槽（沉淀池）。经沉淀分离后循环使用。这类装置结构简单，对原水膜除尘器不作大的改动。但脱硫率低，一般只达50%—60%，取决于吸收液的pH值。装置存在严重的带水现象。也有加装除雾器的，但增大了阻力。（2）水膜除尘器与湍球塔结合此项技术采用了原武汉水利电力大学和浙江大学的湍流式湿式烟气脱硫5除尘一体化技术，由绍兴热电厂开发的。该一体化装置是在原文丘里水膜除尘器的基础上改造的。先将原文丘里烟道缩口和喷嘴拆除，将原溢水口降低一定高度，在上部加装二层湍球，塔顶加装了除雾装置。该装置吸取了电厂双碱法烟气脱硫的原理，采用碳酸钠作吸收剂，在塔外用石灰乳再生，保持吸收液的pH值，防止了塔内结垢。按照湍球塔的运行特点，采用了较大的空塔气速。由于拆掉了文丘里部分，降低了系统的阻力。运行结果表明，除尘效率99%，脱硫效率75%。但空心填料球易磨损。将现有的水膜除尘器改造成除尘脱硫一体化装置还有不少形式，这里不再作介绍。4.两段式除尘脱硫装置所谓两段式是将旋风除尘器与吸收塔组合在一起的干、湿相结合的除尘脱硫一体化装置。装置的主体是一个塔，下段除尘，上段脱硫。烟气由塔的下段一侧切向进入，除去大部分尘粒后，由升气管上升到上面的脱硫段，此段的结构类似于板式塔，但降液管设在塔外，完成吸收液循环。该装置是天津市环保技术开发中心介绍的。另外他们还介绍了一种利用卧式网膜塔进行除尘脱硫的装置，也颇具特色。关于中小型燃煤锅炉除尘脱硫一体化技术，近年来研究非常活跃。一九九七年国家环保局科技标准司编辑出版了一本《中小型燃煤锅炉烟气除尘、脱硫实用技术指南》，其中介绍了不少好的技术。近几年又陆续出现了不少这方面的技术。第七节吸收法净化氮氧化物废气一、概述氮氧化物也是大气的一个主要污染物，是形成酸雨的主要因子之一。人为产生的氮氧化物虽然只占自然生成数量的1/10（约50×106t/a），但因其分布集中，与人类活动关系密切，所以危害较大。氮氧化物的主要排放源也是来自矿物燃料的燃烧，包括固定燃烧源和机动车船和飞机，约占人为排放源的80%。其余是一些化工过程排放的氮氧化物。氮氧化物烟气的净化俗称烟气脱硝（或脱氮）。在烟气脱硝方法中，除应用催化还原、吸附法之外，吸收法脱硝同样占据着非常重要的位置，如以水