工业废气处理与防治措施

机械工业的废气主要产生于燃料的燃烧过程和生产加工过程。由于现今机械工业生产的燃料、原料、生产过程和产品的多样化，使得排入大气的污染物种类繁多、组成复杂，若从排放量、影响范围和毒性等方面考虑，已为人们所认识的、对环境威胁大的主要大气污染物是烟尘、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳及碳氢化合物5种。

存在于废气中的颗粒物和气体污染物的主要区别在于粒径大小不同，从而使它们威胁环境的物理、化学和生物行为有所差别，对付它们的办法（治理技术）也就有所不同。气体污染物是以分子尺寸分散于大气中的，粒径约为μm数量级。废气中的颗粒包括固态和液态尘粒，它们以多个分子的凝聚（结合）态存在；其粒径范围为0.001～1 000 μm。当尘粒的直径（粒径）大于10 μm时，由于自重而易降落地面，故称为降尘；粒径小于10 μm的尘粒可长期飘浮于大气中，通常称为飘尘。分散于大气中的固/液态微粒，其粒径大多是小于1 μm的，由于其具有胶体的性质，故称为气溶胶。

由此可见，机械工业排入大气中的污染物有固态、液态和气态污染物。固态污染物则有各种大小不一、性质各异的粉尘粒子，有的粒子粒径仅1 μm，被人体吸入后可直达肺泡并长期潴留，对人体造成损害；有的粒子却是很贵重的工业原料，如有色金属氧化物原料。液态污染物主要是各种酸雾、有机溶剂液滴等。气态污染物则有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、重金属蒸气、碳氢化合物等，也包括各类恶臭有机气体等。污染物质的形态不同，治理方法也不同。可以用机械的、电的等物理方法把污染物分离开来，也可以用化合、分解等化学方法使有害污染物转为无害物，乃至转变为有用物质。

减少大气污染，应当优先考虑如何减少污染物的产生量，如开发无害新能源、改变燃料构成、革新能源利用设备、改进燃烧技术等等，是减少空气污染的重要途径。加强工矿企业重点污染源的工艺改革和进行污染源的综合治理和利用，既能提高原材料的利用率，又能减少污染物。

对排入大气中的固态污染物，可以通过各种除尘器除去其中的颗粒，如机械式除尘器、电除尘器、湿式除尘器和过滤式除尘器；对液态污染物，可以采用各种除雾器捕集悬浮在废气中的各种悬浮液滴；气态污染物的分离捕集设备主要有各种脱硫、脱氮设备，也可以采用吸收、吸附、焚烧、冷凝及化学反应等方法净化工业有害气体。

1.工业废气的除尘

从废气中分离捕集颗粒物的设备称为除尘器。采用除尘器除尘已成为机械工业防治工业性大气污染的一项重要技术措施，其作用不仅是除去废气中的有害粉尘，而且往往还可以回收废气中的有用物质，用于工业生产，以达到综合利用资源的目的。

按照除尘机制，可将除尘器分成如下四类：机械式除尘器、电除尘器、洗涤除尘器和过滤式除尘器。实际上，在一种除尘装置中往往同时利用几种除尘机制，所以一般是按其中主要的除尘机制进行分类命名的。此外，根据除尘过程是否用水或其他液体清灰，还可将除尘器分为干除尘器和湿除尘器两大类。近年来，为提高对微粒的捕集效率，市场上陆续出现了综合几种除尘机制的多种新型除尘装置，如荷电液滴湿式洗涤除尘器、荷电袋式除尘器等。目前，这些新型除尘器仍处于试验研究阶段。下面仅对几种常用除尘器的原理、结构和性能作简要介绍。

1）机械式除尘器

机械式除尘器一般是指靠作用在颗粒上的重力或惯性力，或将两者结合起来捕集粉尘的装置，主要包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器。机械式除尘器造价比较低，维护管理较简单，结构装置简单且耐高温，但对粒径5 μm以下的微粒的去除率不高。

（1）重力沉降室。重力沉降室是靠重力使尘粒沉降并将其捕集起来的除尘装置。重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室，如图8-1所示。含尘气体流过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大幅降低，使大而重的尘粒得以缓慢落至沉降室底部。重力沉降室可有效地捕集粒径50 μm以上的粒子，除尘效率约40%～60%。气体的水平流速通常为0.2～2 m/s。在处理锅炉烟气时，气体流速不宜大于0.7 m/s。

图8-1　重力沉降室

（a）水平气流沉降室；（b）垂直气流沉降室

占地面积大、除尘效率低是重力沉降室的主要缺点，但因其具有结构简单、投资少、维修管理容易及压力损失小（一般50～150 Pa）等优点，工程上可因地制宜地用它作为二级除尘的第一级。

（2）惯性除尘器。惯性除尘器是使含尘气体冲击挡板后急剧改变流动方向，从而借助尘粒的惯性将其从气流中分离出来的装置。按结构可分为冲击式和反转式两类，如图8-2所示。

图8-2　惯性除尘器结构

（a）反转式；（b）冲击式

冲击式惯性除尘器可分为单级型和多级型，在这种设备中，沿气流方向设置一级或多级挡板，使气流中的尘粒冲撞挡板而被分离。反转式惯性除尘器可分为弯管型、百叶窗型和多隔板塔型。惯性除尘器一般用于多级除尘中的第一级，捕集密度和粒径较大的尘粒；但对黏结性或纤维性粉尘，因其易堵塞，不宜采用。

（3）旋风除尘器。旋风除尘器，又称离心式除尘器，是使含尘气体作旋转运动，借助离心力作用将尘粒从气流中分离捕集的装置，如图8-3所示，旋转气流作用于尘粒上的离心力比重力大5～2 500倍，因此，它能从含尘气体中除去更小的粒子，而且在气体处理量相同的情况下，装置所占厂房空间相比重力沉降室和惯性除尘器亦较小。

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图8-3　旋风除尘器

（a）切向进气，轴向排灰；（b）轴向进气，周向排灰

旋风除尘器主要由进气口、筒体、锥体排气管等部分组成。按气流进入方式，旋风除尘器常分为切向进入式（图8-3（a））和轴向进入式（图8-3（b））两种，切向进入式又可分为直入式和蜗壳式。轴向进入式是靠导流叶片促使气流旋转的。与切向进入式旋风除尘器相比，在同一压力损失下，轴向进入式旋风除尘器能处理3倍左右的气体量，而且气流分布更易均匀，所以主要用其组合成多管旋风除尘器，用在处理气体量大的场合。

旋风除尘器对于粒径5 μm以上的尘粒的除尘率可达95%以上，由于其具有结构简单、制造安装和维护管理容易、投资少、占地面积小等优点，常作为二级除尘系统中的预除尘、气力输送系统中的泄料分离器和用于小型工业锅炉除尘等。但旋风除尘器一般只适用于净化非黏结性和非纤维性的粉尘及温度在400℃以下的非腐蚀性气体；如果用于高温气体除尘，则需要采取冷却措施，或在内壁衬隔热材料；如果用于净化腐蚀性气体，则应采用防腐材料，或在内壁喷涂防腐材料。

2）电除尘器

电除尘器是利用静电力实现粒子（固体或液体）与气流分离的装置。它与机械方法分离颗粒物装置的主要区别在于，其作用力直接施加于各个颗粒上，而不是间接地作用于整个气流。电除尘器有两种类型，即管式电除尘器和板式电除尘器。电除尘器正被大规模地应用于解决燃煤电站、石油化工工业和钢铁工业等的大气污染问题，在回收有价值物质中也起着重要的作用。电除尘器的主要缺点是设备庞大、耗电多、投资高，制造、安装和管理所要求的技术水平较高。

3）袋式除尘器

袋式除尘器是利用天然或人造纤维织成的滤袋来净化含尘气体的装置，其除尘效率一般可达99%以上。其作用机理按尘粒的力学特性，具有惯性碰撞、截留、扩散、静电和筛滤等效应。袋式除尘器的类型多种多样，按滤袋形状分为圆筒形袋式除尘器和扁平形袋式除尘器两种；按清灰方式分为机械振动清灰式袋式除尘器、逆气流反吹式袋式除尘器和脉冲喷吹式袋式除尘器等多种类型。除机械振动清灰式袋式除尘器是靠振动过滤介质清除粉尘外，逆气流反吹式袋式除尘器和脉冲喷吹式袋式除尘器都是从过滤介质上将粉尘吹除，即用低压空气反吹或用少量压缩空气脉冲喷吹。作为一种高效除尘器，袋式除尘器广泛用于各种工业部门的尾气除尘中，由于它效率高、性能稳定可靠、操作简单、动力消耗小、回收的干粉尘便于综合利用，因此获得了越来越广泛的应用，同时在结构、滤料、清灰和运行方式等方面都得到了发展。

4）洗涤除尘器

洗涤除尘器又称湿式除尘器，它是用液体所形成的液滴、液膜、雾沫等洗涤含尘烟气，使尘粒从烟气中分离出来的装置。此类装置具有结构简单、造价低、占地面积小和净化效率高等优点，能够处理高湿、高温气体；在去除颗粒物的同时亦可去除二氧化硫等气态污染物，但应注意其管道和设备的腐蚀、污水和污泥的处理、烟气抬升高度减小等问题。目前应用的洗涤除尘器种类虽多，但应用最广的是重力喷雾洗涤除尘塔、旋风洗涤除尘器和文丘里洗涤除尘器。

2.工业有害气体的净化技术

控制工业有害气体的污染，应该重视减少污染物产生和对已产生的污染物进行净化两方面的技术措施。工业有害气体的净化过程，就是从废气中清除气态污染物的过程。它包括化工及有关行业中通用的一系列单元操作过程，涉及流体输送、热量传递和质量传递。净化工业有害气体的基本方法有5种，即吸收、吸附、焚烧、冷凝及化学反应。

（1）液体吸收法。液体吸收法是指用选定的液体高效吸收有害气体。吸收设备主要有填料塔、板式塔、喷洒吸收器和文丘里洗涤器。填料为陶瓷、金属或塑料制成的环、网；板式塔分为鼓泡式和喷射式。文丘里洗涤器又称文丘里管除尘器，由文丘里管凝聚器和除雾器组成。文丘里洗涤器的除尘过程可分为雾化、凝聚和除雾3个阶段，前二阶段在文丘里管内进行，后一阶段在除雾器内完成。

（2）固体吸附法。固体吸附法是指利用多孔吸附材料净化有毒气体。常用吸附剂有活性炭、活性氧化铝、分子筛、硅胶、沸石等。吸附装置有固定床、流动床和流化床。吸附方式可为间歇式或连续式。可用吸附法去除的污染物质见表8-1。

表8-1　可用吸附法去除的污染物质

（3）燃烧法。直接燃烧法以可燃性废气本身为燃料，实现燃烧无害化，使用通用型炉、窑、火炬等设备。热力燃烧法借助添加燃料来净化可燃性废气，使用炉、窑等设备。催化燃烧法利用催化剂改善燃烧条件，实现可燃性废气的高效净化，催化剂有铂、钯、稀土及其他金属或氧化物。

（4）冷凝回收法。冷凝回收法利用制冷剂将废气冷却液化或溶于其中。常用制冷剂有水、盐水混合物、干冰等。冷凝装置有直接接触冷凝器、间壁式换热器、空气冷却器等。

气体净化方法的选择主要取决于气体流量及污染物浓度，应尽可能地减少气体流量和提高污染物浓度，降低处理费用。对于浓度较高的气体，可考虑先进行预处理，但要与不设预处理的大型净化系统进行经济比较，除非有其他的考虑（如回收贵重物质，或需要预先冷却热废气），一般一个净化系统的一次投资总比多个净化系统来得便宜。因此在选择处理方法和工艺流程之前，要充分考虑待处理工业有害废气的种类、浓度、流量及废气中是否含有贵重物质等因素，进行综合比较来决定。

3.废气中液态污染物的除雾技术

废气中液态污染物的除雾设备主要包括四大类：一是惯性力除雾装置，包括折板式除雾器、重力式脱水器、弯头脱水器、旋风脱水器、旋流板脱水器；二是湿式除雾器，几乎所有的湿式气态污染物处理装置和除尘器均可用作湿式除雾装置；三是过滤式除雾器，包括网式除雾器和填料除雾器；四是静电除雾器，有管式和板式两种型式。

在折板式除雾器中，气流通过挡板、折流板、折流体，因流线的偏折，使雾滴碰撞到挡板被捕集下来。弯头脱水器借助于气流在弯头中折转90°或180°时产生的惯性力将雾滴甩出，主要用于文丘里管后面的脱水。旋风脱水器用于雾滴较细（最小雾滴为粒径5μm）而除雾要求较高的场合。几乎所有的旋风除尘器均可用作脱水器，根据除雾脱水的特点也可做成结构简化的体形较小的旋风脱水器。网式除雾器中的丝网除沫器净化硫酸有工程实效，板网除沫器被广泛用于铬酸雾的净化处理工程。填料除雾器常用于各种酸雾，特别是硫酸雾的净化。各种用于液体吸收的填料塔，如填充鲍尔环、拉西环、鞍形填料、丝网填料、实体波纹填料、栅条填料等的填料塔，均可用作除雾器。