气态污染物吸收净化技术与设备研究成果

（一）气态污染物的吸收净化工艺

1.烟气的预冷却

生产过程产生的高温烟气需要预先冷却到适当温度，一般为333K左右后再进行吸收，常用的冷却方法有：

（1）直接增湿冷却，即用水直接喷入烟气管道中增湿降温，方法虽简单，但要考虑水冲管壁和形成酸雾腐蚀设备，以及可能造成沉积物阻塞管道和设备等问题。

（2）在低温热交换器中间接冷却，此法回收余热不多，而所需热交换器太大，若有酸性气体易冷凝成酸性液体而腐蚀设备。

（3）用预洗涤塔（或预洗涤段）冷却，同时实现降温与除尘，是目前广为采用的方法。

2.烟气的除尘

某些废气除含有气态污染物外，还常含有一定的烟尘，所以在吸收之前应设置专门的高效除尘设备，如用预洗涤塔同时降温除尘。

3.设备和管道的结垢与堵塞

结垢和堵塞是影响吸收装置正常运行的主要原因。首先要清楚结垢的机理、影响结垢和造成堵塞的原因，然后有针对性地从工艺设计、设备结构、操作控制等方面来解决。虽然各种净化方法造成的结垢机理不同，但防止结垢的方法和措施却大体相同，如控制溶液或料浆中水分的蒸发量，控制溶液的pH值，控制溶液中易于结晶物质不要过于饱和，严格控制进入吸收系统的尘量，改进设备结构设计，选择不易结垢和堵塞的吸收器等。

4.除雾

任何湿式洗涤系统都有产生“雾”的问题。雾除了含有水分，还含有溶解了气态污染物的盐溶液。雾中液滴的直径多在10～60mm，所以在工艺上要对吸收设备提出除雾的要求。

5.气体的再加热

用湿法处理烟气时，经吸收净化后排出的气体，由于温度低，热力抬升作用减少，扩散能力降低，为降低污染，应尽量升高吸收后尾气的排放温度以提高废气的热力抬升高度，有利于减少废气对环境的污染。如有废热可利用时，可将其用来加热原烟气，使之温度升高后再排空。

6.塔内降温

为了解决反应过程中产生的热量以降低吸收温度，通常在吸收塔内安置冷却管。

7.富液的处理

吸收操作不仅达到净化废气的目的，而且还应合理地处理吸收废液。若将吸收废液直接排放，不仅浪费资源，而且更重要的是其中的污染物转入水体中易造成二次污染，达不到保护环境的目的。所以，在采用吸收法净化气态污染物的流程中，需要同时考虑气态污染物的吸收及富液的处理问题。如用碳酸钠溶液吸收废气中的SO2，就需要考虑用加热或减压再生的方法脱除吸收后的SO2，使吸收剂恢复吸收能力，可循环使用，同时收集排出的SO2，既能消除SO2污染，净化了空气，同时又可以达到废物资源化（SO2可用于制备硫酸等）的目的。

（二）气态污染物的吸收净化设备

1.吸收净化设备的类型

在气态污染物净化中，因气体量大而浓度低，所以常选用以气相为连续相、湍流程度高、相界面大的吸收设备，吸收净化设备的类型如图3-1所示。

图3-1　吸收净化设备的类型(www.xing528.com)

工业气态污染物吸收设备结构形式有多种，常用的有填料吸收塔、板式吸收塔、各种喷雾塔，另外还有喷淋吸收塔和文丘里吸收器。填料塔内充填了许多薄壁环形填料，从塔顶淋下的溶剂在下流过程中沿填料的各处表面均匀分布，并与自下而上的气流很好的接触，此种设备由于气、液两相不是逐次而是连续接触，因此这类设备称为连续（微分接触）式设备。板式塔内各层塔板之间有溢流管，吸收液从上层向下层流动，板上设有若干通气孔，气体由此自下层向上层流动，在塔板内分散成小气泡，两相接触面积增大，湍流程度增强，气、液两相逐级接触，两相组成沿塔高呈阶梯式变化，因此这类设备称为逐级接触（级式接触）设备。

2.吸收净化机械设备的结构

（1）填料吸收塔

填料塔以填料作为气液接触的基本构件，塔体为直立圆筒，筒内支撑板上堆放一定高度的填料。气体从塔底送入，经填料间的空隙上升。吸收剂自塔顶经喷淋装置均匀喷洒，沿填料表面下流。填料的润湿表面就成为气液连续接触的传质表面，净化气体最后从塔顶排出。填料塔具有结构简单、操作稳定、适用范围广、便于用耐腐蚀材料制造、压力损失小、适用于小直径塔等优点。塔径在800mm以下时，较板式塔造价低、安装维修容易，但用于大直径塔时，则存在效率低、质量大、造价高及清理检修麻烦等缺点。随着新型高效、高负荷填料的研发，填料塔的适用范围在不断扩大。

（2）湍球吸收塔

湍球塔是高效吸收设备，属于填料塔中的特殊塔型。它是以一定数量的轻质小球作为气液两相接触的媒体。塔内装有开孔率较高的筛板，一定数量的轻质小球置于筛板上。吸收液从塔上部的喷头均匀地喷洒在小球表面，而需要处理的气体由塔下部的进气口经导流叶片和筛板穿过湿润的球层。当气流速度达到足够大时，小球在塔内湍动旋转，相互碰撞。气、液、固三相接触，由于小球表面的液膜不断更新，使得废气与新的吸收液接触，增大了吸收推动力，提高了吸收效率。净化后的气体经过除雾器脱去湿气，从塔顶部的排出管排出塔体。

湍球塔的优点是气流速度高、处理能力大、设备体积小、吸收效率高；能同时对含尘气体进行除尘；由于填料剧烈的湍动，一般不易被固体颗粒堵塞。其缺点是随着小球运动，有一定程度的返混；段数多时阻力较高；塑料小球不能承受高温，且磨损大，使用寿命短，需经常更换。湍球塔常用于处理含颗粒物的气体或液体以及可能发生结晶的过程。

（3）板式吸收塔

板式吸收塔通常是由一个呈圆柱形的壳体和沿塔高按一定间距水平设置的若干层塔板所组成。操作时，吸收剂从塔顶进入，依靠重力作用由顶部逐板流向塔底排出，并在各层塔板的板面上形成流动的液层；气体由塔底进入，在压力差的推动下，由塔底向上经过均布在塔板上的开孔，以气泡形式分散在液层中，形成气液接触界面很大的泡沫层。气相中部分有害气体被吸收，未被吸收的气体经过泡沫层后进入上一层塔板，气体逐板上升与板上的液体接触，被净化的气体最后从塔顶排出。

板式吸收塔的类型很多，主要按塔内所设置的塔板结构不同分为有降液管和无降液管两大类。在有降液管的塔板上，有专供液体流通的降液管，每层板上的液层高度可以由溢流挡板的高度调节，在塔板上气液两相呈错流方式接触，常用的板型有泡罩塔、浮阀塔和筛板塔等；在无降液管的塔板上，没有降液管，气液两相同时逆向通过塔板上的小孔呈逆流方式接触，常用的板型有筛孔和栅条等形式。除此以外，还有其他类型的塔盘，如导向筛板塔、网孔塔、旋流板塔等。与填料塔相比，板式塔的空塔速度高，因而生产能力大，但压降较高。直径较大的板式塔，检修清理较容易，造价较低。在大气污染治理中用得比较多的板式塔主要是筛板塔和旋流板塔。

（4）喷淋（雾）吸收塔

喷淋塔结构简单、压降低、不易堵塞、气体处理能力大、投资费用低。其缺点是效率较低、占地面积大，气速大时，雾沫夹带较板式塔重。在喷淋塔内，液体呈分散相，气体为连续相，一般气液比较小，适用于极快或快速化学反应吸收过程。为保证净化效率，应注意使气、液分布均匀、充分接触。喷淋塔通常采用多层喷淋，旋流喷淋塔可增加相同大小的塔的传质单元数，卧式喷淋塔的传质单元数较少。喷淋塔的关键部件是喷嘴。

目前，国内外大型锅炉烟气脱硫大部分采用直径很大（＞10m）的喷淋塔，由于新的通道很大的大型喷头的使用，尽管钙法脱硫液中悬浮物的体积分数高达20％～25％以上，也不会堵塞。一般采用很大的液气比以弥补喷淋塔传质效果差的不足。

机械喷洒吸收器是利用机械部件回转产生的离心力，使液体向四周喷洒而与气体接触。其特点是效率高、压降低，适合于用少量液体吸收大量的气体；缺点是结构复杂，需要较高的旋转速度，因此消耗能量较多，同时它还不适用于处理强腐蚀性的气体和液体。带有浸入式转动锥体的吸收器，通过附有圆锥形喷洒装置的直轴转动，从而将液体喷散，达到气液两相接触进行传质。气体是沿盘形槽间曲折孔道通过机械喷洒吸收器。当液体自上而下通过各层盘形槽流动时，附着于轴上的喷洒装置将液体截留，使其沿机械喷洒吸收器的横截面方向喷洒。这样，不仅使液体通过机械喷洒吸收器的时间延长，更重要的是，能使气液两相密切接触。

（5）连续鼓泡层吸收塔

在鼓泡吸收塔的圆柱形塔内存有一定量的液体，气体从下部多孔花板下方通入，穿过花板时被分散成很细的气泡，在花板上形成一鼓泡层，使气液间有很大的接触面。由于该塔型可以保证足够的液相和足够的气相停留时间，故它适于进行中速或慢速反应的化学吸收。鼓泡塔中易发生纵向环流，导致液体在塔内上下翻滚搅动、纵向返混，效率降低，可采用塔内分段或设置内部构件、加入填料等措施减少返混的影响。

鼓泡塔中液体可以流动，也可以不流动；液体与气体可以逆流，也可以并流。鼓泡塔的空塔速度通常较小（一般为30～1000m/h）不适宜处理大流量气体：压力损失主要取决于液层高度，通常较大。国内有用鼓泡塔进行废气治理（如软锰矿浆处理含SO2烟气）的报道，治理效果很好。

（6）文丘里吸收塔

文丘里吸收塔有多种形式。气体引流式文丘里吸收器，依靠气体带动吸收液进入喉管，与气体接触进行吸收。液体引射式文丘里吸收器是靠吸收液引射气体进入喉管的吸收器，这样可以省去风机，但液体循环能量消耗大，仅适用于气量较小的场合，气量大时，需要几台文丘里吸收器并联使用。

在文丘里吸收器中，由于喉管内气速低，一般为20～30m/s，液气比要较文丘里除尘器的高得多，通常为5.5～11L/m3。文丘里吸收器是一种并流式吸收器，随着气体分子不断被吸收，逐渐接近平衡浓度，直到没有更多地吸收发生为止。