工业大气污染治理技术.ppt

工业大气污染治理技术,2014-2-12,引 言,大气污染的防治是一个庞大的系统工程，基本的思想是采用法律、行政、经济和工程技术相结合的措施进行综合防治。从整个区域大气污染状况出发，统一规划、合理布局，综合应用各种防治污染的措施，充分利用环境的自净能力，从而有效控制大气污染。,一：废气分类及来源 二：废气的危害 三：废气治理技术 四：工业排放标准,一、工业废气分类及来源,（一）废气的定义： 废气(waste gas)是指人类在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体。特别是化工厂、钢铁厂、制药厂，以及炼焦厂和炼油厂等，排放的废气气味大，严重污染环境和影响人体健康。,一、工业废气分类及来源,（二）废气分类：通常我们是按大气的污染成份来分类： 1：颗粒污染物： 一般指悬浮在空气当中的固体或液体物质，通常称为微粒物或颗粒物。 这类物质通常来源于：火力发电厂、钢铁厂、金属冶炼厂、水泥厂、化工厂以及工业用和民用锅炉的排放。 2：气态污染物： 1）以S02为主的含硫化合物：如硫化氢、二氧化硫、三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐和有机硫气溶胶等 。 2）以NO 和NO2为主的含氮化合物。 3）碳的氧化物：主要是CO和CO2，如“温室效应”。 4）碳氢化合物：统称烃类，它们是形成危害人类健康的光化学烟雾的主要成分。 5）含卤素的化合物：通常主要指氟化氢(HF) 和 氯化氢(HCL)，它们可以破坏臭氧层，导致人们患皮肤病及致癌。 3：放射性污染,一、工业废气分类及来源,（三）主要来源： 燃料燃烧（主要是燃煤)废气、生产工艺废气。 1：燃料燃烧废气： 作为一次能源的化石燃料的燃烧，化石燃料的燃烧，特别是不完全燃烧将导致由烟尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物的产生，引起大气污染问题，以燃煤引起的大气污染问题最为严重。 2：工业生产来源： 1)煤炭工业源:煤炭加工主要有洗煤、炼焦及煤的转化等，在这些加工中均不同程度地向大气排放各种有害物质。主要有颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物及挥发性有机物及无机物。,2)石油和天然气工业源: （1）石油炼制：除烃类外，还含有多种硫化物、氮化物等。 （2）天然气的处理过程：天然气中常含有天然气油、丁烷和丙烷，因此要经天然气处理装置回收这些可液化的成分方能使用。 3)钢铁工业：钢铁工业主要由采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、焦化等所组成。各生产工序都不同程度地排放污染物。排入大气的污染物主要有粉尘、烟尘、S02、CO、N0x、氟化物和氯化物等。 4)有色金属工业：有色金属通常指除铁（有时也除铬和锰）和铁基合金以外的所有金属。有色金属可分为四类：重金属、轻金属、贵金属、和稀有金属。重有色金属在火法冶炼中产生的有害物以重金属烟尘和SO2为主，也伴有汞、镉、铅、砷等极毒物质。生产轻金属铝时，污染物以氟化物和沥青烟为主；生产镁和钛、锆、铪时，排放的污染物以氯气和金属氯化物为主。 5)建材工业：建筑材料种类繁多，其中用量最大最普遍的当属砂石、石灰、水泥、沥青混凝土、砖和玻璃等。它们的主要排放物为粉尘。 6)化学工业：化学工业又称化学加工工业，其中产量大、应用广的主要化学工业有无机酸、无机碱、化肥等工业。其排放的污染物，由原料，加工工艺，生产环境等方面决定。,二、废气危害,1：颗粒污染物的危害： 大气固体颗粒物包括粉尘和烟尘，粒径较小的容易进入人的呼吸系统。 2：硫化合物的危害 二氧化硫是一种无色不可燃的有毒气体，具有强烈的辛辣、刺激性气味。 值得注意的是，SO2、SO3与水气、烟尘等结合形成硫酸烟雾及硫酸盐后，造成的生态环境污染和危害远比单一的S02大得多，其毒性作用可增大34倍； 空气中SO2浓度和存在时间超过一定值时还会对植物造成伤害。 硫化氢是无色、具有浓厚腐蛋气味的有毒气体，易溶于水。如果侵入血液中能与血红蛋白结合，生成硫化血红蛋白而使人缺氧，窒息死亡。 3：氮氧化合物的危害 一氧化氮是一种无色、无刺激的不活泼气体。而二氧化氮则是棕红色、有刺激性臭味的气体。NO和NO2都是有毒气体，其中NO2比NO的毒性高45倍。,4：光化学氧化剂的危害 光化学烟雾成分中的二次污染物，如O3、过氧乙酰硝酸酯 （PAN）、过氧基硝酸酯(PBN)、醛类等氧化剂对人体的影响类似NOx，但比NOx的影响更强。其慢性毒作用还可诱发染色体畸变，加速人体衰老，降低肺部对细菌的抵抗力等。 5：含氟化合物的危害 1）氟化氧 有强烈的刺激和腐烛作用，可通过呼吸道粘膜、皮肤和肠道吸收，对人体全身产生毒性作用,长期暴露在低浓度的氢氟酸蒸气中，可引起牙齿酸蚀症，使牙齿粗粒无光泽，易患牙龈炎。当空气中HF浓度为0.030.06mg/m3时，儿童牙斑釉患病率明显增高。HF的慢性中毒可造成鼻粘膜溃疡、鼻中隔穿孔等，还可引起肺纤维化。高浓度的HF能引起支气管炎和肺炎氟化氢是对植物危害较大的气体之一，其特点主要是累积性中毒。 2）四氟化硅 密度为空气密度3.6倍的气体，同样刺激呼吸道粘膜。,三、废气治理技术,颗粒污染物的治理技术 气态污染物的治理技术 脱硫 脱硝 VOCs治理,3.1 颗粒污染物的治理技术,除尘通俗的讲就是：含尘气体中去除颗粒物的过程。实际上是一个固气相混合物分离问题，即是气溶胶非均相混合物的分离，从气溶胶中除去有害无用的固体或液体颗粒物的技术称为除尘技术。 由集尘罩、管道、除尘器、风机、排气筒以及系统辅助装置组成。,（一）除尘装置的技术性能,技术指标常以气体处理量、净化效率、压力损失等参数表示。 经济指标则包括设备费、运行费、占地面积等内容。,1烟尘的浓度表示,（1）烟尘的个数浓度 单位气体体积中所含烟尘颗粒的个数，称为个数浓度，单位为个/cm3，在粉尘浓度极低时用此单位。 （2）烟尘的质量浓度 每单位标准体积含尘气体中悬浮的烟尘质量数，称为质量浓度，单位g/Nm3。,2除尘装置的处理量,该项指标表示的是除尘装置在单位时间内所能处理烟气量的大小，是表明装置处理能力大小的参数，烟气量一般用体积流量表示（Nm3/h，Nm3/s）。,3除尘装置的效率,除尘装置的效率是代表装置捕集粉尘效果的重要指标，也是选择、评价装置的最主要的参数。 （1）除尘装置的总效率（除尘效率） 除尘装置的总效率是指在同一时间内，由除尘装置除下的粉尘量与进入除尘装置的粉尘量的百分比，常用符号表示。总效率所反映的实际上是装置净化程度的平均值，它是评定装置性能的重要技术指标。,（2）除尘装置的分级效率 说明对某一粒径范围粒子的去除能力 （3）除尘装置的通过率（除尘效果） 指同一时间内从除尘器出口逸散的粉尘量与进入的粉尘量之百分比。 （4）多级除尘效率,(二）除尘装置的分类与除尘原理,1除尘装置的分类 2各类除尘装置的除尘原理,1除尘装置的分类,是否使用水或其他液体可分为 湿式除尘器、干式除尘器。 按效率的高低分： 高效除尘器、中效除尘器和低效除尘器,根据除尘机制分四类:,机械式除尘器 湿式除尘器 过滤式除尘器 静电除尘器。,2各类除尘装置的除尘原理,（1）机械式除尘器 机械式除尘器是通过质量力的作用达到除尘目的的除尘装置。质量力包括重力、惯性力和离心力，主要除尘器形式为重力沉降室，惯性除尘器和旋风除尘器等。,重力沉降室除尘原理,重力沉降室是利用粉尘与气体的密度不同，使含尘气体中的尘粒依靠自身的重力从气流中自然沉降下来，达到净化目的的一种装置。,重力沉降室示意图,单层重力沉降室工作原理图 多层重力沉降室,惯性除尘器的除尘原理,利用粉尘与气体在运动中的惯性力不同，使粉尘从气流中分离出来的方法为惯性力除尘，常用方法是使含尘气流冲击在挡扳上、气流方向发生急剧改变，气流中的尘粒惯性较大，不能随气流急剧转弯，便从气流中分离出来。,惯性除尘器除尘原理示意图,离心式除尘器的工作原理,使含尘气流沿某一定方向作连续的旋转运动，粒子在随气流旋转中获得离心力，使粒子从气流中分离出来的装置为离心式除尘器，也称为旋风除尘器。,旋风除尘器工作原理示意图,机械式除尘器的特点,机械式除尘器造价比较低，维护管理方便，耐高温，耐腐蚀，适宜含湿量大的烟气，但对粒径5m以下的尘粒去除率较低。当气体含尘浓度高时，这类除尘器可作为初级除尘，以减轻二级除尘的负荷。 重力沉降室适宜尘粒粒径较大(50m)、要求除尘效率较低、场地足够大的情况；惯性除尘器适宜排气量较小、对除尘效 率要求较低的场合；旋风除尘器是工业中应用较为广泛的除尘设备之一，通常情况下，旋风除尘器对5m以上的尘粒除尘效率最高可达95%左右，因此常作为二 级除尘系统中的预除尘、气力输送系统中的卸料分离器和1 20t/h的小型锅炉烟气的处理用。,（2）湿式除尘原理,湿式除尘也称为洗涤除尘。该方法是用液体（一般为水）洗涤含尘气体，使尘粒与液膜、液滴或气泡碰撞而被吸附，凝集变大，尘粒随液体排出，气体得到净化。,湿式除尘器的作用机理,惯性碰撞 扩散作用 凝聚作用 粘附,喷淋洗涤装置的示意图,文丘里洗涤除尘器,填料塔洗涤器,湿式除尘器的特点,结构简单，造价低，除尘效率高，在处理高温、易燃、易爆气体时安全性好，在除尘的同时还可去除气体中的有害物。湿式除尘器的不足是用水量大，易产生腐蚀性液体，产生的废液或泥浆需进行处理，并可能造成二次污染。在寒冷地区和季节，易结冰。,（3）过滤式除尘器的滤尘原理,过滤式除尘是使含尘气体通过多孔滤料，把气体中的尘粒截留下来，使气体得到净化的方法。按滤尘方式有内部过滤与外部过滤之分。,袋式除尘器的除尘机制,筛分作用 惯性碰撞作用 扩散作用 静电作用 重力沉降作用,机械清灰袋式除尘器,袋式除尘器的特点,袋式除尘器除尘效率高达98%，能除掉微细尘粒，对处理气量变化的适应性强，最适宜处理有回收价值的细小颗粒物。 但袋式除 尘器的投资比较高，允许使用的温度低，操作时气体的温度需高于露点温度，否则不仅会增加除尘器的阻力，甚至由于湿尘黏附在滤袋表面而使除尘器不能正常工作。 当尘粒浓度超过尘粒爆炸下限时，也不能使用袋滤式过滤器。袋式过滤器广泛应用于各种工业生产的除尘过程。,（4）静电除尘原理,是利用高压电场产生的静电力（库仑力）的作用实现固体粒子或液体粒子与气流分离的方法。含尘气体进入除尘器后，通过以下三个阶段实现尘气分离。 粒子荷电 粒子沉降粒子清除,管式电除尘器的示意图,平板电除尘器,单管电除尘器,电除尘器的特点,电除尘器已被广泛作为各种工业炉窑和火力发电站大型锅炉的除尘设备，能处理高温、高湿烟气。它的除尘效率高，可达98%以上，压力损失低，运行费 用较低，能满足环保要求的排放浓度；处理风量大，可达每小时数千至一二百万立方米；阻力较低，仅IOO 500Pa，且运行能耗低。但电除尘器的结构复杂，初投资大，占地面积大，对操作、运行、维护管理都有较高的要求。,1除尘装置的选择原则,除尘器的整体性能主要是用三个技术指标（处理气体量、压力损失、除尘效率）和三个经济指标（一次投资、运转管理费用，占地面积及使用寿命）来衡量。,(三）除尘装置的选择,考虑因素,（1）需达到的除尘效率 （2）设备运行条件 （3）经济性 （4）占地面积及空间的大小。 （5）设备操作要求及使用寿命。 （6）其他因素,2除尘装置的性能比较,3.2 气态污染物的治理技术,吸收法 吸附法 催化转化法 燃烧法 冷凝法,(一）气态污染物的治理方法,1吸收法,当气-液相接触时，利用气体中的不同组分在同一液体中的溶解度不同，可使气体中的一种或数种溶解度大的组分进入到液相中，使气相中各组分相对浓度发生改变，气体即可得到分离净化，这个过程称为吸收。 物理吸收 与 化学吸收,吸收剂、吸收质、吸收液,在吸收中，用来吸收气体中有害组分的液体叫做吸收剂，被吸收的气体组分称为吸收质，而吸收了吸收质后的液体叫做吸收液。,吸收法的特点,吸收法具有设备简单、捕集效率高、应用范围广、一次性投资低等特点。但由于吸收是将气体中的有害物质转移到了液体中，因此对吸收液必须进行处理，否则容易引起二次污染。此外，由于吸收温度越低吸收效果越好，因此在处理高温烟气时，必须对排气进行降温的预处理。,2吸附法,由于固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引力或化学键力，因此当其与气体接触时，就能吸引气体分子，使浓集在固体表面并保持其上，这种现象称为吸附。 吸附平衡，物理吸附与化学吸附。,吸附剂、吸附质,具有吸附作用的固体物质称为吸附剂，被吸附的气体组分称为吸附质。,吸附平衡,吸附过程是可逆过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的吸附质分子还可因分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去，这种现象称为脱附。当吸附速度与脱附速度相等时，就达到了吸附平衡，达到平衡时，吸附剂丧失了吸附能力。,吸附法的特点,净化效率高，对低浓度气体具有很强的净化能力。吸附剂活性炭、分子筛等。 吸附剂需进行再生，常用的再生方法有升温脱附、减压脱附、吹扫脱附等。,3催化转化法,催化法净化气态污染物是利用催化剂的催化作用，使废气中的有害组分发生化学反应并转化为无害物或易于去除物质的一种方法。,催化剂成分,活性组分 载体 助催化剂,活性组分,是催化剂对某一反应是否具有加速作用的关键组分。,载体,是分散、负载活性组分的支撑物，能加大催化剂的反应表面并改善催化剂的使用性能。,助催化剂,是改善催化剂活性及热稳定等性能的填加物。,催化方法的特点,净化效率较高，受废气中污染物浓度影响较小，无需将污染物与主气流分离，避免了二次污染。 但催化剂价格较贵，操作要求较高，废气中的有害物质很难作为有用物质进行回收等。,4燃烧法,燃烧是伴随有光和热的激烈化学反应过程，在有氧存在的条件下，当混合气体中可燃组分浓度在燃烧极限范围浓度以内时，一经明火点燃，可燃组分即可进行燃烧。 特点：工艺简单，操作方便，可回收热量，但不能回收有用物质，易造成二次污染。,5冷凝法,在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压，采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使一些易于凝结的有害气体或蒸汽态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来。 冷凝法对废气的净化程度与冷却温度有关，冷却温度愈低，对易凝结组分的清除程度愈高。,1SO2废气的治理,目前常用的脱除SO2的方法有 抛弃法 和 回收法 两种 按照作用原理分为： （1）湿法 （2）干法,(二）典型气态污染物的治理,控制SO2的方法,控制二氧化硫的基本方法可分为：燃烧前（燃料）脱硫、燃烧中脱硫 及 燃烧后脱硫。由于技术、经济等方面的原因，目前其中以烟气脱硫为主要方法。 最好是控制煤及其它燃料的含硫量，因处理的气量很大，则压降很大，所以动力消耗很大。 控制SO2的排放的方法选择： 考虑三方面：系统设备、脱硫剂消费、电力消费,烟气脱硫,A、脱硫过程的难点 （1）烟气成分复杂，烟气中含有大量粉尘。 （2）要求的净化效率高。 （3）脱硫渣卖不出去，内部无经济效益。,石灰石/石膏烟气脱硫工艺示意图,B、曾经遇到的困难,（1）腐蚀，Cl的腐蚀引出一部分外排，减少腐蚀。 （2）Ca的结垢，沉积CaSO4加入添加剂。 （3）除雾器堵塞，有雾沫夹带造成。 （4）低的利用率。 （5）气固分离。 （6）脱硫渣的利用。 （7）控制pH，需碱量大。,抑制脱硫技术发展的几个原因：,（1） CO2酸性气； （2）需碱量； （3）脱硫废渣； （4）高的能耗。,2NOx废气治理,（1）吸收法 氧化吸收法、硝酸吸收法、碱液吸收法 （2）吸附法 固定床吸附器、移动床吸附器和流化床吸附器 （3）催化还原法,（3）催化还原法,在催化剂的作用下，用还原剂将废气中的NOx还原为无害的N2和H2O的方法称为催化还原法。 非选择性催化还原 选择性催化还原 还有催化分解和热炭层法等。,非选择性催化还原,在催化剂作用或不用催化剂，还原剂不加选择地与废气中的NOx与O2同时发生反应。该法由于存在着与O2的反应过程，放热量大，因此在反应中必须使还原剂过量并严格控制废气中的氧含量。,NSCR工艺流程图,氨为还原剂：NH3 + NOx N2 + H20 尿素为还原剂：CO(NH2)2 2NH2 + CO NH2 + NOx N2 + H20 CO + NOx N2 + CO2,选择性催化还原,在催化剂的作用下，还原剂只选择性地与废气中的NOx发生反应，而不与废气中的O2发生反应。废气中的二氧化氮（NO2）和一氧化氮（NO）被还原剂还原为氮气。常用的还原剂气体为NH3。,SCR与SNCR技术比较,3VOCs有机废气的治理,挥发性有机物：是指在室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa，常压下沸点小于260的有机化合物。主要包括烷烃类、芳烃类、烯烃类、卤烃类、酯、醛、醇、酮类和其他有机化合物。,3VOCs有机废气的治理,常用的净化方法是：吸收法、吸附法、燃烧法及催化燃烧法。 用的最多的是蓄热式催化氧化法，活性炭吸附法。 生物处理法是最新发展起来的新型处理方法。,吸附法,吸附法是利用各种固体吸附剂（如活性炭、活性炭纤维、分子筛等）对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。 吸附回收工艺（回收有机溶剂） 吸附氧化工艺（回收热量） 具体的吸附技术主要包括固定床吸附技术、移动床（含转轮）吸附技术、流化床吸附技术和变压吸附技术等；吸附设备可以分为固定床、移动床和流化床吸附器三种。,蓄热式催化氧化（RCO）,是在催化氧化的基础发展起来的国际先进技术，主要采用了先进的热交换设计技术、高效催化剂和新型陶瓷蓄热材料。 RCO处理技术特别适用于热回收率需求高，且无其它过程可利用作为热交换回收程序；适用于同一生产线上，因产品不同，废气成分经常发生变化或废气浓度波动较大的场合。 应用行业包括石油、化工、橡胶、油漆、涂装、家俱、印制铁罐、印刷等行业中产生的中高浓度有机废气的净化处理，可处理的有机物质种类包括苯类、酮类、酯类、酚类、醛类、醇类、醚类和烃类等。,四、工业排放标准,火电厂（GB13223-2011) 水泥工业 （GB4915-2013) 钢铁 （GB28662-2012) 砖瓦（GB29620-2013) 电子玻璃工业（GB4915-2013),本次修订的主要内容： 一是总体上收紧了污染物排放限值，提高了新建机组和现有机组烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物的排放控制要求； 二是为体现公平原则，简化了标准体系，适当地合并了不同时期建设的现有机组的排放控制要求； 三是本着实事求是的原则，进一步强化了标准的适用性，删除了在实际工作中难以发挥作用的内容，如全厂二氧化硫最高允许排放速率的规定； 四是进一步完善了污染物指标体系，增设了汞的排放限值和燃气锅炉排放限值； 五是增设了适用于环境敏感地区的大气污染物特别排放限值。,最新环保排放标准新提出更为严格的环保要求,火电厂大气污染排放标准（GB13223-2003）,氮氧化物最高允许排放浓度 (单位：mg/m3),GB13223-2011规定： 新建机组NOX排放2012年1月1日起执行100mg/m3限值；,国家对大气污染治理的决心！ 如何适应新的环保标准？,本次修订内容 一、扩大了适用范围，在原有水泥原料矿山开采、水泥制造、水泥制品生产的基础上增加了散装水泥中转站； 二、调整了大气污染物排放限值，增加了适用于重点地区 的大气污染物特别排放限值。新标准重点提高了PM、NOx排放控制要求。综合考虑现有企业脱硝和除尘设施改造情况，以及国家调整过剩产能、强化大气污染防 治的政策要求，新建企业自2014年3月1日起执行新标准，现有企业则执行原标准至2015年7月1日过渡期结束。,国内外水泥行业NOx排放限值对比,国内外水泥行业颗粒物排放限值对比,GB28664-2012,；,钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准,GB28662-2012,；,炼铁工业大气污染物排放标准,GB28663-2012,；,轧钢工业大气污染物排放标准,GB28665-2012,；,炼钢工业大气污染物排放标准GB28664-2012 钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准GB28662-2012 炼铁工业大气污染物排放标准GB28663-2012 轧钢工业大气污染物排放标准GB28665-2012,钢铁行业新标准,炼钢工业大气污染物排放标准,GB28664-2012,；,钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准,GB28662-2012,；,炼铁工业大气污染物排放标准,GB28663-2012,；,轧钢工业大气污染物排放标准,GB28665-2012,；,1、新标准覆盖钢铁生产全过程、按工序细化 钢铁工业系列排放标准覆盖了烧结(球团)、焦化、炼铁、铁合金、 炼钢和轧钢、铁矿采选等排放环节的全过程环境控制，几乎涵盖了所有生产过程及排污环节，使每个污染源排放有据 可依、有据可管，增强了标准的可操作性，形成了一个系统的钢铁工业污染物排放标准体系。 2、污染因子设置更加全面 考虑到主要污染物总量与行业特征污染物控制要求，钢铁工业系列排放标准增加了总氮、总磷、总铅、总铬、总汞、总砷、总镍、总镉等水污染物指标，其中11项为重金属和有毒污染物项目，以及二恶英、氮氧化物等5项大气污