常溫下脫硫脫硝去除超細段顆粒物新技術
摘要：
空氣清洗的原理就像天上下雨，空氣被清洗干凈。我們是把空氣壓縮，集中在一個系統(tǒng)內清洗罷了。這項技術可以大規(guī)模攔截PM0.5以粗顆粒物，而且在常溫下即能同步清除二氧化氮等有害氣體，所用的耗材又非常簡單，僅為水與空氣。在水中加入石灰，甚至海水，即可脫硫。整個系統(tǒng)在去除顆粒物的同時，可同步脫硫脫硝；在脫硫脫硝的同時，可同步去除顆粒物，相輔相成。
這是一項全新的技術，特別適合燃煤電廠、鋼鐵廠等煙氣治理，以及商業(yè)場所空氣的改善，其核心技術已被錄入國家科技成果庫，并由一國有機械集團產業(yè)化。
關鍵詞：空氣清洗、PM2.5顆粒物、二氧化氮、常溫脫硫脫硝。
據(jù)技術發(fā)明人陳云介紹：空氣清洗的原理就像天上下雨，空氣被清洗干凈；我們是把空氣壓縮，集中在一個系統(tǒng)內清洗罷了。它可以大規(guī)模攔截PM0.5以粗顆粒物，而且在常溫下能同步清除二氧化氮等有害氣體。這是一項全新的技術。
清除PM2.5中超細段顆粒物
在PM2.5中，對人體健康危害最大的顆粒物是粒徑在1微米（PM1.0）以下的顆粒物，因為它能直接進入血液。這段超細顆粒物很難清除，用傳統(tǒng)過濾的辦法根本不能攔截如此細小的顆粒物。用碳纖維吸附的辦法可以捕捉超細段顆粒物，但在高濃度大氣量條件下，碳纖維很快飽和。靜電除塵能捕捉超細段顆粒物，但在煙氣高速大量通過時，捕捉效率急劇下降。因此，開發(fā)一種能大規(guī)模穩(wěn)定捕捉1微米以下顆粒物的技術或裝備成當務之急。
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大氣中不同粒徑顆粒物分布圖（吳兌）
2010年我們在氧化鋁微粉生產過程中偶然發(fā)現(xiàn)一種全新的能在空氣中大規(guī)模捕捉1微米顆粒物的技術。2013年4月15日，廣州輕度灰霾，我們在中國科學院廣州地球化學研究所進行首次灰霾清洗試驗（如下圖）。
圖中左邊黃色部分是“玄綠150”灰霾清洗技術驗證機
試驗結果表明，“玄綠150”灰霾清洗機能去除0.1微米至0.7微米超細段顆粒物，其效果如下圖：
2013年4月23日，廣州雨后輕度灰霾，我們進行更為苛刻的灰霾清洗試驗，結果如下：
2014年６月我們曾對一臺６噸級燃煤鍋爐進行煙氣清洗試驗，由中國科學院廣州地球化學研究所派人現(xiàn)場抽樣檢驗，結果表明空氣清洗法能攔截粒徑為０.４５微米以上顆粒物。該技術已發(fā)明專利并入選2014年國家科技成果庫。
常溫下清除氮氧化合物
常溫下清除氮氧化合物是一道世界難題，我們除外。氮氧化合物主要是指空氣中一氧化氮和二氧化氮的總和。一氧化氮（NO）是一種無色無毒氣體，但它很快與空氣中的氧反應生成有毒的、淡棕色的二氧化氮（NO2）。
2015年初鐘南山院士暗示二氧化氮與近期高發(fā)的肺癌有關。越來越多的證據(jù)表明，二氧化氮是大氣中二次顆粒物形成的元兇之一。
氮氧化合物主要的釋出源是什么呢？是燃煤與汽車尾氣排放，而燃煤電廠又是最大排放源。目前我國絕大部分燃煤電廠脫硝（去除一氧化氮和二氧化氮）普遍采用氨氣催化法（SCR）或氨氣非催化法（SNCR），其手段是用氨氣讓煙氣中的一氧化氮轉化為氮氣。這兩種辦法有一個致命的弱點，它們必須在高溫環(huán)境下進行。氨氣催化法（SCR）要350度以上高溫，氨氣非催化法（SNCR）更在900度高溫。如此高的溫度，會帶來諸多不便，大幅增加脫硝成本。此法更無法被許許多多低溫燃燒鍋爐所采用？梢灾v我國目前大部分中小型燃煤鍋爐沒有安裝方便可用的脫硝裝置，氮氧化合物直接排入大氣。
汽車尾氣排放是城市二氧化氮一大排放源。高壓電火花觸發(fā)空氣中氮與氧的反應，生成一氧化氮。一氧化氮又被空氣中的氧氧化變成二氧化氮。除非天下雨，否則這種比空氣略重的有毒氣體不會自行消失。
下圖是2014年12月23日邯鄲市上空的灰霾情況，大氣上部是APEC藍，下部有一層淡棕色的霾。這顯然是粉煤塵微粒、鐵礦石微粒、二氧化氮氣體、二氧化硫氣體或它們的混合物。
二氧化氮雖然有害，但它很容易與水反應生成稀硝酸或亞硝酸？諝馇逑捶ㄕ抢眠@個特點，在去除PM2.5顆粒物的同時，把二氧化氮干掉。2015年1月和4月我們曾兩次做常溫下二氧化氮清洗試驗，一級脫硝率達在42%~47%，逃逸及新生成的一氧化氮被引入第二級，再進行一次42%~47%的脫硝。這樣二氧化氮的含量逐級遞減。
它的機理如下：
NO+O2→NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
4NO2+2H2O+O2=4HNO3
NO與空氣中的氧反應生成NO2。NO2與水反應生成稀硝酸（或亞硝酸）和新的一氧化氮，但此時的一氧化氮份量少了？諝馇逑捶ㄕ抢眠@一原理，在吸入一氧化氮的同時，按比例吸入外部空氣，強迫一氧化氮轉變?yōu)槎趸。二氧化氮隨即被系統(tǒng)內的水吸收，生成稀硝酸（或亞硝酸）和少量新的一氧化氮。稀硝酸（或亞硝酸）隨水流排出；新生成的一氧化氮被引入下一級清洗，重復同樣的過程。這樣，一氧化氮的含量逐級梯減。
與其它大多數(shù)氣體不同，一氧化氮轉化二氧化氮過程隨溫度的升高而減慢。在鍋爐內部高溫環(huán)境下，即使引入外部空氣，一氧化氮與氧的反應相當遲緩。但在鍋爐外部就不一樣了。空氣清洗法本來就是一個降溫的過程，而且可以無限量地引入外部空氣，它隨時隨地可以為一氧化氮轉化為二氧化氮提供良好條件。
空氣清洗法的優(yōu)點是：第一，在去除顆粒物的同時，可同步脫硝；在脫硝的同時，可同步去除顆粒物。第二，可以在常溫下脫硝，應用范圍寬廣。第三，所用的耗材僅僅是空氣和水，非常方便。第四，氣流可以高速通過，煙氣處理量隨電機功率增大而增大，特別適合大氣量煙塵治理。第五，空氣清洗系統(tǒng)本身能制造強大的負壓，特別適合對付爆發(fā)式煙塵。
對付大氣量爆發(fā)式煙塵排放
鋼鐵冶金行業(yè)是華北地區(qū)PM2.5一大排放源。目前我國鋼鐵行業(yè)基本上不考核氮氧化合物的排放，其原因之一是：還沒有找到一種能對付大氣量爆發(fā)式煙塵排放的有效辦法。
上圖是煉鋼車間煙塵爆發(fā)式排放情況。煙團氣量約為每分鐘20~30萬立方米。面對如此龐大煙團，傳統(tǒng)除塵辦法難以應對，需另辟蹊徑。
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煉焦分廠間歇排出的巨型煙柱
空氣清洗系統(tǒng)不但擁有龐大的煙氣處理能力，而且可間歇式工作，起動時間僅為幾秒。
2015年1月我們利用空氣清洗系統(tǒng)內非傳統(tǒng)氣液交換環(huán)境，在水中加入石灰，對燃煤煙氣中二氧化硫進行清洗。一級清洗脫硫率即達94.5%，二級達98%，過程相當穩(wěn)定。此外，我們還進行多種新型氧化劑脫硫脫硝試驗、“石膏雨”壓制試驗，效果不錯。
從2014年12月開始，我們與中國機械工業(yè)集團屬下一家工廠合作，共同設計制造“中福馬－ECOGREEN”系列大型成套設備，直接用于燃煤電廠、鋼廠、工業(yè)鍋爐等煙氣治理，從源頭上壓制PM2.5的排放。與此同時，我們還發(fā)展適合商業(yè)或公共場所使用的空氣清洗模塊，為人們打造一個潔凈的空氣環(huán)境。
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