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，集中在一個系統內清洗罷了。這項技術可以大規模攔截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化。
關鍵詞：空氣清洗、PM2.5顆粒物、二氧化氮、常溫脫硫脫硝。
據技術發明人陳云介紹：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，集中在一個系統內清洗罷了。它可以大規模攔截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，開發一種能大規模穩定捕捉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現一種全新的能在空氣中大規模捕捉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的肺癌有關。越來越多的證據表明，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。可以講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。空氣清洗法正是利用這個特點，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。空氣清洗法正是利用這一原理，在吸入一氧化氮的同時，按比例吸入外部空氣，強迫一氧化氮轉變為二氧化氮。二氧化氮隨即被系統內的水吸收，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，空氣清洗系統本身能制造強大的負壓，特別適合對付爆發式煙塵。
對付大氣量爆發式煙塵排放
鋼鐵冶金行業是華北地區PM2.5一大排放源。目前我國鋼鐵行業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式煙塵排放的有效辦法。
上圖是煉鋼車間煙塵爆發式排放情況。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內非傳統氣液交換環境，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，我們還發展適合商業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境。
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