常温下脱硫脱硝去除超细段颗粒物新技术
摘要：
空气清洗的原理就像天上下雨，空气被清洗干净。我们是把空气压缩，集中在一个系统内清洗罢了。这项技术可以大规模拦截PM0.5以粗颗粒物，而且在常温下即能同步清除二氧化氮等有害气体，所用的耗材又非常简单，仅为水与空气。在水中加入石灰，甚至海水，即可脱硫。整个系统在去除颗粒物的同时，可同步脱硫脱硝；在脱硫脱硝的同时，可同步去除颗粒物，相辅相成。
这是一项全新的技术，特别适合燃煤电厂、钢铁厂等烟气治理，以及商业场所空气的改善，其核心技术已被录入国家科技成果库，并由一国有机械集团产业化。
关键词：空气清洗、PM2.5颗粒物、二氧化氮、常温脱硫脱硝。
据技术发明人陈云介绍：空气清洗的原理就像天上下雨，空气被清洗干净；我们是把空气压缩，集中在一个系统内清洗罢了。它可以大规模拦截PM0.5以粗颗粒物，而且在常温下能同步清除二氧化氮等有害气体。这是一项全新的技术。
清除PM2.5中超细段颗粒物
在PM2.5中，对人体健康危害最大的颗粒物是粒径在1微米（PM1.0）以下的颗粒物，因为它能直接进入血液。这段超细颗粒物很难清除，用传统过滤的办法根本不能拦截如此细小的颗粒物。用碳纤维吸附的办法可以捕捉超细段颗粒物，但在高浓度大气量条件下，碳纤维很快饱和。静电除尘能捕捉超细段颗粒物，但在烟气高速大量通过时，捕捉效率急剧下降。因此，开发一种能大规模稳定捕捉1微米以下颗粒物的技术或装备成当务之急。
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大气中不同粒径颗粒物分布图（吴兑）
2010年我们在氧化铝微粉生产过程中偶然发现一种全新的能在空气中大规模捕捉1微米颗粒物的技术。2013年4月15日，广州轻度灰霾，我们在中国科学院广州地球化学研究所进行首次灰霾清洗试验（如下图）。
图中左边黄色部分是“玄绿150”灰霾清洗技术验证机
试验结果表明，“玄绿150”灰霾清洗机能去除0.1微米至0.7微米超细段颗粒物，其效果如下图：
2013年4月23日，广州雨后轻度灰霾，我们进行更为苛刻的灰霾清洗试验，结果如下：
2014年６月我们曾对一台６吨级燃煤锅炉进行烟气清洗试验，由中国科学院广州地球化学研究所派人现场抽样检验，结果表明空气清洗法能拦截粒径为０.４５微米以上颗粒物。该技术已发明专利并入选2014年国家科技成果库。
常温下清除氮氧化合物
常温下清除氮氧化合物是一道世界难题，我们除外。氮氧化合物主要是指空气中一氧化氮和二氧化氮的总和。一氧化氮（NO）是一种无色无毒气体，但它很快与空气中的氧反应生成有毒的、淡棕色的二氧化氮（NO2）。
2015年初钟南山院士暗示二氧化氮与近期高发的肺癌有关。越来越多的证据表明，二氧化氮是大气中二次颗粒物形成的元凶之一。
氮氧化合物主要的释出源是什么呢？是燃煤与汽车尾气排放，而燃煤电厂又是最大排放源。目前我国绝大部分燃煤电厂脱硝（去除一氧化氮和二氧化氮）普遍采用氨气催化法（SCR）或氨气非催化法（SNCR），其手段是用氨气让烟气中的一氧化氮转化为氮气。这两种办法有一个致命的弱点，它们必须在高温环境下进行。氨气催化法（SCR）要350度以上高温，氨气非催化法（SNCR）更在900度高温。如此高的温度，会带来诸多不便，大幅增加脱硝成本。此法更无法被许许多多低温燃烧锅炉所采用。可以讲我国目前大部分中小型燃煤锅炉没有安装方便可用的脱硝装置，氮氧化合物直接排入大气。
汽车尾气排放是城市二氧化氮一大排放源。高压电火花触发空气中氮与氧的反应，生成一氧化氮。一氧化氮又被空气中的氧氧化变成二氧化氮。除非天下雨，否则这种比空气略重的有毒气体不会自行消失。
下图是2014年12月23日邯郸市上空的灰霾情况，大气上部是APEC蓝，下部有一层淡棕色的霾。这显然是粉煤尘微粒、铁矿石微粒、二氧化氮气体、二氧化硫气体或它们的混合物。
二氧化氮虽然有害，但它很容易与水反应生成稀硝酸或亚硝酸。空气清洗法正是利用这个特点，在去除PM2.5颗粒物的同时，把二氧化氮干掉。2015年1月和4月我们曾两次做常温下二氧化氮清洗试验，一级脱硝率达在42%~47%，逃逸及新生成的一氧化氮被引入第二级，再进行一次42%~47%的脱硝。这样二氧化氮的含量逐级递减。
它的机理如下：
NO+O2→NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
4NO2+2H2O+O2=4HNO3
NO与空气中的氧反应生成NO2。NO2与水反应生成稀硝酸（或亚硝酸）和新的一氧化氮，但此时的一氧化氮份量少了。空气清洗法正是利用这一原理，在吸入一氧化氮的同时，按比例吸入外部空气，强迫一氧化氮转变为二氧化氮。二氧化氮随即被系统内的水吸收，生成稀硝酸（或亚硝酸）和少量新的一氧化氮。稀硝酸（或亚硝酸）随水流排出；新生成的一氧化氮被引入下一级清洗，重复同样的过程。这样，一氧化氮的含量逐级梯减。
与其它大多数气体不同，一氧化氮转化二氧化氮过程随温度的升高而减慢。在锅炉内部高温环境下，即使引入外部空气，一氧化氮与氧的反应相当迟缓。但在锅炉外部就不一样了。空气清洗法本来就是一个降温的过程，而且可以无限量地引入外部空气，它随时随地可以为一氧化氮转化为二氧化氮提供良好条件。
空气清洗法的优点是：第一，在去除颗粒物的同时，可同步脱硝；在脱硝的同时，可同步去除颗粒物。第二，可以在常温下脱硝，应用范围宽广。第三，所用的耗材仅仅是空气和水，非常方便。第四，气流可以高速通过，烟气处理量随电机功率增大而增大，特别适合大气量烟尘治理。第五，空气清洗系统本身能制造强大的负压，特别适合对付爆发式烟尘。
对付大气量爆发式烟尘排放
钢铁冶金行业是华北地区PM2.5一大排放源。目前我国钢铁行业基本上不考核氮氧化合物的排放，其原因之一是：还没有找到一种能对付大气量爆发式烟尘排放的有效办法。
上图是炼钢车间烟尘爆发式排放情况。烟团气量约为每分钟20~30万立方米。面对如此庞大烟团，传统除尘办法难以应对，需另辟蹊径。
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炼焦分厂间歇排出的巨型烟柱
空气清洗系统不但拥有庞大的烟气处理能力，而且可间歇式工作，起动时间仅为几秒。
2015年1月我们利用空气清洗系统内非传统气液交换环境，在水中加入石灰，对燃煤烟气中二氧化硫进行清洗。一级清洗脱硫率即达94.5%，二级达98%，过程相当稳定。此外，我们还进行多种新型氧化剂脱硫脱硝试验、“石膏雨”压制试验，效果不错。
从2014年12月开始，我们与中国机械工业集团属下一家工厂合作，共同设计制造“中福马－ECOGREEN”系列大型成套设备，直接用于燃煤电厂、钢厂、工业锅炉等烟气治理，从源头上压制PM2.5的排放。与此同时，我们还发展适合商业或公共场所使用的空气清洗模块，为人们打造一个洁净的空气环境。
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