1.7　治理大氣顆粒物用的氣固分離技術及裝備

1.7.1　氣固分離技術及裝備在治理大氣顆粒物中的作用

治理大氣顆粒物用的氣固分離技術及裝備早已在化工、石油、煤炭、冶金、電力、化肥、水泥、紡織、食品、輕工等工業以及環境保護過程中廣泛應用。

氣固分離技術及裝備在各個工業領域應用的主要作用有：

①回收有用的物料，如在各種流化床反應器內將催化劑回收返回床層，在化肥、農藥、顏料、洗滌劑及各種聚合物等的氣流干燥過程中收集粉料產品，在有色金屬冶煉過程中回收貴重的金屬粉末等。

②保證后續工序順利進行，如：在硫酸生產中通過硫鐵礦焙燒原料氣必須除去砷、硒等微粒，確保后道生產工序的順利進行；在天然氣進入合成氨廠的大型離心壓縮機之前必須除凈其中所含的細塵；催化裂化再生煙氣的能量回收系統，需將高溫煙氣中大于10μm的顆粒除凈，以保證高溫煙氣輪機長周期安全運行。

③凈化廢氣保護環境，獲得潔凈的氣體，防止有害的氣體危害人類健康。

大氣中存在多種污染物，如懸浮在空氣當中的固體顆粒物或液滴，是空氣污染的一個主要來源。我國30多年來污染源的嚴重積累，形成了前幾年的集中爆發，空氣質量狀況令人擔憂。目前，我國空氣污染已由傳統的大氣總懸浮顆粒物及可吸入顆粒物污染，發展成以PM_2.5和污染氣體形成的復合型污染。由于PM_2.5在環境中滯留的時間更長、比表面積大，吸附的有害物質和重金屬更多，更易進入人體支氣管和肺泡區，對人體的危害更大。PM_2.5通過被人體直接呼吸或皮膚吸收致病，對人體健康造成嚴重影響，因此PM_2.5成為我國當前首要的大氣污染物，是改善環境空氣質量的首要治理對象。

1.7.2　氣固分離設備的種類

工業上去除大氣顆粒物實用的氣固分離設備，一般可歸納為六大類^{［7，23，24］}：

（1）沉降設備　重力沉降器結構最簡單、造價低，但氣速較低、設備龐大，一般只能分離100μm以上的粗顆粒。若使顆粒受到幾千倍于重力的離心慣性力，則可分離5～10μm左右的細粒，即旋風分離器。若將旋風分離器多級串聯或并聯使用，還可提高分離精度。旋風分離器結構簡單、造價低，能在高溫、高含塵濃度等條件下工作，維護管理簡單、處理量大。

（2）過濾設備　捕集微粒大小與濾材有關。過濾設備的優點是效率高、結構較簡單；缺點是過濾介質需經常更換，濾速不能過高。一般采用袋式過濾器，有的不能用于高溫，有結露、粉料黏結等，運行維護費用高。在高溫下也可采用陶瓷、金屬纖維、粉末燒結、顆粒層過濾器。

（3）電除塵設備　電除塵設備可以對1μm以下微粒有很好的分離效率，壓降很小、可在高溫（約400℃）下使用，但要求顆粒的電阻率在1×10⁴～5×10¹⁰Ω·cm，所含顆粒濃度一般在30g/m³以下為宜；操作管理要求較高，通過集塵板的氣流均勻，設備龐大。

（4）濕法除塵設備　采用某種洗滌液（或水）洗滌分離，即將在氣體中的顆粒用濕法洗滌分離，缺點是要有液體（或水）回收及循環系統。

（5）集成復合式除塵器　是將多種除塵機理結合在一起，以進一步提高除塵效果。多數復合除塵技術是利用了靜電作用，如濕式靜電除塵器、電袋復合除塵器，對于控制PM_2.5等微細粉塵排放具有良好的效果，目前已投入工業應用，是一種重要的技術發展方向。

（6）預處理設施　在常規除塵器前設置預處理設施，利用聲、電、磁、光輻射、吸附劑、湍流以及邊界層熱沉積、蒸汽相變等措施，促進微細粒子團聚（凝并）長大，然后在常規除塵器中捕集去除。由不同作用原理的技術組合而成的集成系統也得到了重視，開發了一些新技術，這些技術各有優缺點及適用場合，目前尚無工業應用。

目前市場上供應的家用空氣凈化器絕大部分是采用干法與濕法以及普通過濾與膜過濾的組合技術。

總之，氣固分離的方法及設備很多，應用時要根據需要和條件進行合理的選擇。表1-4為治理氣體中顆粒物用的氣固分離設備及應用舉例。