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大气污染防治知识

  大气污染防治(air pollution control)

  防止各种大气污染源和大气污染物的产生或使其对大气的污染减少到符合大气环境质量标准和大气污染物排放标准的过程。目的是为了防治人类生产和消费活动引起的大气污染,以改善大气环境质量。控制和减少冶金生产过程中所引起的大气污染,改善大气环境质量,是冶金工业大气污染防治的任务。

  大气污染防治技术是随着工业的发展而兴起的—门综合性科学技术。它涉及冶金工艺学、物理学、化学、气溶胶力学、空气动力学、电子学以及化学工程、电气工程和机械工程等学科和技术。

  工业生产所造成的大气污染属局部污染或地区性污染。对大气污染源采取治理措施,可以控制大气污染物的排放。根本途径是统—规划和采取综合性技术措施,才能有效地控制工业生产所引起的大气污染。

  沿革

  大气污染防治技术的萌芽和发展经历了漫长的年代。早在1668年英国学者加斯特洛(Gastelow)发表了消烟机械方面的论文,提出了避免烟尘危害的技术。1809年英国采用石灰乳脱除烟气中的硫化氢。1840年英国开始采用氧化铁法脱除硫化氢。1897年日本建造了烟气脱硫塔,烟气中二氧化硫经石灰乳吸收后,再由高烟囱排放。1906年美国F.G.柯特雷尔(F.G.Cottrell)在加利福尼亚大学首次使用同步机械整流机的小型电除尘器,回收烟气中的硫酸雾取得成功。此后在塞尔拜(Selby)冶炼厂安装了工业化的电除尘器,从烟气中回收贵金属和硫酸雾。1910年在北加利福尼亚的巴拉克拉拉(Balaklala)冶炼厂建造了—台烟气量为7100m3/min的大型电除尘器,回收烟气中的氧化铅和氧化锌粉尘。1930年以后,美国在高炉煤气净化中成功地应用了湿式电除尘器。1950年后,又成功地将电除尘器应用到炼钢平炉和烧结机烟气除尘中。1907年美国尼亚加拉瀑布城(NiagaraFall)第三铝厂首次安装了原始的氟化物控制装置,电解槽四周装有围罩,在屋顶上安装4个约3m高的竖风塔加强自然排烟。1949年加拿大在温哥华(Vancou—ver)铝电解系列上安装了电解槽密闭罩、旋风除尘器和吸收塔除氟系统。在美国的铝厂,1951~l970年相继采用湿法净化和回收氟化盐系统和采用氧化铝吸附净化回收系统以及采用A—398吸附回收净化系统。80年代日、美开发了电子束脱硫脱硝装置。

  污染和危害

  工业发达国家的大气污染发展进程可分为三个阶段。(1)第—阶段。从l8世纪末到20世纪中,大气污染随着工业规模扩大而变得越来越严重,主要是由于燃煤引起的烟尘和二氧化硫污染,称之为煤烟型污染。(2)第二阶段。从20世纪50到60年代,资本主义国家工业的畸形发展,石油消耗量和汽车数量倍增,大气污染日趋严重。这—时期已成为石油型污染,其特点是由单—污染物变为烟尘尤其是重金属烟尘、SOx、NOx、CO和CmHn等多种污染物的综合作用,即复合污染。在这两个时期内见之于文献的烟雾污染事件有几十起,其中与冶金生产有联系的重大烟雾污染事件有比利时的马斯河谷烟雾事件和美国多诺拉烟雾事件。这两次事件的共同特点是钢铁厂、硫酸厂和炼锌厂等集中于河谷地带,气象条件出现了大雾和逆温层。事后估算当时大气中二氧化硫浓度在标准状态下为2.0~100mg/m3,造成数十人死亡和数百至数千人患病。(3)第三阶段。20世纪70年代以后,由于环境恶化而引起各国政府重视环境保护,加强了新技术开发、资金投入和环境立法,使环境治理取得显著成效,大气环境质量有明显改善。80年代末期提出了人类更为关注的燃烧矿物燃料排放SO2和NOX形成的酸雨,氯氟烃释放对臭氧层的破坏以及CO2和CH4等温室效应气体排放导致气温升高等环境问题。

  中国把环境保护作为—项基本国策,在经济建设的同时十分重视保护环境。冶金工业是基础工业,发展很快,由于在新建厂和老厂改造中采用了—些新的大气污染治理技术和各种综合防治措施,在钢铁和有色金属产量逐年增加的情况下,大气环境质量没有进—步恶化。但仍有不少冶金企业的烟尘排放没有得到有效控制,造成局部地区大气污染严重。如本溪市是大气污染严重的城市,其中的烟尘和二氧化硫污染,约有80%来自本溪钢铁公司的烟气排放后经国家重点治理已得到改善。含硫矿石冶炼和含硫燃料燃烧产生的二氧化硫污染,还没有得到有效控制,工矿企业和城市地区大气中二氧化硫浓度值普遍超过国家标准,使得降酸雨面积Et益扩大。含氟矿石和添加萤石的冶炼过程产生的氟化氢和含氟粉尘,造成局部地区氟污染。如包头钢铁公司的白云鄂博铁矿,矿石含氟量高达4%左右,冶炼烟气排放造成当地大气严重氟污染。

  防治途径

  防治大气污染的有效途径是采取综合防治,从整个区域大气污染状况出发,统—规划能源结构、工业发展、城市建设布局等,采取大气污染治理的各种综合技术措施,以改善大气环境质量。大气污染治理技术主要包括控制颗粒物(粉尘、烟等)污染的除尘技术、控制气态污染物(二氧化硫、氮氧化物等)污染的气态污染物净化技术、二次烟气控制技术和高空扩散稀释技术等。在大气污染治理中,将其与生产工艺改革、热能回收、资源综合利用结合起来,才能取得更好的环境效益、经济效益和社会效益。

  工艺改革

  采用无污染或少污染的新工艺是防治污染保护环境的根本途径。过去炼铜采用反射炉熔炼,由于烟气中二氧化硫浓度低(0.15%~0.5%),不能用以制硫酸,且烟尘量大,排放后严重污染环境。这种工艺已被20世纪70年代兴起的诺兰达直接炼铜法和三菱法所取代,新工艺可使生产能力提高1~5倍,烟气中二氧化硫浓度达10%~14%,直接用来制酸,使硫的回收率在98%以上。70年代中国开创的白银炼铜法和原苏联的熔池炼铜法也是有利于资源回收和防治污染的新工艺。铅冶炼长期使用的烧结机、鼓风炉熔炼法,因流程长、投资大、烟气中二氧化硫浓度低不易制酸和污染严重,将被80年代发展起来的直接炼铅法所取代。钢铁工业的炼焦生产,过去采用湿熄焦工艺,炼lk9焦炭损失热量3.15MJ~3.36MJ,而且焦炭质量降低,湿熄焦产生的蒸汽夹带有酚、氰和硫化物等有害气体每吨煤为0.05~0.15kg以及排放粉尘为0.02~0.05kg,严重污染环境。采用干熄焦新工艺不仅解决了环境污染,而且炼1t焦炭可生产压力为4.6MPa的蒸汽0.5t,可用于发电。干熄焦工程投资大,但有热能回收经济效益,工程投产后3~12a可收回投资。

  热能回收

  吹氧炼钢转炉排出的含—氧化碳煤气经净化后可以回收利用,采用OG(Oxygen Converter Gos Recovery)法回收转炉煤气已广泛应用,回收煤气量在标准状态下,每吨钢为60~80m3,热值为7.5MJ/m3以上。冶炼锰铁、铬铁的封闭式电炉回收的可燃气体热值为10~12MJ/m3(标准状态下)。铅密闭鼓风炉回收煤气热值为2.5~2.9MJ/m3(标准状态下)。经过净化的煤气作为燃料利用,既减少了环境污染,又回收利用了热能。

  冶金窑炉排出的高温烟气余热利用有余热锅炉生产蒸汽供生产和生活使用及直接预热物料以降低生产能耗两种方式。炼钢平炉,氧气转炉,轧钢加热炉,冶炼铜、锌、镍的焙烧炉,转炉,反射炉,在排烟系统中都安装有余热锅炉,既回收了热能又降低了烟气温度,有利于烟气除尘。炼钢电炉烟气预热废钢是预热物料的典型实例,由于它具有降低炼钢电耗,缩短冶炼周期,减少电极消耗等优点,在超高功率大型电炉上得到广泛应用。

  资源综合利用 冶金生产排出的烟气中含有回收价值的元素,采取净化回收综合利用方法可达到资源回收利用和消除污染的目的。日本于1971年利用冶炼烟气制酸317万t,占全国硫酸产量的48%,1972年增加到493万t,占硫酸总产量的55%。中国利用冶炼烟气制酸发展较快,1952年烟气制酸只有1.44万t,1972~1979年由53万t增加到84.2万t,使高浓度二氧化硫烟气的回收率达到72%。铝电解工艺和设备改为大型预焙电解槽后,实现了全密闭操作,含氟烟气捕集率达到98.7%,采用氧化铝吸附氟化氢的干法净化回收流程,对氟化氢的净化效率达99%,总氟回收率达92%~97%。美国大型预焙电解系列采用A—398干法净化回收流程,吸附氟化氢后的氧化铝直接用于电解生产,使该工艺中的原料输送、烟气净化和氟的回收利用结合在—起,成为闭路循环系统。

  展望

  大气污染防治是与生产工艺技术发展紧密相联的。随着冶金生产发展和环境保护要求日益提高,需要解决深层次的大气污染防治技术问题。(1)工业生产和燃料燃烧产生的二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的主要因素,燃料燃烧产生的二氧化碳等是温室效应气体,因此控制产生和削减上述气体将成为更加关注的问题。(2)清洁煤燃烧技术的发展,促使炉窑烟气除尘技术的研究向高温除尘和高温、高压除尘技术方向发展。(3)随着现代工业向大规模、设备高度集中方向发展,要求大气污染治理设施向大型化、集中化、自动化方向发展。(4)美国钢铁环境专家认为,在今后若干年中,重点是维持现有控制装置的精心操作和抑制技术的应用,同时强调道路粉尘和原料堆场粉尘的控制问题。

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