1.7　治理大气颗粒物用的气固分离技术及装备

1.7.1　气固分离技术及装备在治理大气颗粒物中的作用

治理大气颗粒物用的气固分离技术及装备早已在化工、石油、煤炭、冶金、电力、化肥、水泥、纺织、食品、轻工等工业以及环境保护过程中广泛应用。

气固分离技术及装备在各个工业领域应用的主要作用有：

①回收有用的物料，如在各种流化床反应器内将催化剂回收返回床层，在化肥、农药、颜料、洗涤剂及各种聚合物等的气流干燥过程中收集粉料产品，在有色金属冶炼过程中回收贵重的金属粉末等。

②保证后续工序顺利进行，如：在硫酸生产中通过硫铁矿焙烧原料气必须除去砷、硒等微粒，确保后道生产工序的顺利进行；在天然气进入合成氨厂的大型离心压缩机之前必须除净其中所含的细尘；催化裂化再生烟气的能量回收系统，需将高温烟气中大于10μm的颗粒除净，以保证高温烟气轮机长周期安全运行。

③净化废气保护环境，获得洁净的气体，防止有害的气体危害人类健康。

大气中存在多种污染物，如悬浮在空气当中的固体颗粒物或液滴，是空气污染的一个主要来源。我国30多年来污染源的严重积累，形成了前几年的集中爆发，空气质量状况令人担忧。目前，我国空气污染已由传统的大气总悬浮颗粒物及可吸入颗粒物污染，发展成以PM_2.5和污染气体形成的复合型污染。由于PM_2.5在环境中滞留的时间更长、比表面积大，吸附的有害物质和重金属更多，更易进入人体支气管和肺泡区，对人体的危害更大。PM_2.5通过被人体直接呼吸或皮肤吸收致病，对人体健康造成严重影响，因此PM_2.5成为我国当前首要的大气污染物，是改善环境空气质量的首要治理对象。

1.7.2　气固分离设备的种类

工业上去除大气颗粒物实用的气固分离设备，一般可归纳为六大类^{［7，23，24］}：

（1）沉降设备　重力沉降器结构最简单、造价低，但气速较低、设备庞大，一般只能分离100μm以上的粗颗粒。若使颗粒受到几千倍于重力的离心惯性力，则可分离5～10μm左右的细粒，即旋风分离器。若将旋风分离器多级串联或并联使用，还可提高分离精度。旋风分离器结构简单、造价低，能在高温、高含尘浓度等条件下工作，维护管理简单、处理量大。

（2）过滤设备　捕集微粒大小与滤材有关。过滤设备的优点是效率高、结构较简单；缺点是过滤介质需经常更换，滤速不能过高。一般采用袋式过滤器，有的不能用于高温，有结露、粉料黏结等，运行维护费用高。在高温下也可采用陶瓷、金属纤维、粉末烧结、颗粒层过滤器。

（3）电除尘设备　电除尘设备可以对1μm以下微粒有很好的分离效率，压降很小、可在高温（约400℃）下使用，但要求颗粒的电阻率在1×10⁴～5×10¹⁰Ω·cm，所含颗粒浓度一般在30g/m³以下为宜；操作管理要求较高，通过集尘板的气流均匀，设备庞大。

（4）湿法除尘设备　采用某种洗涤液（或水）洗涤分离，即将在气体中的颗粒用湿法洗涤分离，缺点是要有液体（或水）回收及循环系统。

（5）集成复合式除尘器　是将多种除尘机理结合在一起，以进一步提高除尘效果。多数复合除尘技术是利用了静电作用，如湿式静电除尘器、电袋复合除尘器，对于控制PM_2.5等微细粉尘排放具有良好的效果，目前已投入工业应用，是一种重要的技术发展方向。

（6）预处理设施　在常规除尘器前设置预处理设施，利用声、电、磁、光辐射、吸附剂、湍流以及边界层热沉积、蒸汽相变等措施，促进微细粒子团聚（凝并）长大，然后在常规除尘器中捕集去除。由不同作用原理的技术组合而成的集成系统也得到了重视，开发了一些新技术，这些技术各有优缺点及适用场合，目前尚无工业应用。

目前市场上供应的家用空气净化器绝大部分是采用干法与湿法以及普通过滤与膜过滤的组合技术。

总之，气固分离的方法及设备很多，应用时要根据需要和条件进行合理的选择。表1-4为治理气体中颗粒物用的气固分离设备及应用举例。

表1-4　治理气体中颗粒物用的气固分离设备及应用举例

注：“○”代表可除去。