制浆造纸工艺生产过程中的废气治理

一、生产过程中空气污染物的来源
      制浆造纸是以植物纤维为原料的化工生产过程，为了完成过程中的物理、化学反应，生产上常常以水为载体或介质，所以造纸是一个水资源消耗很大的行业，生产过程的各种反应、燃料的燃烧过程，会放出多种废气，如带味的、挥发性有机物和CO2等，造纸厂污水循坏利用，大量的有机物沉淀发酵，引发污水产生臭气，在利用植物纤维原料造纸时，在获得纸张和纸板的同时，也向环境排放废水、废气、废渣、废热，造成环境的污染，所以应该采取适当的环境管理措施和清洁技术，使制浆造纸工业的环境影响有所降低，做到符合可持续发展的要求。

      制浆造纸工业向大气散逸的污染物质主要有硫化合物、氯化合物、氮化合物、无机粉尘、有机气体。硫化物的逸散主要有两种类型：一种是恶臭气体，如硫化氢、甲基硫、二甲基硫、二甲基二硫，这种类型的散逸主要来自硫酸盐法制浆及碱回收过程；另一种类型是氧化硫SOx，主要来自酸性亚硫酸盐法制浆过程，但也不同程度地来自中性亚硫酸盐法和重亚硫酸盐法。
     
      氯化合物逸散量较小，主要是Cl₂和ClO₂。率化合物的散逸是“扩散型”、即一般不存在特定的点源散逸，而是从储槽、洗涤机、地沟等处扩散出来。

    氮氧化合物可从任何燃烧过程中产生。

    无机粉尘的逸散主要来自回收锅炉、燃料（油或煤）锅炉和石灰窑。此类粉尘主要是硫酸盐和碳酸盐。

    挥发性有机化合物主要来自备料车间，如原木的干法剥皮鼓，蔗渣的干法除随以及草类原料的加工和净化过程,如来自蒸煮放压和废液蒸发的不凝气体。

    此外，造纸产生的污泥沉淀池也会因发酵产生臭气。

   二、生产过程中的污染治理

    生产过程中治理空气污染的措施，通常目标是减少臭味。在这方面的主要对策跟碱回收炉系统的设计与操作已及跟蒸煮和蒸发操作带来的不凝气与蒸汽的收集与焚烧有关。

   碱回收炉操作

   碱回收阶段由于黑液氧化作用或低臭碱炉设计，从而消灭了TRS 排放气体的主要来源；但对来自炉膛燃烧区的TRS 排放物没有作用。

   而减少这部分 TRS (Total Reduced Sulfur，主要包括硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫等) 气体排放，可通过严格遵守操作规程来达到。其中主要有：

   1、炉膛负荷不应超过规定的“临界水平”。在一些老碱炉，其临界水平为额定固形物负荷的115%左右。

   2、一次风不应超过总供风量的65%（即至少有35%应为二次和三次风）。

   3、过剩氧应控制在2.0%-2.5%范围。低于2%，TRS 排放物增加，超过2.5%，可能有形成SO₃ 和粒子粘结等麻烦。

   4、药液硫化度应保证在最低切实可行的水平，一定要低于30%。

   5、供燃烧的黑液固形物浓度至少应为62%。

   6、黑液中惰性无机化合物（如NaCO₃、NaCl）的浓度应为最低。

   7、黑液喷洒应很好地分散。

   8、高湍动的二次风是有益的。

    烟气中存在的 TRS 基本上是由于炉膛上部（氧化）区域燃烧不充分所致。氧化除了充足的空气外，还需要有充分的“渗透”与混和作用。

    黑液中的硫浓度对 TRS 的形成有深远影响。随着通过生产过程中采取的措施，使硫的损失得到控制，药液硫化度水平趋于上升，从而将增加TRS 排放的推动力。为了保持硫化度的最高限额，必须减少含硫化学品的补给量。有许多工厂鉴于芒硝的高含硫量，实际上已取消了以芒硝作为补给化学品，而使用诸如烧碱和纯碱等无硫化学品。

   不凝物的收集与焚烧

   不凝物和不凝蒸汽来自蒸煮放气、蒸煮喷放和黑液蒸发（后者含 TRS 和挥发性有机化合物），通常混合进入某个气体总管以便随后进行处理。在有些系统中，还加入来自蒸煮器与蒸发器的冷凝蒸汽汽提器的气体。

   使用连续蒸煮器的工厂中，不凝气流量十分稳定。使用间歇式蒸煮锅时必须有若干均衡流量的办法。由两种基本的气体贮罐形式用于提供缓冲能力，使气体可在稳定的流速下进行计量，球形系统利用塑料隔膜的升降维持在缓冲隔舱内的恒压。浮桶型气体贮罐利用随着气体的进出贮罐而使“浮桶”升降。

   在有些工厂，气体在焚烧前用烧碱洗涤以吸收硫化物，但在大多数系统，气体都是不经进一步处理即去焚烧，一般是在石灰窑中焚烧。焚烧破坏了有机化合物而将TRS转化成SO₂，如果石灰窑配有废气洗气器，就可部分地加以吸收。在不凝物焚烧系统的设计与操作中，必须对潜在的爆炸危险采取一切可能的预防措施。由于管道内不凝气流极易燃烧，整个系统经常使用火焰消除器和安全隔膜等安全装置。

   三、控制设备

   严格地说，空气污染物有三种形式：即固体微粒子、气体/蒸汽（臭气）和液滴（如雾和悬浮细粒）但液滴很容易除去，基本上不认为会造成污染问题。在污染控制设备实际上常形成液体夹带物，它接着在以后工序中很容易地被从气流中除去。所以实际上需要被除去的两种污染物主要是固体微粒子和气体/蒸汽。

 
     选择设备主要取决于对性能需求、工艺和安全考虑及经济因素的仔细评估。洗气器设计用于除去固体微粒子或气体/蒸汽，一般不适宜于同时除去两种污染物。

   消除气态污染物的燃烧过程

   有许多气态空气污染物如 TRS 排放物，可通过燃烧加以消除。为了完全消除污染物，必须加入足量的空气，或维持在650-800℃的高温（即热焙烧），或使用催化剂在较低的 300-500℃温度（催化剂燃烧）。主要使与空气彻底地混合并将温度提高到完全氧化所需的水平。

   虽然投资略高一些，但专门为消除污染物而设计的催化系统的运行费用要比相应的热焙烧系统便宜。要考虑的一个因素是气流中是否存在有结垢媒介，它会降低催化剂的功能。尽管在许多应用场合，催化系统显得更有效和运行更经济，但它们在制浆造纸工业很少使用，因为诸如石灰窑和动力锅炉等热焙烧系统是现成的，并可适用于破坏污染物。

   气体和臭气的吸附

   吸附是将气体分子捕集到固体吸附物（诸如活性炭或硅胶）的表面上。吸附是一个物理过程，利用吸附表面与所选气体分子之间的吸引力。当吸附区已饱和时，借通入蒸汽或热空气使吸附床“再生”。然后经过浓缩的再生气流必须送去回收或处置设施进行最终处理。在制浆造纸工业中已很少使用吸附法除去污染物，但这种技术在特定情况下可能仍然是有用的。通常当污染物浓度很稀或当气体（或蒸汽）有充分回收价值时，发现吸附法还有其用武之地。

   湿法洗气器

   湿法洗气器是通过跟适当的吸收液或润湿液（最常用的是水）紧密接触而从气流中除去粉尘或气态污染物。捕集率通常与通过容器的压力降和除污的相对难度成函数关系。为获得规定的捕集率，所需压力降（此项工作由风机完成）与粒子规格和（或）气态杂质的溶解度成相反变化。因此，如果要除去微米级的粒子或低溶解度的气体，就需要大的压力降。通过工业洗气器的压力降，根据需要波动于8-254cm 以上水柱。显然，高压降洗涤器的运行费用更贵些。

   湿法洗气器最适用于净化热湿的气体。在操作中由于空气、水和污染杂物的混合，可形成明显的侵蚀作用。可在中碳钢上涂覆各种材料以防止腐蚀。在多数情况下使用不锈钢或玻璃钢作为结构材料可能是值得的。

   洗气器的制造商提供了五花八门的设计系列，下面介绍几个常用类型的操作特性。多层蒸馏塔型洗气器和固定填料型洗气器是成功地用于多级气体吸收的传统设计。这类设计由于积聚和堵塞问题不大，适合于除去固体微粒。所有其它类型都是专为除去固体微粒设计的。

   用机械方法除去固体微粒

   最简单的粒子除去装置是机械的或惯性的捕集器，在这里，气体沿着粒子无法轻易地跟随的路线流动。作为一种类型，机械捕集器的安装费用不贵，运行费用为低至中等，但限于除去相对较大的粒子。最简单的机械捕集器形式是沉降室，实际上是大截面的分隔装置使气体速度下降，从而使重粒子沉降下来。压力降很小，但只能分离50μm 以上的粒子。

   在另一种机械捕集器中，气体不断地改变方向。最熟悉和广泛使用的机械捕集器是旋风分离器。含尘气体在带锥圆桶外壳的上部切线进入，气体被强制沿螺旋路线向下。粒子被离心力外甩并下行，它们通常排入一个漏斗中。气体则被迫进入中心漩涡并从顶部排出。气流的螺旋线愈紧密，作用在粒子的离心力愈大。

   使用小直径的旋风式捕集器，所获得的粒子除去率最高。在许多应用场合，捕集器由一个单一外壳内装许多小直径的旋风风管而组成，气流均等分配到每个管。采用这种装置，可除去小至5μm 的粒子，效率达95%左右。

   提供旋风式捕集器效率的方法有两个，但每个方法都包括二次气流的处理。对原有老装置，采取的方法是允许相当量的气流（约10%）随粉尘排入漏斗内的分离器隔舱。对新装置，采取的有效方法是“刮除”出口管内侧的富含尘层，主气流则去风机和烟囱。从漏斗排出管或二次刮除室排出的二次气流，一般让它通过一个小型中等能量的洗气器，在这里将细小的粒子清除掉。于是湿式洗气器与主气流相混合就产生了不饱和的烟囱废气。

   织物过滤器（也叫布袋除尘器）利用气体通过绝大多数粒子都无法穿透的滤布而捕集固体粒子。这种滤布捕集器要定期清除积聚物，因为随着捕集物不断积聚在过滤介质上，连续流动的压力差要增加。

   砂砾床过滤器

   “干式洗气器”的基本原理是利用颗粒状过滤介质的移动床捕集粒子。其典型设计是，由含两个同心通风圆筒管的立式容器所组成，在管内的环状空间充填豌豆大小的砂砾，其作用好似过滤器介质。含尘废气穿过过滤器介质借撞击而除去。为防止过多的粉尘积集在过滤面上，“介质柱”缓慢地向下移动，连续排出含有微粒的介质层。清洗砂砾以除去微粒物质，然后用斗式升降机将其送到过滤器顶部供另一循环使用。

   砂砾床过滤器是一个多功能捕集器，操作条件允许范围大。这种装置可在一定程度上借改变过滤介质的颗粒规格和再循环速率加以调节。但其所需压力降高于相应的织物过滤器。

   电除尘器

   电除尘器（ESP）可能是一种效率最高的粒子捕集器。新型装置一般可去除99.9%以上小至0.3μm 的粉尘粒子。虽然设备庞大，安装费用很贵，但运行费用还比较适中，因为不像其它的污染物控制装置，ESP 只作用到被捕集的粒子上，而不是作用到整个气流。ESP 长期来是除去碱回收炉废气中碱尘的首选设备。现在ESP 也逐渐应用于石灰窑和树皮锅炉废气的净化。

   ESP 在含尘气体通过处利用高电压产生一个负电荷场。粒子吸移负电荷并借正电荷捕集板被吸离气流。定期用机械作用敲击这些捕集板，将其积灰排入漏斗（干式底部）或进入液体槽（湿式底部）。

   ESP 的捕集率跟粒子暴露到静电场的时间与粉尘粒子的电阻率有关。暴露时间是一个设计变数，取决于ESP 的截面积及其气流方向的长度。电阻率是粒子吸移电荷难易的一种度量方法；高电阻率表示对电荷迁移过气体层的高阻抗。奇怪的是，具有中等电阻率的微粒物质比具有极高或很低电阻率的微粒物质一般更容易在ESP 中捕集。