前言

隨著我國經濟的快速發展，工業廢氣對環境的影響日益嚴重，其中SO₂是最主要的工業廢氣之一，它不但破壞生態平衡，也直接威脅人類的健康乃至生命。近年來，SO₂排放量已占工業廢氣排放總量的60%以上，因此控制SO₂排放成為工業廢氣減排的關鍵。2014年統計顯示，全國SO₂排放量高達1974.4萬噸，其中，工業SO₂排放量1835.2萬噸，占全國SO₂排放總量的90%；且各行業SO₂的去除率差別較大，如獨立火電廠SO₂的去除率為80.3%、自備電廠SO₂的去除率為48.8%、黑色金屬冶煉及壓延加工業SO₂的去除率為31.4%、鋼鐵冶煉企業SO₂的去除率為27.6%、非金屬礦物制品業SO₂的去除率僅為14.8%。為此，國務院發布了《節能減排“十二五”規劃》，明確提出了加強電力、鋼鐵、化工等行業SO₂污染物的防治，特別是加強一些中小鍋爐的煙氣治理。2011年和2012年先后制定并實施了新的“火電廠大氣污染物排放標準，GB 13223—2011”，煉鋼工業大氣污染物排放標準GB 28664—2012，鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準GB 28662—2012，煉鐵工業大氣污染物排放標準GB 28663—2012，煉焦化學工業污染物排放標準GB 16171—2012，軋鋼工業大氣污染物排放標準GB 28665—2012等一系列標準，其中主要包括煙氣中SO₂排放濃度從之前的400～1200mg/m³降低到50～200mg/m³。2014年對電力又提出了“超低排放”標準，即燃煤機組在完成治理之后的煙氣排放要達到天然氣機組標準（SO₂不超過35mg/m³、NO_x不超過50mg/m³、煙塵不超過5mg/m³）。可見，對煙氣脫硫技術的要求越來越高。然而，我國目前廣泛使用的是以濕式石灰石/石灰-石膏法為主的煙氣脫硫技術，具有處理能力大、脫硫率高、技術成熟等優勢，但存在投資大，設備易結垢、堵塞，運行費用高，副產物利用率低，易二次污染等問題。雖然脫硫率一般高達90%以上，但很難適應新的排放標準，或者經改進可以達標排放，但往往不能經濟運行。而且，我國石膏資源豐富，脫硫石膏因品質差，一般作為固體廢棄物填埋或露天堆放，隨著煙氣脫硫的大規模應用，其固體廢棄物的量越來越龐大，將成為新的環境污染源。濕式再生法煙氣脫硫是在濕法脫硫的基礎上發展起來的吸收劑可再生循環使用的一類煙氣脫硫技術，不僅具有濕法脫硫的優點，吸收劑可再生循環使用，而且可實現煙氣中SO₂資源化回收。但目前的濕式再生法煙氣脫硫工藝的應用比例還很低，不到整個脫硫份額的10%，其原因是仍存在一些問題未能解決，例如：一次性投資大，再生能耗和成本較高；脫硫過程中易氧化成熱穩定性硫酸鹽，增加了吸收劑的消耗，降低了脫硫率和SO₂的回收率，易結垢和堵塞設備及管道；高溫解吸過程吸收劑易揮發或降解變質等，導致吸收劑損失嚴重。因而，創新濕式再生法煙氣工藝及其裝備將是提升煙氣脫硫技術的根本出路，也是我國今后煙氣脫硫發展的一個主要方向。其理由是：一方面，可再生的脫硫劑既可實現循環使用和SO₂資源化回收，呈現環境友好的優勢，又可有效解決我國硫資源短缺和需求不斷增長的矛盾；另一方面，新興的超重力煙氣脫硫裝置能大幅度縮小設備體積，降低投資和能耗、提高煙氣的脫硫率和富液的解吸率，呈現出節能減排的優勢。

圍繞上述問題，本書詳細分析了我國SO₂污染、硫資源需求，世界各國煙氣脫硫技術的研究進展、應用情況和特點。指出濕式再生煙氣脫硫技術具有凈化效率高、可降低PM2.5來源、吸收劑循環使用和回收SO₂資源等特點，更適合解決我國硫資源短缺和需求不斷增長的矛盾，且更環保、高效，更適合可持續發展。書中重點闡述了磷酸鈉緩沖溶液吸收SO₂的機理和理論計算過程；并對超重力模擬煙氣脫硫吸收工藝和超重力脫硫富液解吸工藝進行詳細描述，分析了脫硫率、解吸率、傳質系數和氧化率等指標的影響因素及其影響規律，確定了適宜的工藝參數，達到了高效率、低成本的資源化煙氣治理。同時，通過與填料塔吸收和解吸工藝進行對比實驗，結合填料塔傳質經驗模型分析了超重力脫硫過程的強化機理。本書創新性地開發了超重力磷酸鈉濕式再生煙氣脫硫技術，豐富了超重力過程強化技術的理論和應用領域，為新型煙氣脫硫治理技術（特別是針對中小鍋爐煙氣治理技術）開發提供一種新思路和途徑。

本書撰寫過程中，參閱了國內外眾多學者的研究，并得到了中北大學化學工程與技術首席學科帶頭人劉有智教授的指導，在此謹向他們表示衷心的感謝。宋衛、康小峰、于娜娜、孫志斌、劉引娣、韓梅香、李超等參與了部分研究工作；在項目研究和實施過程中，得到了超重力化工過程山西省重點實驗室的祁貴生、栗秀萍、焦緯洲、王建偉、張巧玲、申紅艷等老師的協作；得到了國家自然科學基金（21376229）、山西省青年科技研究基金（2011021012）及山西省科技攻關（2015031019—5）等項目的資助；謹在此一并表示感謝。

在撰寫過程中，受作者水平和學科知識面所限，書中難免存在一些疏漏和不足之處，敬請讀者批評指正。

作者

2016年10月