基于碳减排的工业废气治理技术研究与应用

引言

近年来，我国工业污染严重、能源紧缺，对周围环境造成严重的危害。目前，绿色、环保与节能减排已成为社会建设的发展理念，如何有效地将工业废气进行净化和资源转化成为一大挑战。由此可见，进行相关研究具有较强的现实意义。

1 工业废气排放的现状分析

很长一段时间内，工业废气排放量呈现出增长的趋势，这一现象主要受到工业化进程加快、生产活动增加，以及老旧设施运行等因素的影响。我国对工业废气排放的重视程度显著提高，节能减排政策已成为国家环境保护战略的重要组成部分。近年来，国家出台了一系列政策法规，旨在减少工业废气的排放，改善空气质量，推动可持续发展。例如，《空气质量持续改善行动计划》和“双碳”（碳达峰、碳中和）政策，明确提出了减少工业废气排放的目标，要求重点行业和企业按照环保标准进行改造升级。工业废气中的主要污染物种类繁多，来源也各不相同，以下是一些常见的工业废气污染物及其来源：二氧化硫（SO2），主要来源于煤燃烧和石油加工。煤电厂、冶金厂和化肥厂是二氧化硫的主要排放源，这种气体能够导致酸雨，损害土壤和水体，影响生态平衡。氮氧化物（NOX），主要由燃烧过程中的氮与氧反应产生，特别是在高温下燃烧的工业锅炉和汽车排气中，这些气体不仅导致酸雨，还会形成光化学烟雾，对人体健康构成威胁。颗粒物（PM），包括可吸入颗粒物（如 PM2.5）和粗颗粒物（如 PM10），主要来源于工业生产中的粉尘排放，比如水泥厂、矿山和铸造厂等，颗粒物能够对呼吸系统造成严重影响。挥发性有机物（VOCs），主要来源于化工生产、溶剂使用和燃料蒸发，这些有机物在光照下会与氮氧化物反应形成光化学烟雾，危害空气质量并引发健康问题。

2 碳减排背景下常见的工业废气治理技术

2.1 烟气余热回收

烟气余热回收设备主要包括管式换热器、蓄热式换热器、蓄热式燃烧器三种，具体为：其一，管式换热器由许多根管子组成管束，通过管子内外流体的热量交换实现余热回收。例如，在锅炉烟气余热回收中，高温烟气在管外流动，低温的水或其他介质在管内流动。根据结构不同，又可分为固定管板式 ∇,U 形管式和浮头式等。其中，固定管板式结构简单、成本低，但壳程清洗困难，适用于两种介质温差较小、腐蚀性不强的场合；U 形管式可补偿热膨胀，适用于温差较大、管内介质清洁不易结垢的情况。其二，蓄热式换热器通过蓄热体来储存和释放热量。在一个周期内，高温烟气先通过蓄热体，将热量传递给蓄热体使其温度升高；然后低温流体再通过蓄热体，吸收蓄热体释放的热量。常见的有回转式蓄热换热器（如容克式空气预热器）和固定床蓄热式换热器。其中，回转式蓄热换热器通过转子的转动，周期性地实现烟气侧和空气侧的热量交换，适用于大型工业锅炉和电站锅炉；固定床蓄热式换热器则结构相对简单，通过切换阀门实现烟气和冷流体交替流过蓄热体，常用于小型工业炉窑的余热回收。其三，在燃烧过程中，蓄热式燃烧器利用蓄热体预热助燃空气或燃气，提高燃烧温度和热效率，同时回收高温烟气的余热。工作时，一部分高温烟气通过蓄热体排出，将蓄热体加热；另一部分助燃空气或燃气则通过已被加热的蓄热体进入燃烧室，实现预热，进而提高能源利用率，降低 NOx 排放。对于余热回收系统设计，首先，需要准确了解烟气的流量、温度、成分等参数。例如，对于高温、大流量的烟气，适合采用热管换热器或大型的蓄热式热回收装置；而对于温度较低、成分复杂且含有腐蚀性气体的烟气，则需要考虑换热器的材质选择和防腐措施。通过对烟气参数的长期监测和分析，还能为系统的运行调节提供依据，确保余热回收效率的最大化。

2.2 深入实施清洁生产技术

清洁生产技术作为源头控制的核心，要求企业在生产全过程中，持续探索和实践更加环保、高效的生产方式。在环保工程开展的过程中应鼓励企业研发并应用低能耗、低排放的新型生产工艺，逐步淘汰那些高污染、高能耗的传统工艺，以促使其通过工艺优化，减少原料消耗和废弃物产生，从而在源头上削减废气排放。同时，在环保工程实施的过程中，企业还应积极寻求并采用清洁原料，替代那些含有害物质或易产生污染的传统原料，这不仅能降低生产过程中的废气排放，还能减少后续处理环节的压力，提升整体环保效益。

2.3 创新的低温等离子体技术

低温等离子体技术利用低温等离子体在废气中产生的高能电子、自由基等活性物质，通过氧化、分解等反应将有害物质分解为无害物质。该技术具有处理效率高、反应速度快等优点，特别适用于处理挥发性有机物、氨等废气，能通过优化等离子体发生器的设计和操作参数，实现对废气的高效净化。同时，低温等离子体技术还可与其他废气治理技术相结合，形成更加高效、环保的废气治理方案。末端治理技术是环保工程中废气治理与减排的关键环节，可实现对废气的深度净化，确保废气在排放前达到国家和地方环保标准，为保护大气环境、促进可持续发展贡献力量。

2.4 催化燃烧技术

催化燃烧技术作为一种高效的挥发性有机物（VOCs）处理方法，在低于传统燃烧温度的条件下利用催化剂加速氧化反应，实现污染物的彻底分解。该技术在皮革制造过程中具有显著优势。首先，催化燃烧的工作温度范围为 300～400^∘C ，能有效降低能耗，同时避免了高温燃烧可能带来的二次污染。其次，催化剂的使用能够显著提高废气中有机物的氧化效率，使处理效率达到 80% 以上。此外，与其他处理方法相比，催化燃烧技术占地面积小、运行成本低，尤其适合皮革制造行业中高浓度、低风量的有机废气处理。因此，催化燃烧技术在皮革制造废气处理中的应用不仅能够实现高效净化，还能降低企业运营成本，具有广泛的推广前景。

2.5 吸附分离技术

吸附分离技术在工业废气处理中取得显著进展，尤其在高效吸附材料开发和系统集成方面表现突出。新兴的多孔材料如金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）通过提高比表面积和吸附容量，优化了对挥发性有机化合物（VOCs）和重金属气体的选择性吸附。这些材料的孔结构和化学性质高度可调，使其在环境保护中显得尤为重要。同时，传统材料如活性炭纤维和改性沸石通过纳米化和表面改性处理，也展现了更强的吸附性能和再生能力。例如，活性炭吸附技术广泛应用于 VOCs 的治理，其最佳工作环境为相对湿度不超过 80% ，颗粒物浓度低于 1mg/m3 ，废气温度不高于 40% 。纳米化后的活性炭纤维在大气污染治理中不仅吸附能力更强，还可以通过再生技术提高使用寿命。

结束语

总之，工业废气排放对大气环境的影响深远而广泛，只有通过实施全面的控制措施，才能有效应对这些挑战。关注源头控制、优化生产过程、采取末端治理和加强监督管理，是减少废气排放的关键措施。通过持续改进和实施这些措施，能够减少对环境的污染，为实现可持续发展目标奠定基础。政府、企业和公众的共同努力，是实现环境保护和经济发展的重要保障。

参考文献

[1] 张哲 . 浅谈工业企业大气污染治理工艺技术及预防措施 [J]. 轻工科技，2024，40（3）：138-141.

[2] 梁广，杨婉奕. 吸附法在工业废气治理中的应用研究[J]. 低碳世界，2022，12（10）：49-51.

[3] 黄运 . 催化燃烧法处理喷漆有机废气的应用探讨 [J]. 清洗世界，2022，38（9）：172-174.