完整版垃圾焚烧发电厂控制技术分析毕业设计.docx
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完整版垃圾焚烧发电厂控制技术分析毕业设计
毕业设计说明书
设计题目：
垃圾焚烧发电厂控制技术分析
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
3.1焚烧炉系统分析9
毕业设计任务
一、毕业设计任务的具体内容与要求
（一）设计任务
垃圾发电是一项实现垃圾减量化、无害化和资源化的新兴能源技术。
作为发电厂的自动控制技术人员应当了解国内外垃圾发电的基本情况,知道垃圾发电厂的主要生产过程和主要自动控制技术，并根据垃圾发电自动控制技术的特点提出我国垃圾发电自动控制技术的发展前景及方向。
（二）设计成品
1．设计说明书一份：
（1）毕业设计说明书要条理清楚、文字通顺、整齐美观、格式规范；
（2）设计说明书不少于15000字，并有必要的图表，设计图不少于5张；
（三）基本要求
1.垃圾发电厂概述；
2.垃圾发电厂回收控制系统；
3.垃圾焚烧发电中二恶英的控制技术；
4.生活垃圾焚烧污染控制标准与控制技术；
5.国内垃圾焚烧及除尘控制技术
二、推荐的主要参考文献：
主要参考文献：
[1]于建辉;我国可再生能源发电的研究与杭州10kV配电网合环问题的研究[D];浙江大学;2007年
[2]武晓莉,胡满银,胡志光;垃圾焚烧发电新技术及其发展动向[J];电力情报;2000年02期
[3]金军,贾振邦;中国城市垃圾处理处置发展方向[J];中央民族大学学报（自然科学版）;2005年02期
[4]杜朝波,李春曦,高建强,黄焕辉;垃圾发电技术的现状及发展前景[J];锅炉制造;2003年04期
[5]徐进;垃圾焚烧发电工艺设计及技术装备研究[J];可再生能源;2005年03期
指导教师（签字）
签发日期2013年4月2日
垃圾焚烧发电厂控制技术分析
摘要：
目前城市生活垃圾正明显地泛滥于全世界，如何采取有效的措施来处理这些垃圾变得愈来愈重要。
我国的垃圾产量惊人，但垃圾焚烧发电产业尚处于起步阶段。
垃圾焚烧发电不但可以减少因填埋而产生的污染，而且可以代替一部分化石燃料发电具有双重的减排效果。
科学的垃圾焚烧处理方式具有占地少、减量化、无害化等优点。
本文在阅读大量国内外相关文献资料的基础上详细论述了垃圾焚烧发电技术的原理、设备、流程以及国内外的发展情况对其做了较全面的初步可行性研究，并提出如何拓展具有“中国特色”的垃圾焚烧发电产业。
关键词：
城市生活垃圾垃圾焚烧发电无害化处理二噁英
Garbageburnedpowercontroltechnologyanalysis
abstract：
Atpresentofurbanlivinggarbageisobviouslyfloodallovertheworld,andhowtotakeeffectivemeasurestodealwiththerubbishbecomesmoreandmoreimportant.China'sgarbageoutputandamazing,butrefuseincinerationpowerindustryisstillatthebeginning.
Garbageburnedpowernotonlycanreducethepollutioncausedbylandfill,andcantaketheplaceofthepartofthefossilfuelpowergenerationhasadoublereductioneffect.Scientifictrashburningtreatmentwayhasthecoversanareaoflessreduction,andharmless,etc.Basedonextensivereadingofrelatedliteratureathomeandabroadonthebasisofdataadetaileddiscussiononthewasteincinerationpowergenerationtechnology,theprincipleoftheequipment,theprocessandthedevelopmentofthesituationathomeandabroadtomakeacomprehensivepreliminaryfeasibilitystudy,andputsforwardhowtodevelopwithChinesecharacteristicsgarbageburnedpowerindustry.
Keywords:
Cityliferubbish，garbageburnedpowergeneration，disposal，
harmlesshandling
引言
随着我国城市发展和人民生活水平的提高，垃圾处理无害化已经成为当务之急。
据统计资料表明，我国城市人均年产垃圾400kg，全国主要城市年产生活垃圾15亿吨，侵占土地面积5亿m3，并且以年增长率8%～10%的速度增长，我国中心城市的日平均垃圾产量已达1～2kg/人，并以每年10%的速度递增。
历年堆积的生活垃圾量已经达到60多亿吨。
面对泛滥成灾的垃圾，并伴随着传染疾病、污染环境、有碍观瞻的危害，我们必须采取措施，使之减量化、资源化、无害化。
垃圾对社会的危害是多方面的。
长期堆放的垃圾在发酵、分解、腐烂后，滋生蚊蝇、鼠类，产生有害气体、有机废液，传播疾病，污染水源、空气和土壤。
垃圾堆还侵占了大量城郊土地，同时造成更大范围的农田污染。
另外城市垃圾中的有机物含量较高，垃圾发酵后产生沼气，沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，会对大气产生污染，阻碍植被生长，破坏臭氧层。
更危险的是，垃圾集中堆放产生的甲烷是可燃气体，当与空气混合达到一定比例时，遇火花会发生爆炸，直接威胁到人们的生命财产安全。
1垃圾发电的前景
1.1对于我国能源问题的分析
1.1.1我国能源消费状况
20世纪50年代以来，中国能源工业从小到大，不断发展。
特别是改革开放以后，能源供给能力不断增强，促进了经济持续快速发展。
但在经济发展过程中，能源供给不足的矛盾十分突出。
往往只要经济发展加速，煤电油就会紧张，成为制约经济社会发展的瓶颈。
到20世纪90年代末，随着能源市场化改革不断推进、能源工业进一步对外开放和能源投人增加，煤炭、电力产能大幅度提高，油气进口增多，能源对经济社会发展的制约得到很大缓解。
但进入21世纪以来，能源供求形势又发生了新的变化，工业化和城市化步伐加快，一些高耗能行业发展过快，能源需求出现了前所未有的高增长态势。
能源对经济社会发展的制约又开始加大。
随着我国经济社会的持续发展和人民生活水平的不断提高，能源需求还会继续增长，供需矛盾和资源环境制约将长期存在。
1.1.2能源消耗对生态环境的影响
能源资源的开发利用促进了世界的发展，同时也带来了严重的生态环境问题。
化石燃料的使用是CO2等温室气体增加的主要来源。
从中国情况看，能源结构长期以煤炭为主，煤炭生产使用中产生的SO2、粉尘、CO2等是大气污染和温室气体的主要来源。
解决好能源问题，不仅要注重供求平衡，也要关注由此带来的生态环境问题。
从1979年第一次世界气候大会呼吁保护气候系统开始，到1992年联合国环境与发展大会通过《联合国气候变化框架公约》，再到《京都议定书》的出台，国际社会为应对全球气候变化做了不懈努力。
在需求快速增长的驱动下，中国能源生产增长很快，煤炭增长尤为迅速。
与此同时，煤炭大量生产和使用中存在一系列问题，如资源回采率低、浪费严重，对地表生态和地下水系破坏大等。
此外，SO2、烟尘、粉尘、NOχ以及CO2排放量也有所攀升，给生态环境治理带来了难度。
1.2采用垃圾焚烧发电技术的意义
1.2.1城市生活垃圾产生的问题
随着我国城市数量增加、规模扩大、人口增多以及人们生活水平的提高，城市生活垃圾以年均增长率8％到10％的速度迅猛增加，垃圾成分也发生着明显的变化。
长期以来，由于对环境保护基础设施重视不够，投入不足，数量庞大的城市垃圾已对城市及城市周围的生态环境构成日趋严重的威胁。
据有关部门统计，中国城市生活垃圾年产生量超过1.2亿吨，占全世界年产垃圾的四分之一以上。
绝大部分垃圾未经处理，堆积在城郊，垃圾堆存量已逾70亿吨，侵占土地面积达80万亩。
垃圾在堆放腐败过程中产生大量酸性和碱性有机污染物，并溶解出其中的重金属，形成有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。
1.2.2利用垃圾热值
城市生活垃圾的处理关系到保护和改善生活环境、防治污染、使经济发展与环境保护相协调等重要内容。
一直以来，我国城市垃圾处置主要以填埋为主，未经减量处理，不仅长期占用大量的土地，也带来了地下水和大气的污染。
目前我国城市垃圾采用填埋处理方式仍达90％左右，焚烧不到5％。
我国生活垃圾中有机物含量较高，城市生活垃圾堆肥一直被认为是实现我国城市生活垃圾减量化、资源化的一条重要途径。
然而，由于生活垃圾成分复杂，堆肥产生的有机肥不仅肥效低，且重金属含量多数超标，污染土壤。
随着人民生活水平的不断提高，垃圾热值不断提高，利用垃圾自身热值进行焚烧发电的垃圾资源化焚烧技术在我国悄然兴起，圾处置的首选方法。
1.3国内外城市生活垃圾处理现状
1.3.1我国城市生活垃圾处理现状
我国城市生活垃圾产量逐年增加，从1981年到2003年，我国城市生活垃圾清扫量由3132万吨增至14857万吨，年平均增长率达到8.64％。
处理的生活垃圾中，填埋占89.3％，焚烧占3.72％，堆肥占6.98％。
我国城市生活垃圾处理处置能力和水平仍较低，无害化处理设施缺乏。
在九五期间，垃圾发电技术得到一些城市特别是南方大中城市的重视规模最大的纯垃圾焚烧处理装置，基本不需要利用辅助燃料，日垃圾处理量为1800吨，装机容量18兆瓦。
但因为起步晚，垃圾处理总量和装机总量都不大，占我国生活垃圾总量的3%左右，发电总装机容量200多兆瓦。
1.3.2国外城市垃圾处理现状
目前城市生活垃圾发电已是发达国家采用的主要垃圾处理方式。
城市生活垃圾用于焚烧发电、供热的利用率，日本达76％，北欧（荷兰、丹麦）达70％，新加坡高达90％，以上，美国达30％以上。
垃圾发电发展得最快的是美国、德国和日本。
欧美一些国家建起了垃圾发电站，美国某垃圾发电站的发电能力高达一百兆瓦，每天处理垃圾六十万吨。
据统计，目前全球已有各种类型的垃圾处理工厂近千家预计三年内，各种垃圾综合利用工厂将增至三千家以上。
越来越多的国家采用焚烧方式处理垃圾并成为一种趋势，国外对城市垃圾的处理一般是随国情而不同，往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式，很难有统一的模式。
但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。
发达国家城市生活垃圾处理情况比见表1-1所示。
表1-1发达国家城市生活垃圾处理情况比较
2生活垃圾发电技术
2.1传统的垃圾处理方式
2.1.1分类回收
分类回收为自废弃物中回收可利用资源，这种方式需要周密规划。
2.1.2卫生掩埋
有计划地在特定区域将收集到的垃圾进行工程瓜实、覆土、使其集中自然分解。
此方法设备和技术简单，是目前我国大中城市垃圾处理的常用方法。
但占地大，对掩埋地周围环境影响较大，对地下水也可能造成二次污染。
2.1.3堆肥
堆肥是将垃圾中的有机质分解、腐烂、转换成肥料。
该方式对垃圾成分有较高要求不能处理全部城市垃圾，适宜与分类回收配合采用。
2.1.4焚化
焚化是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体（烟气），不可燃成分转变为无机物（灰渣）。
此处理方式迅速、无害、自动化程度高，且焚化产生的热能可供利用。
但要求垃圾低位平均热值不低于3350lJ∕kg左右，否则成本大大增加。
2.2垃圾焚烧发电技术
2.2.1垃圾焚烧发电技术原理
垃圾发电是生物质发电中的一种，包括垃圾焚烧发电和垃圾填埋发电。
在把各种垃圾收集，进行分类处理后，一是对燃烧值较高的进行高温焚烧，彻底消灭病源性生物和腐蚀性有机物，在高温焚烧，产生的烟雾经过处理，中将产生的热能转化为高温蒸汽，推动涡轮机转动，使发电机产生电能。
二是对不能燃烧的有机物进行发酵、厌氧处理，最后干燥脱硫，产生一种气体叫甲烷，也叫沼气。
再经燃烧，把热能转化为蒸汽，推动涡轮机转动，带动发电机产生电能。
2.2.2垃圾焚烧发电的社会效益和经济效益
高温焚烧配以先进的烟气处理设施能使垃圾处理实现无害化，彻底消灭致病原体，处理过程最终剩余的灰渣稳定性好，不再分解，缓变，产生的热量可以进行供热和发电，达到能源回收的目的。
（1）社会效益：
垃圾焚化处理解决了垃圾出路，改善了城市卫生环境，减少了垃圾处理的土地占用问题，减轻了环卫工作的劳动强度，还能变废为宝，为生活和工业提供电力。
（2）经济效益：
垃圾发电厂的主要经济效益有两部分，一是电力销售效益（包含部分回收废金属销售收益）；二是垃圾处理费收益。
垃圾处理费是政府为处理城市垃圾支付的费用。
2.3垃圾填埋发电技术
填埋场内垃圾经过厌氧分解将产生大量的填埋气（LFG），填埋气产生可以简单归结为二个基本阶段，如图2-1所示。
图2-1填埋气产生示意图
填埋气是一种可回收利用的能源，甲烷含量高，同时又是污染性气体，其中的CH4是强致温室性气体，还含有具有刺激性的H2S、VOC等气体,因此综合利用垃圾填埋气，将其变废为宝，是实现我国城市垃圾资源化、减少环境危害的一个重要途径，同时也是获得良好经济和社会效益的必然途径。
3垃圾焚烧发电相关技术分析
3.1焚烧炉系统分析
按焚烧原理不同，全世界又主要分为炉排炉焚烧、流化床焚烧、CAO气化焚烧炉技术、热解法。
3.1.1机械炉排焚烧炉
（1）工作原理：
垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排，炉排分为干燥区、燃烧区、燃尽区，由于炉排之间的交错运动，将垃圾向下方推动，使垃圾依次通过炉排上的各个区域，垃圾由一个区进入到另一区时，起到一个大翻身的作用，直至燃尽排出炉膛。
燃烧空气从炉排下部进入并与垃圾混合，高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时烟气也得到冷却最后烟气经烟气处理装置处理后排出。
（2）特点：
炉排的材质要求和加工精度要求高，要求炉排与炉排之间的接触面相当光滑、排与排之间的间隙相当小。
另外机械结构复杂，损坏率高，维护量大。
3.1.2循环流化床焚烧炉
（1）工作原理：
炉体是由多孔分布板组成，在炉膛内加入大量的石英砂，将石英砂加热到600℃以上，并在炉底鼓入200℃以上的热风，使热砂沸腾起来，再投入垃圾。
垃圾同热砂一起沸腾，垃圾很快被干燥、着火、燃烧。
未燃尽的垃圾比重较轻，继续沸腾燃烧，燃尽的垃圾比重较大，落到炉底，经过水冷后，用分选设备将粗渣、细渣送到厂外，少量的中等炉渣和石英砂通过提升设备送回到炉中继续使用。
焚烧机理如图3-1所示。
图3-1流化床锅炉焚烧机理
（2）特点：
流化床燃烧充分，炉内燃烧控制较好，但烟气中灰尘量大，操作复杂，运行费用较高，对燃料粒度均匀性要求较高，需大功率的破碎装置，石英砂对设备磨损严重，设备维护量大。
3.1.3回转式焚烧炉
（1）工作原理：
回转式焚烧炉是用冷却水管或耐火材料沿炉体排列，炉体水平放置并略为倾斜。
通过炉身的不停运转，使炉体内的垃圾充分燃烧，同时向炉体倾斜的方向移动直至燃尽并排出炉体。
（2）特点：
设备利用率高，灰渣中含碳量低，过剩空气量低，有害气体排放量低。
但燃烧不易控制，垃圾热值低时燃烧困难。
如表3-1所示。
表3-1炉排炉、回转炉、循环流化床锅炉技术指标对比
3.1.4CAO气化焚烧炉
（1）工作原理：
垃圾运至储存坑，进入生化处理罐，在微生物作用下脱水，使天然有机物厨余、叶、草等，分解成粉状物，其他固体包括塑料橡胶一类的合成有机物和垃圾中的无机物则不能分解粉化。
经筛选，未能粉化的废弃物进入焚烧炉的先进入第一燃烧室，温度为600℃，产生可燃气体再进入第二燃烧室，不可燃和不可热解的组份呈灰渣状在第一燃烧室中排出。
第二室温度控制在860℃进行燃烧，高温烟气加热锅炉产生蒸汽。
烟气经处理后由烟囱排至大气，金属玻璃在第一燃烧室内不会氧化或融化，可在灰渣中分选回收。
（2）特点：
可回收垃圾中的有用物质，但单台焚烧炉的处理量小，处理时间长，目前单台炉的日处理量最大达到150吨，由于烟气在850℃以上停留时间难于超过1秒钟，烟气中二噁英的含量高，环保难以达标。
3.1.5脉冲抛式炉排焚烧炉
（1）工作原理：
垃圾经自动给料单元送入焚烧炉的干燥床干燥，然后送入第一级炉排，在炉排上经高温挥发、裂解，炉排在脉冲空气动力装置的推动下抛动，将垃圾逐级抛入下一级炉排，此时高分子物质进行裂解、其它物质进行燃烧。
如此下去，直至最后燃尽后进入灰渣坑，由自动除渣装置排出。
助燃空气由炉排上的气孔喷入并与垃圾混合燃烧，同时使垃圾悬浮在空中。
挥发和裂解出来的物质进入第二级燃烧室，进行进一步的裂解和燃烧，未燃尽的烟气进入第三级燃烧室进行完全燃烧，高温烟气通过锅炉受热面加热蒸汽，同时烟气经冷却后排出。
（2）特点：
处理垃圾范围广泛，燃烧热效率高，即使水份很大的生活垃圾，燃烧热效率也在70%以上，由于采用了许多特殊的设计以及较高的自动化控制水平，运行维护费用低，可靠性高，有自清洁功能。
3.1.6热分解炉
热解法是在隔绝空气的条件下，垃圾在热解装置中受热而使有机质分解，转化成燃气。
燃气进入余热锅炉换热后，过热蒸汽进入汽轮发电机发电。
由于此种炉型结构简单，无运动件，设备技术投资便宜，很有发展前途。
它的产品以美国和加拿大公司为代表。
3.1.7综合对比
机械炉排焚烧炉在中国焚烧垃圾适用性不强，我国垃圾没有严格分类，垃圾中含水分较高、成分复杂，所以热值很低，很难把垃圾焚烧透彻，炉内温度难以提高，造成二次污染的可能性就大。
循环流化床焚烧炉比较适合我国的国情，燃烧比较复杂、水分比较，多的垃圾也能够把垃圾燃烧彻底，温度也比较高，投资也比较低，是适合中国国情的工艺流程。
回转式焚烧炉、CAO气化焚烧炉适用于垃圾量比较少的地区。
脉冲抛式炉排焚烧炉、热分解炉自动化水平高，利用空间广，但技术仍有待研究。
3.2烟气净化技术
二次污染控制主要是对垃圾焚烧产生的烟气净化处理，具有除尘、脱硫、脱HCl、脱氮、去除重金属和吸收二恶英、呋喃等复杂功能，是垃圾焚烧电厂区别于常规电站的关键技术。
烟气净化处理系统，必须采用成熟的技术和性能安全、可靠的先进设备，确保垃圾焚烧过程中产生的和烟气处理过程中再次合成的有害物质完全得到净化，满足国家和工程所在地及设备供货商所在国家地区环保排放标准要求（即“三标”要求）。
同时，二次污染物治理，应与焚烧工艺密切配合，控制污染源，降低净化系统的运行费用和设备造价，适应总体布置并节省占地。
早期的二次污染控制技术，主要是应用石灰干粉与热烟气直接接触反应的干法烟气净化工艺，因其石灰利用率低，污染物净化率50~60%，难以满足日益严格的烟气排放标准。
目前常用的烟气净化系统，主要采用半干法和湿法烟气净化工艺。
3.2.1干法工艺
干法净化烟气对污染物的去除效率相对较低，为了有效控制酸性气态污染物的排放，必须增加固态吸收剂在烟气中的停留时间，保持良好的湍流度，使吸收剂的比表面积足够大。
干法净化所用的吸收剂以Ca（0H）2粉末居多。
干法净化的工艺组合形式一般为吸收剂通过管道喷射，并辅以后续的高效除尘器。
在烟气进入袋式除尘器的烟道上，设有硝石灰和活性碳喷入口，喷入Ca（0H）2粉末和活性碳粉末。
喷入Ca（0H）2粉末的目的在于去除烟气中的酸性气体，使得HCl和S02排放浓度达到国家标准。
喷入活性碳粉末用以去除烟气中的重金属和二噁英、呋喃。
有害气体二噁英、呋喃是在焚烧垃圾过程和化学反应中产生的。
残留的二噁英、呋喃在进入除尘器前，被多孔且吸附力较强的活性炭所吸附。
干法净化的显著优点是反应产物为固态，可直接进行最终的处理，而无需像湿法净化工艺那样，要对净化产物进行二次处理。
干法净化烟气系统的缺点是对污染物的去除效率比湿法烟气处理系统要低，吸收剂的消耗量比湿法要大。
干法工艺流程图如图3-3所示：
图3-3:
干法工艺流程图
3.2.2湿法工艺
早期在一些发达国家湿法的应用比例较高，利用碱性物质作为吸收剂可使酸性气态污染物得以高效净化。
湿法净化可以分一段或二段完成，净化设备有吸收塔（填料塔、筛板塔）和文丘里洗涤器等。
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