CN111888873A - 一种湿法全组分废气净化塔、净化系统及净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种湿法全组分废气净化塔、净化系统及净化方法,湿法全组分废气净化塔包括塔体和一个或多个吸收液循环系统,吸收液循环系统包括吸收液制备系统、反应系统和吸收液回收系统,反应系统包括水平设置在塔体内的N层塔板;第N层塔板外径与塔体内径相配合,实现塔体径向封堵,第1~(N‑1)层塔板与塔体内壁间形成溢流口,塔板的溢流口处设置有溢流堰;塔板上设置有多个泡罩单元,泡罩单元包括升气管和泡罩,溢流堰上沿高于泡罩上沿;吸收液循环系统的循环液出口与第1层塔板上的吸收液连通,第N层塔板上的吸收液与吸收液循环系统的循环液入口连通。本发明适用范围广、占地空间小、净化效果好,适用于各种废气的净化处理。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理技术,尤其涉及一种湿法全组分废气净化塔、净化系统及净化方法。
背景技术
21世纪以来,工业和交通运输业的迅速发展,城市的不断扩大以及人口的高度集中,使得大气污染日趋严重。目前,全世界每年排入大气的有害气体在6亿吨以上,煤粉尘及其他粉尘在1亿吨以上,严重污染了大气,对人类健康构成威胁。
大气污染物是指由于人类活动或自然过程排人大气的并对人类或环境产生的有害影响的那些物质。大气污染物的种类很多,根据其存在的特征可分为气溶胶污染物和气态污染物两类。
气溶胶污染物是指空气中的固体粒子和液体粒子,或固体和液体粒子在气体介质中的悬浮体。按照来源和物理性质,可将其分粉尘、烟、飞灰、黑烟、雾。近年来备受关注的城市雾霾问题就是典型的气溶胶污染,大部分城市的PM2.5属于二级超标,西南部和南部少数城市能够二级达标,一级达标的城市不到2%。
大气中的气态污染物是以分子状态存在的。气态污染物的种类很多,大部分为无机气体。常见的有以二氧化硫为主的含硫化合物;以一氧化氮和二氧化氮为主的台氮化合物;以一氧化碳、二氧化碳为主的碳的氧化物;以烷烃、烯烃和芳香烃类为主的碳氢化合物;以氟化氢、氯化氢为主的卤素化合物。大到影响全球的温室效应、臭氧层破坏,小到个别地区的酸雨、光化学污染等各种影响人类生活健康的问题都是由气态污染造成的。
针对气溶胶污染物的处理主要以除尘为主,包括喷淋除尘、重力沉降、旋风除尘、电除尘、布袋除尘等各种方法。针对气态污染物因成分不同应采用不同的方法,处理二氧化硫主要采用氧化钙吸收,根据使用氧化钙状态的不同又分为干法、半干法、湿法脱硫三种;处理氮氧化物主要采用还原燃烧和化学吸收;处理氟化氢等卤素化合物主要采用活性炭吸附和化学吸收。
由于实际生产中产生的废气成分复杂,往往粉尘、飞灰、氮氧化物、硫化物、卤化物等各种污染物需处理,需将各种对应的处理装置组合使用才能达到标准排放。
发明内容
本发明的目的在于,针对目前成分复杂的废气处理困难的问题,提出一种湿法全组分废气净化塔,该系统能实现90%以上种类废气的净化处理,同时能实现废气处理工艺的标准化。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种湿法全组分废气净化塔,包括塔体和一个或多个吸收液循环系统,所述塔体下部或底部设置有进气口,所述塔体顶部设置有出气口;所述吸收液循环系统包括吸收液制备系统、反应系统和吸收液回收系统,所述反应系统包括N层塔板;
所述N大于等于2,所述N层塔板水平设置在塔体内,第N层塔板外径与塔体内径相配合,实现塔体径向封堵,第1~(N-1)层塔板与塔体内壁间形成溢流口,所述塔板的溢流口处设置有溢流堰;当N大于2时,相邻塔板的溢流口上下不重合;所述塔板上设置有多个泡罩单元,所述泡罩单元包括开设在塔板上的升气管和罩设在升气管上端的泡罩,所述溢流堰上沿高于泡罩上沿;所述药剂储罐出口与第1层塔板上的吸收液连通,所述第N层塔板上的吸收液与吸收液回收系统的循环液入口连通。
进一步地,所述吸收液制备系统包括药剂储罐、药剂添加泵、水箱水泵、吸收液储罐、吸收液泵;所述反应系统包括进液管、N层塔板和回液管;所述药剂储罐通过药剂添加泵与吸收液储罐连通,水箱通过水泵与吸收液储罐连通,所述吸收液储罐通过吸收液泵与进液管连通,所述进液管的出口位于第1层塔板上方,所述回液管入口位于第N-1层塔板与第N层塔板间,所述回液管出口通过吸收液回流泵与吸收液回收系统连通;所述吸收液回收系统的水流出口与水箱连通。
所述吸收液循环系统工作原理:吸收药剂和溶剂水分别储存在药剂储罐和水箱里,通过药剂添加泵和水泵分别将药剂和溶剂水定量配送进吸收液储罐内,经搅拌均匀后形成吸收液,通过吸收液泵和进液管将吸收液送至吸收塔内并在塔板表面形成吸收液层,烟气经过均匀分布的泡罩单元穿过塔板上的吸收液层时所含有的污染物与吸收液反应,并形成可溶性盐溶解滞留在吸收液中,从而达到净化烟气的目的。吸收了烟气中污染物后的吸收液通过回液管进入吸收液回收系统,通过不同的反应和加工工艺将废吸收液中的盐类加工成为回收产品,废吸收液中的水经处理后回到水箱循环利用。
进一步地,相邻塔板的泡罩单元左右交错设置。
进一步地,当所述吸收液循环系统为多个时,多个吸收液循环系统自上而下设置在塔体内。
进一步地,所述吸收液循环系统为多个,优选为2-4个。
进一步地,所述进气口前的管路上设置有鼓风机。
进一步地,所述出气口处设有除沫装置,所述除沫装置为丝网除沫器。
本发明的另一个目的还公开了一种湿法全组分废气净化系统,包括上述湿法全组分废气净化塔、除尘塔、活性炭吸附器、排气筒和控制系统,所述除尘塔底部设置有废气入口,所述除尘塔顶部气体出口与湿法全组分废气净化塔底部的进气口连通,所述湿法全组分废气净化塔顶部的出气口与活性炭吸附器底部入口连通,所述活性炭吸附器顶部出口与排气筒底部连通;所述控制系统与鼓风机、引风机和吸收液泵电连。
进一步地,所述除尘塔内设置有喷淋装置,所述除尘塔外侧设置有与喷淋装置连通的喷淋液循环系统,实现喷淋水循环回用。
进一步地,所述除尘塔与湿法全组分废气净化塔进气口之间的管路上设置有鼓风机。
进一步地,所述活性炭吸附器出气口处设置引风机。
进一步地,所述除尘塔气体出口处设有除沫装置,所述除沫装置为丝网除沫器。
进一步地,所述排气筒的高度不低于15m,优选的不低于25m,有些污染物(比如氯化氢、氰化物等)排放高度不低于25m,排气筒出口还要高于周边200m范围内的最高建筑5m以上,具体高度遵循环保标准要求,按照排放企业的环评要求设置。
进一步地,所述控制系统与烟气浓度和流量的在线检测装置电连,所述烟气浓度和流量的在线检测装置设置在进气口和出气口处。
本发明的另一个目的还公开了一种湿法全组分废气净化方法,包括以下步骤:废气通过烟道首先进入除尘塔,经过喷淋洗涤除尘后利用鼓风机送入湿法全组分废气净化塔,在湿法全组分废气净化塔内废气自下而上逐层通过多层塔板,废气内相应成分被各层塔板上的吸收液吸收,净化后的气体从湿法全组分废气净化塔顶部排出进入活性炭吸附器,活性炭吸附器将废气中残留污染物吸收,处理后废气达到排放标准经排气筒排放。
进一步地,所述吸收液包括但不限于脱硫吸收液(氨水)、脱硝吸收液(亚硫酸铵溶液和碳酸钠)、除氯吸收液和除氟吸收液中的一种或多种。
本发明湿法全组分废气净化塔、净化系统及净化方法,采用洗涤喷淋的方法进行飞灰、烟尘等气溶胶污染物的去除,采用多效吸收塔通过各层塔板装置吸收液去除废气中的气态污染物,采用活性炭吸附方法去除二噁英等难处理的污染物。与现有技术相比较具有以下优点:
1)本发明的湿法全组分废气净化塔采用泡罩式塔板结构。泡罩式塔板包括塔板、泡罩、升气管、溢流堰等,具有塔板不容易堵塞、气液接触强度大有利于吸收反应进行、适应气体浓度波动性强等优点。废气通过升气管进入塔板上部,通过泡罩上气孔均匀分散至吸收液层内,废气中污染物与吸收液接触反应后穿透吸收液层,通过升气管进入上一层塔板依次反应,直至最终各种污染物被吸收完全。吸收液层由溢流堰高度控制,多余吸收液通过溢流堰流出进行循环回收。
2)本发明的湿法全组分废气净化塔采用泡罩式塔板结构,该塔板及其上设置的泡罩均可自由拆卸、更换,有利于设备整体的维护和改进。
3)本发明的湿法全组分废气净化塔采用多层塔板结构,按照吸收污染物的不同分别设置若干吸收塔板层,按照工艺需要,不同的吸收液在不同的塔板层流动、循环,每一部分吸收液单独循环、回收,互不接触,即便各种吸收液回收工艺不同但吸收塔内塔板布局基本相同,有利于吸收塔的标准化、模块化。
4)本发明的湿法全组分废气净化系统在除尘塔烟气出口和湿法全组分废气净化塔烟气出口处均设有除沫装置,防止吸收液和喷淋液中水分被废气带出,造成烟道管路的腐蚀和阻塞。
5)本发明针对废气主要污染物的不同,在湿法全组分废气净化塔的多个吸收液循环系统设置不同的吸收液,将传统的脱硫装置、脱硝装置、除尘装置等各类设备集成一体,可实现90%以上烟气种类的净化处理,更有利于烟气处理工艺的标准化。
对于含油(有机烃类)废气和其它难反应污染物(如二噁英)等主要通过系统前后端的喷淋后油水分离和活性炭吸附进行去除。
考虑到运行成本和生产安全,按照本发明进行工艺设计时应尽量避免使用有机溶剂作为吸收液。
以下针对烟气处理中最常见的脱硫(SO2)、脱硝、含氯废气和含氟废气处理原理进行说明,对于其余诸如恶臭气体(如H2S、NH3、VOCs等)或含重金属废气(如铬酸雾、含铅废气、含汞废气)等,或在处理其他成分时顺带通过酸碱液吸收或需要采用特定的化学试剂溶液进行处理,考虑到烟气组分复杂,此处不一一赘述。
本发明的湿法全组分废气净化方法采用氨水而不是湿法脱硫常见的消石灰(Ca(OH)2)脱硫剂,因为石灰类脱硫剂(包括生石灰、消石灰、石灰石等)在脱硫反应中生成的石膏类产物(水合硫酸钙)易沉积造成塔板及管道的阻塞,而氨法脱硫的费用低,且脱硫反应生成的亚硫酸铵((NH4)2SO3)可用于后续脱硝处理作为吸收液,也可作为氮肥回收利用,回收价值高。
氨法吸收原理:
NH3+H2O+SO2→NH4HO3
2NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3
(NH4)2SO3+H2O+SO2→2NH4HSO3
本发明的湿法全组分废气净化方法采用脱硫后形成的亚硫酸铵((NH4)2SO3)溶液和碳酸钠(Na2CO3)作为脱硝吸收液,脱硝效率可以达到93%以上。
碱液——亚硫酸铵脱硝反应原理:
第一级碱液吸收
Na2CO3+NO+NO2→2NaNO2+CO2
第二级亚硫酸铵吸收
4(NH4)2SO3+2NO2→4(NH4)2SO4+N2↑
4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2↑
4(NH4)2SO3+NO+NO2+3H2O→2N(OH)(NH4SO3)2+4NH4OH
4NH4HSO3+NO+NO2→2N(OH)(NH4SO3)2+H2O
2NH4OH+NO+NO2→2NH4NO2+H2O
本发明的湿法全组分废气净化方法采用氢氧化钠(NaOH)碱液作为氯气(Cl2)和氯化氢的吸收液。该方法所得到的次氯酸钠(NaOCl)可以作为商品出售。
碱液吸收氯气的反应原理:
2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O
碱液吸收氯化氢的反应原理:
HCl+H2O→盐酸
NaOH+HCl→NaCl+H2O
本发明的湿法全组分废气净化方法采用低浓度的碳酸钠(Na2CO3)碱液吸收烟气中的氟化氢等含氟组分,吸收后的含氟溶液可以制成冰晶石或其它氟化盐以完成回收利用。
碱液吸收氟化氢的反应原理:
HF+Na2CO3→NaF+NaHCO3
HF+NaHCO3→NaF+CO2+H2O
CO2+Na2CO3+H2O→2NaHCO3
氟化钠溶液合成冰晶石的反应原理:
6NaF+NaAlO2+2CO2→Na3AlF6+2Na2CO3
6)本发明的湿法全组分废气净化塔可通过调整吸收液浓度或增加吸收塔板层数的方式来适应烟气内各组分污染物浓度的差异。当烟气中某组分污染物浓度较高时,可提高对应吸收液的浓度提高吸收效率,若该组分污染物量比较大,可在设计时通过增加吸收塔板层数来延长烟气与吸收液的接触时间来保证吸收效果。
7)本发明的湿法全组分废气净化系统可通过各种在线检测设备(如流量、浓度、压力等)和执行机构实现闭环控制,从而实现全自动化操作,更好的满足排放要求。通过对烟气浓度和流量的在线检测自动调整吸收液药剂添加泵,来改变吸收药剂浓度;通过对各工艺单元如净化塔、喷淋塔、活性炭吸附装置等的进出口压力在线检测,自动调整鼓风机和引风机功率,保证烟气能顺利通过各工艺单元设备。
8)本发明的湿法全组分废气净化系统设有活性炭吸附装置,用于处理烟气中所包含的不溶于水或难吸收的污染物组分(如二噁英等),保证最终出口烟气达到排放标准。
9)本发明的湿法全组分废气净化系统设有除尘塔装置,该装置主要有喷淋除尘和烟气降温两个作用。若实际产生的废气中不含有粉尘等颗粒物且烟气温度不高于85℃则可不设置除尘塔装置,节约成本。
综上,本发明湿法全组分废气净化塔、净化系统及净化方法适用范围广、占地空间小、净化效果好,适用于各种废气的净化处理。
附图说明
图1为本发明湿法全组分废气净化塔的结构示意图;
图2为泡罩式塔板结构图;
图3为本发明湿法全组分废气净化系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明:
实施例1
本实施例公开了一种湿法全组分废气净化塔,其结构如图1和图2所示,包括塔体和三个吸收液循环系统41,所述塔体下部或底部设置有进气口42,所述塔体顶部设置有出气口43;所述进气口42前的管路上设置有鼓风机3。所述出气口43处设有除沫装置,所述除沫装置为丝网除沫器。
三个吸收液循环系统41顺次自上而下设置。
所述吸收液循环系统41包括吸收液制备系统、反应系统和吸收液回收系统,所述吸收液制备系统包括药剂储罐、药剂添加泵、水箱水泵、吸收液储罐、吸收液泵;所述反应系统包括进液管47、塔板45、回液管48和吸收液回收系统。所述塔板45为2层,分别水平设置在塔体内,第2层塔板45外径与塔体内径相配合,实现塔体径向封堵,第1层塔板与塔体内壁间形成溢流口,所述第1层塔板的溢流口处设置有溢流堰46;所述药剂储罐通过药剂添加泵与吸收液储罐连通,所述水箱通过水泵与吸收液储罐连通,所述吸收液储罐通过收液泵与进液管47连通,所述进液管47的出口位于第1层塔板上方,所述回液管48入口位于第1层塔板与第2层塔板间,所述回液管48出口通过吸收液回流泵与吸收液回收系统连通;所述吸收液回收系统的水流出口与水箱连通。
吸收液循环系统41工作原理:吸收药剂和溶剂水分别储存在药剂储罐和水箱里,通过药剂添加泵和水泵将药剂和溶剂水定量配送进吸收液储罐内,经搅拌均匀形成吸收液后通过吸收液泵和进液管47将吸收液送至吸收塔4内并在塔板45表面形成吸收液层,吸收了烟气中污染物后的吸收液通过回液管48进入吸收液回收系统,通过不同的反应和加工工艺将废吸收液中的盐类加工成为回收产品,废吸收液中的水经处理后回到水箱循环利用。
所述第1塔板和第2塔板上均设置有多个泡罩单元,第1塔板和第2塔板的泡罩单元左右交错设置,以保证废气和塔板上的吸收液充分接触。所述泡罩单元包括开设在塔板45上的升气管,和罩设在升气管上端的泡罩44,所述溢流堰46上沿高于泡罩44上沿。
采用该净化塔对废气进行净化的方法如下:
废气通过鼓风机3进行增压并通过进气口42进入湿法全组分废气净化塔4底部,气体通过升气管49进入塔板45上层,泡罩44上设有气孔使气体均匀分散至吸收液内,进行气液接触反应,吸收液循环系统41内的吸收液自进液管47进入第一塔板上形成吸收液层,吸收液层高度由溢流堰46控制,过量的吸收液通过溢流堰46流如第2层塔板并最终由通过回液管48流出塔体,进入吸收液循环系统41进行回收、循环。废气从下至上分别穿过第三吸收系统、第二吸收系统和第一吸收系统到达湿法全组分废气净化塔4顶部,通过出气口43离开湿法全组分废气净化塔4。
本实施例湿法全组分废气净化塔设置了三层吸收液循环系统,主要用于去除废气中的三种气态污染物(如二氧化硫、氮氧化物、氟化氢等),若烟气成分更复杂可相应增加吸收液塔板层数,并改变吸收液成分。
实施例2
本实施例公开了一种湿法全组分废气净化系统,其结构如图3所示,包括权利要求1所述湿法全组分废气净化塔4、除尘塔2、活性炭吸附器5和排气筒6和控制系统8。
所述除尘塔2底部设置有废气入口1,所述除尘塔2内设置有喷淋装置,所述除尘塔2外侧设置有与喷淋装置连通的喷淋液循环系统21,实现喷淋水循环回用。所述除尘塔2烟气出口处设有除沫装置,所述除沫装置为丝网除沫器。所述除尘塔2顶部气体出口与湿法全组分废气净化塔4底部的进气口42连通,所述湿法全组分废气净化塔4顶部的出气口43与活性炭吸附器5底部入口连通,所述活性炭吸附器5顶部出口与排气筒6底部连通。所述排气筒6的高度为20m。所述活性炭吸附器5出气口处设置引风机7。
所述控制系统8与鼓风机3、引风机7和吸收液泵电连。所述控制系统8还与烟气浓度和流量的在线检测装置电连,所述烟气浓度和流量的在线检测装置设置在进气口42和出气口43处。
采用该净化系统对废气进行净化的方法如下:
待处理废气通过废气入口1进入湿法全组分废气净化系统,首先在除尘塔2进行喷淋洗涤,本实施例选择水做为喷淋液,烟气中飞灰、烟尘等气溶胶污染物被喷淋水冲洗下来,通过21喷淋液循环系统进行分离后,喷淋水循环回用。从除尘塔2出口排出的废气不含尘,且烟气温度得到降低,喷淋后废气通过鼓风机3进行增压并通过进气口42进入湿法全组分废气净化塔4底部,气体通过升气管49进入塔板45上层,泡罩44上设有气孔使气体均匀分散至吸收液内,进行气液接触反应,吸收液循环系统41内的吸收液自进液管47进入第一塔板上形成吸收液层,吸收液层高度由溢流堰46控制,过量的吸收液通过溢流堰46流如第2层塔板并最终由通过回液管48流出塔体,进入吸收液循环系统41进行回收、循环。废气从下至上分别穿过第三吸收系统、第二吸收系统和第一吸收系统到达湿法全组分废气净化塔4顶部,通过出气口43离开湿法全组分废气净化塔4。从湿法全组分废气净化塔4离开的废气中大部分污染物已清除干净,通过活性炭吸附器5将剩余少量污染物吸附后达到排放标准,通过排气筒6排放至环境中。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种湿法全组分废气净化塔,其特征在于,包括塔体和一个或多个吸收液循环系统(41),所述塔体下部或底部设置有进气口(42),所述塔体顶部设置有出气口(43);所述吸收液循环系统(41)包括吸收液制备系统、反应系统和吸收液回收系统,所述反应系统包括N层塔板;
所述N大于等于2,所述N层塔板(45)水平设置在塔体内,第N层塔板(45)外径与塔体内径相配合,实现塔体径向封堵,第1~(N-1)层塔板与塔体内壁间形成溢流口,所述塔板(45)的溢流口处设置有溢流堰(46);当N大于2时,相邻塔板(45)的溢流口上下不重合;所述塔板(45)上设置有多个泡罩单元,所述泡罩单元包括开设在塔板(45)上的升气管,和罩设在升气管上端的泡罩(44),所述溢流堰(46)上沿高于泡罩(44)上沿;所述吸收液制备系统出口与第1层塔板上的吸收液连通,所述第N层塔板上的吸收液与吸收液回收系统连通。
2.根据权利要求1所述湿法全组分废气净化塔,其特征在于,所述吸收液制备系统包括药剂储罐、药剂添加泵、水箱水泵、吸收液储罐、吸收液泵;所述反应系统包括进液管(47)、N层塔板(45)和回液管(48);所述药剂储罐通过药剂添加泵与吸收液储罐连通,水箱通过水泵与吸收液储罐连通,所述吸收液储罐通过收液泵与进液管(47)连通,所述进液管(47)的出口位于第1层塔板上方,所述回液管(48)入口位于第N-1层塔板与第N层塔板间,所述回液管(48)出口通过吸收液回流泵与吸收液回收系统连通;所述吸收液回收系统的水流出口与水箱连通。
3.根据权利要求1所述湿法全组分废气净化塔,其特征在于,相邻塔板(45)的泡罩单元左右交错设置。
4.根据权利要求1所述湿法全组分废气净化塔,其特征在于,所述进气口(42)前的管路上设置有鼓风机(3)。
5.根据权利要求1所述湿法全组分废气净化塔,其特征在于,所述出气口43处设有除沫装置。
6.一种湿法全组分废气净化系统,其特征在于,包括权利要求1-5任意一项所述湿法全组分废气净化塔、除尘塔、活性炭吸附器、排气筒和控制系统(8),所述除尘塔(2)底部设置有废气入口(1),所述除尘塔(2)顶部气体出口与湿法全组分废气净化塔(4)的进气口(42)连通,所述湿法全组分废气净化塔(4)顶部的出气口(43)与活性炭吸附器(5)底部入口连通,所述活性炭吸附器(5)顶部出口与排气筒(6)底部连通,所述控制系统(8)与鼓风机、引风机和吸收液泵电连。
7.根据权利要求6所述湿法全组分废气净化系统,其特征在于,所述除尘塔(2)内设置有喷淋装置,所述除尘塔(2)外侧设置有与喷淋装置连通的喷淋液循环系统(21)。
8.根据权利要求6所述湿法全组分废气净化系统,所述除尘塔气体出口处设有除沫装置。
9.一种湿法全组分废气净化方法,其特征在于,包括以下步骤:废气通过烟道首先进入除尘塔,经过喷淋洗涤除尘后利用鼓风机送入湿法全组分废气净化塔,在湿法全组分废气净化塔内废气自下而上逐层通过多层塔板,废气内相应成分被各层塔板上的吸收液吸收,净化后的气体从湿法全组分废气净化塔顶部排出进入活性炭吸附器,活性炭吸附器将废气中残留污染物吸收,处理后废气达到排放标准经排气筒排放。
10.根据权利要求9所述湿法全组分废气净化方法,其特征在于,所述吸收液为脱硫吸收液、脱硝吸收液、除氯吸收液和除氟吸收液中的一种或多种。
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