氮氧化物(NOx) 廢氣治理工程實例
摘要:針對氮氧化物(NOx) 廢氣瞬時爆發(fā)性濃度極高,、氣量大,，難于治理的危害特性，設(shè)計了一套適合敞開作業(yè)的通風(fēng)凈化系統(tǒng)裝置,。該工程既解決了原有NOx 廢氣處理工藝的難題,，提高NOx 廢氣處理技術(shù)，又解決了“黃龍”對大氣的污染,，達到保護環(huán)境與社會和諧的統(tǒng)一,。
關(guān)鍵詞:氮氧化物(NOx) 廢氣,兩級廢氣凈化塔,配制,吸收液
0 引言
氮氧化物(NOx) 是一種毒性很大的黃煙，不經(jīng)治理通過煙囪排放到大氣中,，形成觸目的棕( 紅) 黃色煙霧,，俗稱“黃龍”［1］,，在眾多廢氣治理中NOx 難度最大，是污染大氣的元兇,。如果得不到有效控制不僅對操作人員的身體健康與廠區(qū)環(huán)境危害極大,，而且隨風(fēng)飄逸擴散對周邊居民生活與生態(tài)環(huán)境造成公害。專家預(yù)測,，如不加強控制,，到2010 年以后氮氧化物將成為中國大氣污染的主要污染物，環(huán)保局今后將加強氮氧化物控制立法建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)制訂工作,，在修訂《大氣污染防治法》和污染源排放標(biāo)準(zhǔn)時,，將氮氧化物控制作為重點內(nèi)容［2］。
浙江某鋁業(yè)公司是咖啡壺出口量大的企業(yè),，在產(chǎn)品表面處理過程中,，產(chǎn)生大量的氮氧化物廢氣，該公司曾建有廢氣通風(fēng)凈化裝置,，然而廢氣排放仍見“黃龍”,，處理效果不盡人意，周邊糾紛不斷,。筆者曾有類似工程經(jīng)驗,，受業(yè)主委托對其進行技改，通過多年的運行實踐,，消除“黃龍”營造了和諧社會環(huán)境,。
1 治理思路與工藝選擇
1. 1 NOx 廢氣來源及廢氣特性分析
廢氣主要來自酸洗間四只酸洗槽采用硝酸與氫氟酸溶液，對產(chǎn)品具有獨特的表面處理使其外觀精美的功效,，但在酸洗過程中,，將產(chǎn)生大量的NO、NO2,、 N2O,、N2O3、N2O4,、N2O5 等有毒有害廢氣,，總稱氮氧化物，用NOx 通式表示［3］,。
這些廢氣成分具有強烈的刺激性氣味,，尤其當(dāng)產(chǎn)品浸入酸洗槽的瞬間，爆發(fā)彌漫濃烈的棕( 紅) 黃色酸霧,，其特性濃度高(“黃龍”),、氣量大、危害也大。
1. 2 工藝選擇與系統(tǒng)主要設(shè)備
1. 2. 1 工藝流程確定的依據(jù)
NOx 氣體(“黃龍”) 危害大,，治理難度也大。國內(nèi)外報道過許多方法,，歸納有干法,、濕法和干濕三種方法。由于各廠產(chǎn)品不同,，選擇適合生產(chǎn)實際的治理工藝方案和凈化設(shè)備十分重要,。筆者進行了現(xiàn)場調(diào)研，通過反復(fù)對比,，最后確定采用兩級( 二個階段) 濕法廢氣凈化塔治理NOx 氣體的方案,，并設(shè)計了一套 NOx 瞬時爆發(fā)性濃度極高、廢氣量大,，適合敞開作業(yè)的通風(fēng)凈化系統(tǒng)裝置,。主要工藝流程如圖1 所示。
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1. 2. 2 通風(fēng)凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵及主要設(shè)備
吸風(fēng)罩,、通風(fēng)管道,、廢氣凈化塔和風(fēng)機的設(shè)計與選用決定了整套通風(fēng)凈化系統(tǒng)的正常運行和處理效果。
首先必須根據(jù)四只酸洗槽敞口面積,，計算實際需要的NOx 廢氣排風(fēng)量,，以及整個通風(fēng)管道、吸風(fēng)罩,、凈化塔的阻力損失,，選用通風(fēng)機的排風(fēng)量和風(fēng)壓損失。同時還應(yīng)考慮風(fēng)量,、風(fēng)壓的附加安全系數(shù)［4］是設(shè)計通風(fēng)凈化系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo),。本系統(tǒng)處理 NOx 廢氣量為12 000m3 / h。該工程使用的主要設(shè)備見表1,。
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2 工藝特點與處理技術(shù)
與原有通風(fēng)凈化NOx 廢氣處理工藝相比,，本工藝中有幾個新特點。
2. 1 改進傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的槽邊排風(fēng)罩
當(dāng)產(chǎn)品浸入酸洗槽時,，瞬間爆發(fā)大量棕( 紅) 黃色酸霧,，原有槽邊排風(fēng)罩，因結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,，吸風(fēng)效果不理想,，而彌漫污染操作間。針對惡劣現(xiàn)狀,，根據(jù)氣流學(xué)動態(tài)原理,，減少氣體紊流和阻力。在不影響操作情況下，設(shè)置頂部與側(cè)邊一體式流線型毒氣通風(fēng)柜,。較順暢的捕集酸洗槽外泄酸霧,。尤其是瞬時爆發(fā)性濃度極高的刺鼻性“黃龍”，強制性的進入管道與廢氣凈化塔,。改善了操作間空氣質(zhì)量與工作環(huán)境,。
2. 2 保證通風(fēng)系統(tǒng)能正常運行
原有風(fēng)機經(jīng)常發(fā)生葉輪毀損、斷軸,、電機等故障影響正常生產(chǎn),，這是因為硝酸與氫氟酸配制的酸性溶液產(chǎn)生的氣體，比硫酸,、鹽酸等滲透腐蝕性還嚴(yán)重,。即使采用耐酸防腐性較強的玻璃鋼通風(fēng)機，也難逃 NOx 氣體的腐蝕滲透,。本工藝將原有正壓通風(fēng)改為負(fù)壓通風(fēng),，經(jīng)前端廢氣吸收塔處理后，將NOx 廢氣濃度與腐蝕性降低,，延長風(fēng)機使用壽命,。
2. 3 合理設(shè)計與選用通風(fēng)管道
管道走向盡量減少彎管與長度距離，管徑流速合理,，并選用內(nèi)壁光滑的PVC 或PP 材質(zhì),，以減少摩擦系數(shù)與通風(fēng)系統(tǒng)阻力［5］。
2. 4 兩級廢氣凈化(吸收)塔是系統(tǒng)的關(guān)鍵主要設(shè)備
采用強制性( 離心通風(fēng)機) 機械抽風(fēng),，將酸洗槽產(chǎn)生的NOx 廢氣,，瞬時爆發(fā)性的“黃龍”，經(jīng)捕集抽風(fēng)罩,、通風(fēng)管道引入廢氣凈化塔底側(cè)沿塔內(nèi)上升,，吸收液在填料層或旋流( 斜孔) 板中均勻分布，并向下流動,。塔內(nèi)是以氣,、液傳質(zhì)雙膜理論為機理［6］，使氣體與液體溶劑之間充分接觸,，進行化學(xué)反應(yīng),，處在劇烈的擾動狀態(tài)。
傳質(zhì)過程是化學(xué)反應(yīng)過程的一個重要基本過程,。為了增強氣液傳質(zhì)功效,，關(guān)鍵在于選擇抗堵塞、噴射力度與細(xì)密度大的噴嘴,，與優(yōu)良的填料或新穎的旋流 ( 斜孔) 板,，其優(yōu)點如下:
1) 單位體積比表面積大，增加氣液接觸的表面積，傳質(zhì)能力強,。
2) 能改變氣體流向,，造成氣液交換的連續(xù)通道，操作彈性大,。
3) 耐腐蝕,、壽命長、抗污能力強,，可反復(fù)使用。
NOx 廢氣不同于SO2,、HCl,、H2 SO4 等酸霧，只需一臺廢氣凈化塔,。本工藝依據(jù)NOx 廢氣成分復(fù)雜,、濃度高、難于治理的特性,，系統(tǒng)中設(shè)計兩個階段即兩級廢氣凈化( 吸收) 塔,，以增加NOx 與吸收液傳質(zhì)過程，有充分的反應(yīng)時間使NOx 廢氣擴散于液相,，被吸收溶解與凈化,。
2. 5 配制吸收液
筆者通過多年實踐與積累經(jīng)驗，采用兩級濕法治理高濃度,、大風(fēng)量NOx 廢氣時,，重要的問題是不僅選用氣相傳質(zhì)系數(shù)大、負(fù)荷高,、壓降低,、操作彈性寬的理想設(shè)備，而且需要配制合理的吸收劑,。
產(chǎn)生與排放的NOx 廢氣是以二氧化氮與一氧化氮為主,，在空氣中呈紅棕色氣體。其中NO 不同于其他酸性氣體難溶于水,，即使強性堿液也難于把它吸收,。針對NO 特性，必須在進入凈化塔的NOx 廢氣中加入一定量的空氣,，使一氧化氮有足量的空氣進行氧化,，第1 級用水作吸收液，可節(jié)約化工原料,，其機理是在引風(fēng)旋流作用下,，NOx 廢氣在第1 級多功能廢氣凈化塔中被水吸收，生成硝酸和一氧化氮，即: 3NO2 + H2O →2HNO3 + NO 其反應(yīng)中的2 /3 的NO2 轉(zhuǎn)化成HNO3 ,，1 /3 的 NO2 轉(zhuǎn)化成NO,，再與氧作用生成NO2 ，而繼續(xù)被水吸收,。其濃度降低,，但水吸收只能作為初步預(yù)處理，其棕黃色可見度及NOx 有毒物質(zhì),，仍未徹底除凈,。因此，在水吸收后再接入第2 級高效廢氣凈化塔,，經(jīng)配制的專用藥液吸收去除,。
根據(jù)NOx 廢氣成分復(fù)雜、濃度高,、難于治理的特性,，用純堿或氫氧化鈉溶液作為吸收劑，效果不理想,，難于達到排放標(biāo)準(zhǔn),。為此，本工藝配制催化還原劑混合吸收液,，對高濃度NOx 廢氣有很好的吸收率,，強化了吸收過程，增加了反應(yīng)速率,，提高了吸收效率與凈化效果,。
3 處理效果
3. 1 系統(tǒng)運行效果
經(jīng)過調(diào)試運行，系統(tǒng)運行效果見表2,。
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3. 2 處理工藝經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)分析
治理工程主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表3,。
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4 結(jié)論
本工藝及處理技術(shù)對難度較大的NOx 廢氣治理是可行，經(jīng)濟上相對合理,。NOx 廢氣排放符合 GB16297 － 1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求,，控制氮氧化物廢氣排放總量，解決了尾氣排放不見 “黃龍”,，取得了較好的環(huán)境效應(yīng),，對改善大氣質(zhì)量、環(huán)境保護與社會和諧統(tǒng)一,，具有十分重要的意義,。
參考文獻
［1 ］ 張參廣. 抑制氮氧化物產(chǎn)生的銅酸洗工藝［J］. 電鍍與環(huán)保， 1998,，18(5) :30-32.
［2 ］ 張黎. 實施重點行業(yè)氮氧化物總量控制［N ］. 中國環(huán)境報,，2007 － 11 － 6.
［3 ］ 彭定一,、林少寧. 大氣污染及其控制［M］. 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991:282.
［4 ］ 湖南大學(xué),，同濟大學(xué),，太原工學(xué)院. 工業(yè)通風(fēng)［M］. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，1983:121-138.
［5 ］ 魏先勛,，劉建仁. 環(huán)境工程設(shè)計手冊［M］. 長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,，1992:43-99.
［6 ］ 蕭成基，余國珠. 化學(xué)工程手冊第13 篇:氣液傳質(zhì)設(shè)備［M］. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,，1979.
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