氮氧化物(NOx)廢氣治理工程實(shí)例

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”，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(duì)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(kuò)散對(duì)周邊居民生活與生態(tài)環(huán)境造成公害。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(yàn)，受業(yè)主委托對(duì)其進(jìn)行技改，通過多年的運(yùn)行實(shí)踐，消除“黃龍”營造了和諧社會(huì)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(duì)產(chǎn)品具有獨(dú)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。這些廢氣成分具有強(qiáng)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(bào)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(shí)際的治理工藝方案和凈化設(shè)備十分重要。筆者進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，通過反復(fù)對(duì)比，最后確定采用兩級(jí)(二個(gè)階段)濕法廢氣凈化塔治理NOx氣體的方案，并設(shè)計(jì)了一套NOx瞬時(shí)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。

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(jī)的設(shè)計(jì)與選用決定了整套通風(fēng)凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行和處理效果。

首先必須根據(jù)四只酸洗槽敞口面積，計(jì)算實(shí)際需要的NOx廢氣排風(fēng)量，以及整個(gè)通風(fēng)管道、吸風(fēng)罩、凈化塔的阻力損失，選用通風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量和風(fēng)壓損失。同時(shí)還應(yīng)考慮風(fēng)量、風(fēng)壓的附加安全系數(shù)是設(shè)計(jì)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12000m3/h。該工程使用的主要設(shè)備見表1。

注：表中除塔體井子架采用A3(需涂刷防銹底漆2遍與面漆3遍)其余必須采用耐酸防腐性強(qiáng)的PP、PVC或FRP材質(zhì)。

2.工藝特點(diǎn)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(gè)新特點(diǎn)。

2.1改進(jìn)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(shí)，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(jì)不合理，吸風(fēng)效果不理想，而彌漫污染操作間。針對(duì)惡劣現(xiàn)狀，根據(jù)氣流學(xué)動(dòng)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(shí)爆發(fā)性濃度極高的刺鼻性“黃龍”，強(qiáng)制性的進(jìn)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(yùn)行

原有風(fēng)機(jī)經(jīng)常發(fā)生葉輪毀損、斷軸、電機(jī)等故障影響正常生產(chǎn)，這是因?yàn)橄跛崤c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(qiáng)的玻璃鋼通風(fēng)機(jī)，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(jī)使用壽命。

2.3合理設(shè)計(jì)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。

2.4兩級(jí)廢氣凈化(吸收)塔是系統(tǒng)的關(guān)鍵主要設(shè)備

采用強(qiáng)制性(離心通風(fēng)機(jī))機(jī)械抽風(fēng)，將酸洗槽產(chǎn)生的NOx廢氣，瞬時(shí)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(dòng)。塔內(nèi)是以氣、液傳質(zhì)雙膜理論為機(jī)理，使氣體與液體溶劑之間充分接觸，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，處在劇烈的擾動(dòng)狀態(tài)。

傳質(zhì)過程是化學(xué)反應(yīng)過程的一個(gè)重要基本過程。為了增強(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)。

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(qiáng)，可反復(fù)使用。NOx廢氣不同于SO2、HCl、H2SO4等酸霧，只需一臺(tái)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(jì)兩個(gè)階段即兩級(jí)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(shí)間使NOx廢氣擴(kuò)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(shí)踐與積累經(jīng)驗(yàn)，采用兩級(jí)濕法治理高濃度、大風(fēng)量NOx廢氣時(shí)，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(qiáng)性堿液也難于把它吸收。針對(duì)NO特性，必須在進(jìn)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(jìn)行氧化，第1級(jí)用水作吸收液，可節(jié)約化工原料，其機(jī)理是在引風(fēng)旋流作用下，NOx廢氣在第1級(jí)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(jí)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(dá)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(duì)高濃度NOx廢氣有很好的吸收率，強(qiáng)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(yùn)行效果

經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行效果見表2。

注：

①表2中進(jìn)氣口采樣點(diǎn)，在吸風(fēng)罩與前級(jí)吸收塔中部通風(fēng)管道處；排氣口采樣點(diǎn)，在排氣筒距凈化塔≥1.5m處；

②表2中數(shù)據(jù)為上、下午各兩個(gè)運(yùn)行時(shí)段共4次，實(shí)際監(jiān)測(cè)的最低與最高NOx污染物濃度；

③標(biāo)準(zhǔn)是以達(dá)到GB16297－1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中，按新污染源大氣污染物排放限值執(zhí)行(排氣筒高度≥15m)。

3.2處理工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)分析

治理工程主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表3。

注：表3中使用功率是系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際電機(jī)功率；工程造價(jià)是指系統(tǒng)所有設(shè)備、電氣管道及安裝、調(diào)試工程總投資；運(yùn)行成本包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)，不包括設(shè)

備維修和折舊費(fèi)等。

4.結(jié)論

本工藝及處理技術(shù)對(duì)難度較大的NOx廢氣治理是可行，經(jīng)濟(jì)上相對(duì)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(duì)改善大氣質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)與社會(huì)和諧統(tǒng)一，具有十分重要的意義。