摘要:針對(duì)氮氧化物(NOx) 廢氣瞬時(shí)爆發(fā)性濃度極高、氣量大，難于治理的危害特性，設(shè)計(jì)了一套適合敞開(kāi)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(duì)大氣的污染，達(dá)到保護(hù)環(huán)境與社會(huì)和諧的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞:氮氧化物(NOx) 廢氣,兩級(jí)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(guò)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(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。專家預(yù)測(cè)，如不加強(qiáng)控制，到2010 年以后氮氧化物將成為中國(guó)大氣污染的主要污染物，環(huán)保局今后將加強(qiáng)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(shí)，將氮氧化物控制作為重點(diǎn)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(guò)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(jiàn)“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(guò)多年的運(yùn)行實(shí)踐，消除“黃龍”營(yíng)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(lái)源及廢氣特性分析

廢氣主要來(lái)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(guò)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(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(guó)內(nèi)外報(bào)道過(guò)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(guò)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(kāi)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)［4］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12 000m3 / h。該工程使用的主要設(shè)備見(jiàn)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(zhǎng)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?gòu)澒芘c長(zhǎng)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(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［6］，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(guò)程是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的一個(gè)重要基本過(guò)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(zhǎng)、抗污能力強(qiáng)，可反復(fù)使用。 NOx 廢氣不同于SO2、HCl、H2 SO4 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(guò)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(guò)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(wèn)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(jiàn)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(guò)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(guò)調(diào)試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行效果見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn) “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。

參考文獻(xiàn)

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［3 ］ 彭定一、林少寧. 大氣污染及其控制［M］. 北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1991:282.

［4 ］ 湖南大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，太原工學(xué)院. 工業(yè)通風(fēng)［M］. 北京:中國(guó)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(jì)手冊(cè)［M］. 長(zhǎng)沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1992:43-99.

［6 ］ 蕭成基，余國(guó)珠. 化學(xué)工程手冊(cè)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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