氮氧化物廢氣治理理工程設(shè)計(jì)方案及對(duì)策

1、.wd氮氧化物廢氣治理方案設(shè)計(jì)佛山恒誠電鍍氧化酸洗設(shè)備廠2021年10月編 制 單 位：佛山恒誠電鍍氧化酸洗設(shè)備廠總 經(jīng) 理：張軍波總 工：鄧春生工程負(fù)責(zé)人：施昌健編 制 人 員：陸年和業(yè)務(wù)洽談 總技術(shù)咨詢 工校 對(duì)：審 核：審 定： 編制單位(蓋章)：編 制 日 期：二一一年十月目 錄一、引言3二、氮氧化物(NOx)來源3三、治理工藝依據(jù)與工藝原理31、NOx廢氣特性分析32、工藝流程確定的依據(jù)33、工藝原理與系統(tǒng)主要設(shè)備34、通風(fēng)凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵及主要設(shè)備的重要技術(shù)指標(biāo)5四、工藝特點(diǎn)與處理技術(shù)51、改良傳統(tǒng)構(gòu)造的槽邊排風(fēng)罩52、保證通風(fēng)系統(tǒng)

2、能正常運(yùn)行53、合理設(shè)計(jì)與選用通風(fēng)管道64、兩級(jí)廢氣凈化(吸收)塔是系統(tǒng)的關(guān)鍵主要設(shè)備65、吸收液配置6氮氧化物(NOx) 廢氣治理方案引言氮氧化物(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，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)操作人員的身體安康與廠區(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，如不加強(qiáng)控制，到2021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(qiáng)氮氧化物控制立法建立和標(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

3、制作為重點(diǎn)內(nèi)容。氮氧化物(NOx)來源20世紀(jì)60年代以來,金屬外表處理工藝中為使金屬外表光潔,同時(shí)去除金屬外表氧化層,廣泛采用10%35%硝酸(HNO3)溶液或硝酸(HNO3)和其他酸的混合酸對(duì)其進(jìn)展金屬外表處理。在外表處理過程中，由于金屬及金屬氧化物與酸的劇烈反響，產(chǎn)生大量的NOx，濃度可達(dá)200%3500%mg/m³。氮氧化物包括NO、NONO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5，總稱氮氧化物，用NOx通式表示。治理工藝依據(jù)與工藝原理1、NOx廢氣特性分析氮氧化物廢氣成分具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，爆發(fā)彌漫濃烈的棕(紅)黃色酸霧，其特性濃度高、氣量大、危害也大。2、工藝流程確定的

4、依據(jù)NOx氣體危害大，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。本廠工程人員進(jìn)展了多個(gè)工程現(xiàn)場調(diào)研，反復(fù)比照，初步確定采用兩級(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。3、工藝原理與系統(tǒng)主要設(shè)備濕法治理NOx廢氣方法較多，在硝酸廠和金屬外表處理行業(yè)中廣泛應(yīng)用的方案是用水或其他溶液吸收NOx廢氣。濕法吸收NOx廢氣工藝及設(shè)備簡單、投資少，能夠以硝酸鹽等形式回收NOx中的氮，但由于NO

5、極難溶于水或堿溶液，吸收效率一般不很高?？梢圆捎醚趸?、復(fù)原或絡(luò)合吸收的方法以提高NO的凈化效果。下面作簡要介紹。1水吸收法。水吸收NOx時(shí)，水與NO2反響生成硝酸HNO3和亞硝酸HNO2。生成的HNO2很不穩(wěn)定，快速分解后會(huì)放出局部NO。常壓時(shí)NO在水中的溶解度非常低，0時(shí)為7.34mL/100g水，沸騰時(shí)完全逸出，它也不與水發(fā)生反響。因此常壓下該法效率很低，不適用于NO占總NOx 95的燃燒廢氣脫硝。提高壓力約0.1MPa可以增加對(duì)NOx的吸收率，通常作為硝酸工廠多級(jí)廢氣脫硝的最后一道工序。2酸吸收法。普遍采用的是稀硝酸吸收法。由于NO在12以上硝酸中的溶解度比在水中大100倍以上，故可用硝

6、酸吸收NOx廢氣。硝酸吸收NOx 以物理吸收為主，最適用于硝酸尾氣處理，因?yàn)榭蓪⑽盏腘Ox返回原有硝酸吸收塔回收為硝酸。影響吸收效率的主要因素有：溫度。溫度降低，吸收效率急劇增大。溫度從38降至20，吸收率由20升至80；壓力。吸收率隨壓力升高而增大。吸收壓力從0.11MPa升至0.29MPa時(shí)，吸收率由4.3升至77.5；硝酸濃度。吸收率隨硝酸濃度增大呈現(xiàn)先增加后降低的變化，即有一個(gè)最正確吸收的硝酸濃度范圍。當(dāng)溫度為2024時(shí)，吸收效率較高的硝酸濃度范圍為1530。此法具有工藝流程簡單，操作穩(wěn)定，可以回收NOx為硝酸。3堿液吸收法。該法的實(shí)質(zhì)是酸堿中和反響。在吸收過程中，首先，NO2溶于水

7、生成硝酸HNO3和亞硝酸HNO2；氣相中的NO和NO2生成N2O3，N2O3也將溶于水而生成HNO2。然后HNO3和HNO2與堿NaOH、Na2CO3等發(fā)生中和反響生成硝酸鈉NaNO3和亞硝酸鈉NaNO2。對(duì)于不可逆的酸堿中和反響，可不考慮化學(xué)平衡，堿液吸收效率取決于吸收速度。研究說明，對(duì)于NO2濃度在0.1以下的低濃度氣體，堿液吸收速度與NO2濃度的平方成正比。對(duì)于較高濃度的NOx氣體，吸收等分子的NO和NO2比單獨(dú)吸收NO2具有更大的吸收速度。因?yàn)镹ONO2 生成的N2O2溶解度較大。當(dāng)NOx的氧化度NO2/NOx為5060 (即?？刹捎孟葘O氧化，再用堿液回收NOx以提高吸收效率。由于

8、低濃度下NO的氧化速度非常緩慢，因此NO的氧化速度成為吸收NOx效率的決定因素。氧化方法有直接氧化和催化氧化兩種，氧化劑包括液相氧化劑和氣相氧化劑：液相氧化劑有HNO3、KMn4、NaClO2、NaClO、H2O2、K2Cr2O7等的水溶液；氣相氧化劑有O2、O3、C12和ClO2等。硝酸氧化時(shí)本錢較低，國內(nèi)硝酸氧化堿液吸收工藝已用于實(shí)際生產(chǎn)，其他氧化劑因本錢高，國內(nèi)很少采用。堿液吸收法廣泛用于我國的NOx廢氣治理，其工藝流程和設(shè)備較簡單，還能將NOx回收為有用的亞硝酸鹽磷硝酸鹽產(chǎn)品，但一般情況下吸收效率不高?？紤]到價(jià)格、來源、不易堵塞和吸收效率等原因，堿吸收液主要采用NaOH和Na2CO3，

9、尤以Na2CO3使用更多。但Na2CO3效果較差，因?yàn)镹a2CO3吸收NOx的活性不如NaOH，而且吸收時(shí)產(chǎn)生的CO2將影響NO2、特別是N2O2的溶解。本廠工程人員進(jìn)展了多個(gè)工程現(xiàn)場調(diào)研，反復(fù)比照及對(duì)處理原理分析，最后確定采用兩級(jí)( 二個(gè)階段) 硝酸HNO3氧化，堿液NaOH吸收濕法廢氣凈化塔治理NOx 氣體的方案，工藝原理與系統(tǒng)主要設(shè)備如圖所示。圖兩級(jí)濕法廢氣治理方案設(shè)備及原理4、通風(fēng)凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵及主要設(shè)備的重要技術(shù)指標(biāo)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)廢氣散發(fā)源敞口面積，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

10、、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)壓的附加平安系數(shù)是設(shè)計(jì)通風(fēng)凈化系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)。工藝特點(diǎn)與處理技術(shù)與傳統(tǒng)通風(fēng)凈化NOx廢氣處理工藝相比，本廠治理設(shè)計(jì)方案中有如下幾個(gè)新特點(diǎn)。1、改良傳統(tǒng)構(gòu)造的槽邊排風(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，因構(gòu)造設(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“黃煙，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

11、工作環(huán)境。2、保證通風(fēng)系統(tǒng)能正常運(yùn)行傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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。本設(shè)計(jì)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。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。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)，將槽內(nèi)產(chǎn)生的NOx廢氣，瞬

12、時(shí)爆發(fā)性的“黃煙，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)展化學(xué)反響，處在劇烈的擾動(dòng)狀態(tài)。 傳質(zhì)過程是化學(xué)反響過程的一個(gè)重要根本過程。為了增強(qiáng)氣液傳質(zhì)成效，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) 單位體積比外表積大，增加氣液接觸的外表積，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

13、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，有充分的反響時(shí)間使NOx廢氣擴(kuò)散于液相，被吸收溶解與凈化。5、吸收液配置通過多年實(shí)踐與積累經(jīng)歷，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配置吸收液。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廢氣中參加一定量的空氣，使一氧化氮有足量的空氣進(jìn)展氧化，第1 級(jí)用稀硝酸HNO3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硝酸HNO3中的水分吸收，生成硝酸和一氧化氮，即：3NO2 + H2O 2HNO3 + NO，其反響中的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