張素軍
(山西太鋼不銹鋼股份有限公司臨汾分公司,山西 臨汾 041000)
山西太鋼不銹鋼股份有限公司臨汾分公司現(xiàn)有2 條中厚板不銹鋼酸洗生產(chǎn)線,分別為槽式浸泡式酸洗線和連續(xù)不銹鋼酸洗生產(chǎn)線,由于不銹鋼酸洗主要靠硫酸酸洗和硝酸+氫氟酸酸洗,所以酸洗線在酸洗不銹鋼時產(chǎn)生的廢氣污染物處理顯得尤為重要。酸霧廢氣排放污染物濃度既要符合國家排放標(biāo)準(zhǔn),又要符合現(xiàn)場操作人員的職業(yè)健康安全水平。
硫酸酸洗工藝,溫度為t=60℃±5℃,由于溫度較高,導(dǎo)致硫酸的分壓增大,H2SO4大量揮發(fā),并與空氣中的水蒸氣結(jié)合,形成硫酸霧(粒徑在0.1 μm~10 μm)。
酸洗中硫酸與不銹鋼板表層氧化物反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱,在酸液和鋼板表面的界面間形成界面局部高溫區(qū),不僅加快H2SO4揮發(fā),并導(dǎo)致H2SO4熱分解,形成SO2氣體污染物。
硫酸酸洗工序排放的氣體污染物,主要為硫酸霧和二氧化硫氣體(SO2)。
硝酸+氫氟酸混酸酸洗工藝,溫度為T=40℃±5℃,在其溫度下,硝酸和氫氟酸大量揮發(fā),形成硝酸霧和HF 有毒有害氣體。在酸洗液和不銹鋼板兩相界面處的局部高溫下,部分HNO3熱分解為NOx(主要成分為NO2和NO,也含有N2O、N2O3、N2O5)。因此,混酸酸洗工序排放的主要污染物為NOx和HF。
不銹鋼鋼板酸洗形成的氣體污染物,有以下排放特點:屬連續(xù)排放型,多元混合排放型;污染排放溫度高、負荷量大。
上述排放工況,導(dǎo)致廢氣凈化處理有較大的技術(shù)難度。
圖1 廢氣處理工藝
根據(jù)酸洗廢氣的排放情況、污染物的種類及其物理化學(xué)性質(zhì),考慮到廢氣濕度大、排放濃度高,排放負荷大等特點,酸洗時產(chǎn)生多種廢氣,采用一種獨立的凈化處理工藝。
硫酸酸洗廢氣處理選用“組合循環(huán)濕式吸收轉(zhuǎn)化法”。硫酸酸洗過程中,產(chǎn)生大量的硫酸霧和SO2氣體,本方法采用四級噴淋處理工藝。第一級采用清水做吸收液,降低硫酸霧的濃度和廢氣溫度,以保持和提高后續(xù)處理效果,減少藥劑耗量,降低運行成本。第二、三、四級選用稀NaOH 溶液為吸收劑,吸收效果,優(yōu)于其他吸收劑,其反應(yīng)方程式如式(1)~式(3)。
混酸酸洗產(chǎn)生的廢氣含有NOx和HF 多種污染物,且性質(zhì)不同?;焖崴嵯垂に囘^程中,排放出大量的NO2、NO 以及氟化氫,并通過密閉罩沿風(fēng)管進入一級填料吸收塔,在填料回收塔中用清水洗滌,降低了酸霧的濃度和溫度,同時,部分NO2與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無機鹽見第90 頁反應(yīng)(4)。
反應(yīng)后釋放出NO 與剩余的NO2和酸洗時排放的NO、HF 氣體沿風(fēng)管進入二級填料吸收塔,在填料表面發(fā)生氧化中和反應(yīng)。吸收劑選用水可溶性氧化劑及NaOH 稀溶液,其反應(yīng)見式(5)~式(7)。
部分NO2與H2O 反應(yīng)見式(4)、式(7)。
NaF、NO3-、M進入二級吸收液槽中。
經(jīng)過二級填料吸收塔后,氟化氫幾乎全部被中和吸收,而NO 部分被氧化,少量NO 的NO2廢氣沿風(fēng)管進入三級填料塔,在三級填料塔表面發(fā)生氧化反應(yīng),進行傳質(zhì)過程,此填料塔選用氧化劑作吸收劑,NO 被氧化劑幾乎全部氧化為NO2,其反應(yīng)見式(7)。
部分NO2與H2O 反應(yīng)見式(4)、式(7)。
KNO3、NO3-、M進入三級吸收液中。
NO 經(jīng)三級吸收塔后,幾乎全部轉(zhuǎn)化為NO2隨空氣沿風(fēng)管進入四級填料吸收塔,在四級填料表面還原劑發(fā)生還原反應(yīng),進行傳質(zhì)過程。其反應(yīng)為式(8)。
生成的Na+轉(zhuǎn)入四級吸收液儲液槽中,N2隨空氣沿風(fēng)管通過引風(fēng)機進入排氣管道排空。
表1 酸霧廢氣排放污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)
本公司酸洗生產(chǎn)線投產(chǎn)后經(jīng)過幾年的運行,經(jīng)過在生產(chǎn)、檢修、維護過程綜合分析,發(fā)現(xiàn)原設(shè)計與現(xiàn)場運行過程中存在一些缺陷和不足主要為以下幾點:
1)槽洗浸泡式酸洗線酸霧處理效果不佳;
2)連續(xù)線酸霧風(fēng)機故障率較高,主要表現(xiàn)為,風(fēng)機運行一段時間后,風(fēng)機葉輪附著大量藥劑結(jié)晶物;
3)由于受區(qū)域限制酸霧凈化檢修安全風(fēng)險較高等問題。
針對存在的問題根據(jù)現(xiàn)場運行情況,提前籌劃,先后利用酸洗設(shè)備定修和年修期間,對酸霧凈化系統(tǒng)及區(qū)域設(shè)備設(shè)施進行改造,并取得了較好的效果。
1)槽洗線生產(chǎn)運行時酸霧凈化吸收效果差,造成大量酸霧從槽洗池內(nèi)逸散出池外,環(huán)??刂齐y度大,現(xiàn)場操作環(huán)境差,影響職工身體健康
2)連續(xù)線酸霧處理后的酸霧冷凝后形成結(jié)晶物,黏附到酸霧凈化風(fēng)機葉輪上,造成葉輪不平衡振動增大,酸霧凈化風(fēng)機使用壽命大大降低,且運行風(fēng)險提高。
3)酸霧凈化循環(huán)泵吸、排水管在循環(huán)池內(nèi),池內(nèi)無檢修平臺,每次檢修人員系掛安全帶側(cè)身到池內(nèi)進行檢維修作業(yè),產(chǎn)生的安全風(fēng)險較高。
改造前設(shè)備狀態(tài)為:
1)槽洗西池后酸霧風(fēng)管管徑小,造成酸霧吸風(fēng)量減小;
2)槽洗頂部吸風(fēng)罩口小,造成酸霧不能全部抽掉;
3)不銹鋼酸洗時吊帶進出口方向為敞開式結(jié)構(gòu),使酸霧隨敞開口方向逸散至廠房;
4)不銹鋼板在進出槽洗池內(nèi)時將密封皮簾打開,酸霧隨鋼板進出時,逸散廠房。
針對以上問題做如下改造:
1)將槽洗西池后18 m 酸霧吸風(fēng)管道由原來DN300、DN250 管道改為DN450 管道,增大酸霧吸風(fēng)效果。
2)將槽洗密封罩頂部吸風(fēng)口由原來DN250 管道制作改造成800 mm×1 200 mm 抽油煙機類型吸風(fēng)罩,增大酸霧吸風(fēng)面積及吸風(fēng)效果。
3)將槽洗池頂部吊帶進出口位置安裝耐酸板刷對其進行密封,使其對槽洗池內(nèi)酸液溫度高時揮發(fā)的酸霧進行密封。
4)將槽洗鋼板進出口軟皮簾密封位置外部安裝一層滌綸布,增強密封效果。這樣在鋼板進出槽洗池內(nèi)時,使酸霧不能隨鋼板進出逸散廠房。
設(shè)備技術(shù)攻關(guān)改造后效果見圖2。
圖2 改造前、后對比圖
主要改造點:凈化后的酸霧經(jīng)過酸霧吸風(fēng)管道時冷卻后,會在風(fēng)機周圍及內(nèi)部葉輪附著形成結(jié)晶物,這樣勢必會影響酸霧抽風(fēng)效果及風(fēng)機使用壽命。
針對以上問題作做下改造措施;
1)利用10 nn 厚PPH 板設(shè)計制作2 套酸霧降壓、吸附冷卻箱,冷卻箱內(nèi)設(shè)計通風(fēng)面積突然增大,同時內(nèi)部加裝隔板和過濾球,使酸霧內(nèi)結(jié)晶物及其他雜物提前沉淀分離。
2)在風(fēng)機入口風(fēng)管處安裝冷卻箱,這樣將會使凈化后的酸霧經(jīng)冷卻箱冷卻成液體。這樣將減少冷卻后的液體在風(fēng)機內(nèi)形成結(jié)晶物,延長風(fēng)機使用壽命。
3)制作一套引流管裝置,將冷卻箱內(nèi)冷卻的液體引流至酸霧凈化池內(nèi)。
設(shè)備技術(shù)攻關(guān)改造后效果見圖3。
圖3 改造前、后對比圖
主要改造點:酸霧凈化循環(huán)泵、槽洗風(fēng)機及水泵檢修安全風(fēng)險高。
針對以上問題作如下改造措施;
1)酸霧凈化泵平臺連接后防腐,人員檢修站位面積加大。
2)酸霧凈化池內(nèi)加平臺通廊,方便兩側(cè)人員檢修配合。
3)對槽洗換熱器蒸汽管道進行改造,擴大風(fēng)機調(diào)換區(qū)域面積將風(fēng)機等資材放到地面進行倒鏈調(diào)換作業(yè)。
設(shè)備技術(shù)攻關(guān)改造后效果見圖4。
圖4 改造前、后對比圖
1)槽洗區(qū)域工作環(huán)境大幅度提升,環(huán)保測評人員對現(xiàn)場改善很認(rèn)同,給職工創(chuàng)造了較好的工作環(huán)境。
2)連續(xù)酸霧風(fēng)機壽命可延長一倍以上,同時維護周期也相應(yīng)延長,減少了職工勞動強度,酸霧風(fēng)機基本實現(xiàn)零故障運行。
3)酸霧凈化區(qū)域檢修風(fēng)險大大降低。
酸霧凈化系統(tǒng)的安全運行及酸霧凈化設(shè)備設(shè)施的改造,不但改善職工的現(xiàn)場操作環(huán)境,同時在企業(yè)環(huán)保方面,減少酸霧在大氣中的有害氣體排放,使現(xiàn)場職工勞動強度方面也得到極大的改善。