酸洗設(shè)備的酸霧凈化系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)施改造系統(tǒng)研究

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）

引言

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(shí)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。

1 不銹鋼酸洗系統(tǒng)中主要酸霧的來源

1.1 硫酸酸洗廢氣污染物

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）。

1.2 硝酸+氫氟酸混酸酸洗廢氣污染物

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。

2 污染物排放特點(diǎn)及處理工藝流程

不銹鋼鋼板酸洗形成的氣體污染物，有以下排放特點(diǎn)：屬連續(xù)排放型，多元混合排放型；污染排放溫度高、負(fù)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。

3 處理方法（見圖1）

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(fù)荷大等特點(diǎn)，酸洗時(shí)產(chǎn)生多種廢氣，采用一種獨(dú)立的凈化處理工藝。

3.1 硫酸酸洗廢氣處理方法

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(yùn)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）。

3.2 混酸酸洗廢氣處理方法

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(jìn)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(shí)，部分NO2與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無機(jī)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(shí)排放的NO、HF 氣體沿風(fēng)管進(jìn)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(jìn)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(jìn)入三級填料塔，在三級填料塔表面發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(chǔ)液槽中，N2隨空氣沿風(fēng)管通過引風(fēng)機(jī)進(jìn)入排氣管道排空。

4 酸霧廢氣排放污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)（見表1）及酸霧凈化系統(tǒng)運(yùn)行缺陷

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(yùn)行，經(jīng)過在生產(chǎn)、檢修、維護(hù)過程綜合分析，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)與現(xiàn)場運(yùn)行過程中存在一些缺陷和不足主要為以下幾點(diǎn)：

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(jī)故障率較高，主要表現(xiàn)為，風(fēng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，風(fēng)機(jī)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(xiǎn)較高等問題。

針對存在的問題根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)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(jìn)行改造，并取得了較好的效果。

5 現(xiàn)場缺陷和不足產(chǎn)生的后果

1）槽洗線生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)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(jī)葉輪上，造成葉輪不平衡振動(dòng)增大，酸霧凈化風(fēng)機(jī)使用壽命大大降低，且運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(tái)，每次檢修人員系掛安全帶側(cè)身到池內(nèi)進(jìn)行檢維修作業(yè)，產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)較高。

6 主要技術(shù)攻關(guān)及具體實(shí)施措施

6.1 槽洗池酸霧系統(tǒng)改造

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??；

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(shí)吊帶進(jìn)出口方向?yàn)槌ㄩ_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(jìn)出槽洗池內(nèi)時(shí)將密封皮簾打開，酸霧隨鋼板進(jìn)出時(shí)，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(jī)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(jìn)出口位置安裝耐酸板刷對其進(jìn)行密封，使其對槽洗池內(nèi)酸液溫度高時(shí)揮發(fā)的酸霧進(jìn)行密封。

4）將槽洗鋼板進(jìn)出口軟皮簾密封位置外部安裝一層滌綸布，增強(qiáng)密封效果。這樣在鋼板進(jìn)出槽洗池內(nèi)時(shí)，使酸霧不能隨鋼板進(jìn)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

6.2 酸霧風(fēng)機(jī)降低故障率、延長運(yùn)行周期改造

主要改造點(diǎn)：凈化后的酸霧經(jīng)過酸霧吸風(fēng)管道時(shí)冷卻后，會(huì)在風(fēng)機(jī)周圍及內(nèi)部葉輪附著形成結(jié)晶物，這樣勢必會(huì)影響酸霧抽風(fēng)效果及風(fēng)機(jī)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(jì)制作2 套酸霧降壓、吸附冷卻箱，冷卻箱內(nèi)設(shè)計(jì)通風(fēng)面積突然增大，同時(shí)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(jī)入口風(fēng)管處安裝冷卻箱，這樣將會(huì)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(jī)內(nèi)形成結(jié)晶物，延長風(fēng)機(jī)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

6.3 降低檢安全風(fēng)險(xiǎn)，提升檢修效率改造

主要改造點(diǎn)：酸霧凈化循環(huán)泵、槽洗風(fēng)機(jī)及水泵檢修安全風(fēng)險(xiǎn)高。

針對以上問題作如下改造措施；

1）酸霧凈化泵平臺(tái)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(tái)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(jìn)行改造，擴(kuò)大風(fēng)機(jī)調(diào)換區(qū)域面積將風(fēng)機(jī)等資材放到地面進(jìn)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

7 酸霧設(shè)備設(shè)施改進(jìn)后效果和效益

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(jī)壽命可延長一倍以上，同時(shí)維護(hù)周期也相應(yīng)延長，減少了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，酸霧風(fēng)機(jī)基本實(shí)現(xiàn)零故障運(yùn)行。

3）酸霧凈化區(qū)域檢修風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

8 結(jié)語

酸霧凈化系統(tǒng)的安全運(yùn)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(shí)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(dòng)強(qiáng)度方面也得到極大的改善。