熱處理行業(yè)生產(chǎn)廢氣的生態(tài)學(xué)防治

解連文,解雅鈞,戚順銀

(1.河北省機(jī)械零部件熱處理裝備技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 唐山 063004;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué),生態(tài)學(xué)21級,河北 保定 0710002;3.亞捷科技(唐山)股份有限公司,河北 唐山 063004)

一般熱處理車間廢氣排放的有害成份包括鹽蒸汽、油蒸汽、油煙、碳黑、粉塵以及有毒有害氣體,其來源及危害[1-2]見表1。業(yè)內(nèi)曾有些廠家利用常規(guī)的除塵凈化方法來處理熱處理廢氣,例如過濾法、常規(guī)重力法、旋風(fēng)法及靜電法等,效果均不理想,甚至產(chǎn)生其他問題。過濾法選用合適的濾芯的確可以過濾掉廢氣中大部分碳黑、粉塵及油煙,但過濾不掉有害氣體,同時(shí)油蒸汽凝結(jié)在濾芯上,必須經(jīng)常清洗或更換濾芯,否則不僅影響過濾效果,過濾材料還會成為一個(gè)更大的火災(zāi)源。常規(guī)重力法和旋風(fēng)法相對于較重的顆粒物(重力法>100 μm,旋風(fēng)法>20 μm)簡單有效,但對于油煙和碳黑等微小顆粒分離效率極低,對有害氣體則無效,更不能解決油蒸汽凝結(jié)著火的問題。靜電法的優(yōu)點(diǎn)是常規(guī)情況下除塵效率較高,但由于熱處理廢氣中油蒸汽和碳黑的存在,會大大影響凈化效果。一旦發(fā)生管道著火,會直接燒壞除塵設(shè)備。

表1 有害成份的來源及危害

1 阻火型煙塵凈化系統(tǒng)工藝流程

亞捷科技(唐山)股份有限公司自主研發(fā)的阻火型煙塵凈化系統(tǒng)能夠有效分離出熱處理廢氣中的各種對環(huán)境有害的成份,并有效防止火災(zāi)的發(fā)生,基本工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

從熱處理設(shè)備排出的廢氣包含鹽蒸汽、油蒸汽、油煙、碳黑、粉塵等固態(tài)、液態(tài)顆粒物及部分有毒有害氣體,這些成份可能引起管路火災(zāi)、排放物顆粒物超標(biāo)及有害氣體超標(biāo)等問題。為解決這些問題,必須將廢氣中的這些有害成份分離出來再進(jìn)行排放。

霧化的目的就是為最終的分離奠定基礎(chǔ)。初級霧化器設(shè)在凈化系統(tǒng)進(jìn)口管路的最前端,內(nèi)有霧化噴嘴。高壓水流在噴嘴的作用下,高速射入煙氣管路,同時(shí)將管路煙氣的流速、壓力調(diào)整到合適的值使得水流被迅速霧化,成為彌散在煙氣中微小的液滴。彌散的液滴和煙氣中的粉塵、碳黑顆粒以及油蒸汽凝結(jié)成的油滴等混合,形成較重的混合粒子便于后續(xù)分離,如圖2所示。

圖2 混合粒子Fig.2 Particle of mixture

同時(shí),廢氣中的鹽蒸汽、二氧化硫(SO2)及殘余氨氣(NH3)等有毒有害成份,也會全部或大部分溶解到水中。水相對廢氣中的油是大量的,油被水“包圍”著,完全杜絕了管路火災(zāi)的發(fā)生。為保證霧化效果,在煙氣沿管路進(jìn)入氣液分離區(qū)域之前,再對煙氣進(jìn)行一次終級霧化。在氣液分離區(qū)域內(nèi),綜合了旋風(fēng)法、重力法和沖擊法等多重分離技術(shù),使煙氣中的混合粒子從氣體中分離出來。最終將符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的潔凈空氣進(jìn)行排放,而混合粒子集中在集水槽中。由于集水槽中的污水含有較多的油污及粉塵,還需進(jìn)行進(jìn)一步分離,分離后的油污集中收集,分離后的凈化水靠泵供到霧化器,循環(huán)利用。

2 阻火型煙塵凈化系統(tǒng)設(shè)備

阻火型煙塵凈化系統(tǒng)由旋流風(fēng)機(jī)、旋流分離室、集水槽、油污分離器、循環(huán)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等主要部分組成,凈化系統(tǒng)布局見圖3,凈化系統(tǒng)設(shè)備見圖4。

圖3 凈化系統(tǒng)布局Fig.3 Purification system layout

圖4 凈化系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)Fig.4 Purification system equipment structure

旋流風(fēng)機(jī)為氣體流動(dòng)、分離和最終排放的動(dòng)力源,通過風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓與進(jìn)口管路及排放管路風(fēng)速的最佳匹配,達(dá)到最佳的霧化及氣液分離的效果。

旋流分離室是氣液分離的場所,通過旋風(fēng)法、重力法和沖擊法等多重分離技術(shù),將混合了油滴、粉塵和溶解了有毒氣體的混合粒子與爐氣進(jìn)行氣液分離。

集水槽用于收集從分離室?guī)淼暮杏臀酆蛪m粒的液體以及給循環(huán)系統(tǒng)供水。由于重力不同,油浮在集水槽的最上層,被除油器帶走,并進(jìn)行油水分離。集水槽的下端裝有閥門,用于排除水槽里的泥。

油污分離器及循環(huán)系統(tǒng)安裝在集水槽上。油污分離器分離水中的油污,并將其集中收集;循環(huán)系統(tǒng)則將分離后的凈化水靠泵供到霧化器,循環(huán)利用。

控制系統(tǒng)包括PLC、HMI操控面板及風(fēng)速、風(fēng)壓和水流量等各種傳感元件,可以設(shè)定必要參數(shù),并監(jiān)視各執(zhí)行元件的運(yùn)行狀態(tài)。

阻火型煙塵凈化系統(tǒng)技術(shù)數(shù)據(jù)見表2(環(huán)境溫度0 ℃以上)。

3 煙氣凈化效果檢測

煙氣凈化效果檢測設(shè)備包括:多功能取樣管,SO2和NOx取樣管,煙氣含濕度,溫度檢測儀,自動(dòng)煙塵測試儀,分析天平及濾筒等,如圖5所示。

圖5 檢測設(shè)備Fig.5 Test equipments

除粉塵效率如圖6所示,在入口粉塵濃度極大的情況下,出口粉塵濃度仍遠(yuǎn)小于120 mg/m3的GB 16297—1996大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

圖6 除碳黑粉塵效率Fig.6 Removal rate of carbon black dust

以40 L/h的速度長時(shí)間向凈化系統(tǒng)內(nèi)噴油,以測試除油效果,效果見圖7。大量油污落入水中,被油分離器分離出。而管道內(nèi)壁狀態(tài)潔凈,完全沒有油污粘著。

(a)入口噴油;(b)油分離器;(c)管道內(nèi)壁

另外,在水中不添加任何藥劑的情況下在凈化系統(tǒng)入口人為制造SO2,設(shè)備濃度為29 mg/m3。由于水的溶解作用,凈化后出口濃度減小為2.3 mg/m3,SO2去除效率為92%。

4 阻火型煙塵凈化系統(tǒng)在熱處理行業(yè)中的應(yīng)用

1)類似井式爐淬火槽等大型開放式淬火槽,工件質(zhì)量大,蓄熱多,油的面積大,淬火入油瞬間,在油槽表面大面積形成油煙甚至火焰。因此,必須在油槽上方設(shè)計(jì)制作專門用以收集大量油煙的煙氣收集系統(tǒng),既避免煙氣四溢,又不影響工件的吊裝,見圖8。

圖8 井式淬火槽煙氣收集Fig.8 Lampblack collection of pit type quenching tank

2)阻火型煙塵凈化系統(tǒng)用于拋丸機(jī)時(shí),由于廢氣中含大量粉塵,循環(huán)水中沉積物較多?？稍诩凵吓渲贸鄼C(jī),如圖9所示。

圖9 凈化系統(tǒng)在拋丸機(jī)上的應(yīng)用Fig.9 Application of purfication system in shot blasting machine

3)對環(huán)保非常高的特定地區(qū),可在本過濾器的出口管路增加二次精過濾,以達(dá)到更高的排放標(biāo)準(zhǔn)。

4)循環(huán)水內(nèi)添加特殊藥劑,可更有效地溶解、吸收、分解和氧化廢氣中的有毒有害氣體成份。

5 結(jié)論

伴隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程,中國的環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重,尤其華北地區(qū)的霧霾成了世界矚目的話題。實(shí)際上,在工業(yè)發(fā)達(dá)國家熱處理淬火過程中產(chǎn)生的煙霧和油霧等都需要經(jīng)過嚴(yán)格處理才能排放,決不允許直接排放,這是歐美日等發(fā)達(dá)國家雖然工業(yè)化程度很高,但環(huán)境質(zhì)量比我國好很多的重要原因。為了人民的健康,為了社會的可持續(xù)發(fā)展,提高熱處理車間廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩[4-5]。同時(shí),由于油淬火和噴丸機(jī)在熱處理行業(yè)應(yīng)用非常普遍,許多廠家都遇到過煙(風(fēng))道著火的安全問題,危害生產(chǎn)安全。

亞捷科技(唐山)股份有限公司國內(nèi)首創(chuàng)、自主研發(fā)的阻火型煙塵凈化系統(tǒng)用于熱處理行業(yè),不僅能夠高效地處理熱處理廢氣的污染問題,也杜絕了排煙管道著火的安全隱患。實(shí)際使用效果及檢測數(shù)據(jù)說明,這種新型的凈化設(shè)備,在解決安全和環(huán)保問題時(shí),必將成為熱處理行業(yè)的一個(gè)的優(yōu)先之選。