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氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂2011年10月氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第1页编制单位：佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂总经理：张军波总工：邓春生项目负责人：施昌健编制人员：陆年和校对：审核：审定：编制单位(盖章)：编制日期：二○一一年十月氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第2页目录一、引言………………………………………………………………………………3二、氮氧化物(NOx)来源……………………………………………………………3三、治理工艺依据与工艺原理……………………………………………………31、NOx废气特性分析……………………………………………………………32、工艺流程确定的依据…………………………………………………………33、工艺原理与系统主要设备……………………………………………………34、通风净化系统的关键及主要设备的重要技术指标…………………………5四、工艺特点与处理技术……………………………………………………………51、改进传统结构的槽边排风罩……………………………………………………52、保证通风系统能正常运行………………………………………………………53、合理设计与选用通风管道………………………………………………………64、两级废气净化(吸收)塔是系统的关键主要设备………………………………65、吸收液配置………………………………………………………………………6氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第3页氮氧化物(NOx)废气治理方案引言氮氧化物(NOx)是一种毒性很大的黄烟，不经治理通过烟囱排放到大气中，形成触目的棕(红)黄色烟雾，俗称“黄龙”，在众多废气治理中NOx难度最大，是污染大气的元凶。如果得不到有效控制不仅对操作人员的身体健康与厂区环境危害极大，而且随风飘逸扩散对周边居民生活与生态环境造成公害。专家预测，如不加强控制，到2010年以后氮氧化物将成为中国大气污染的主要污染物，环保局今后将加强氮氧化物控制立法建设和标准制订工作，在修订《大气污染防治法》和污染源排放标准时，将氮氧化物控制作为重点内容。氮氧化物(NOx)来源20世纪60年代以来,金属表面处理工艺中为使金属表面光洁,同时去除金属表面氧化层,广泛采用10%~35%硝酸(HNO3)溶液或硝酸(HNO3)和其他酸的混合酸对其进行金属表面处理。在表面处理过程中，由于金属及金属氧化物与酸的激烈反应，产生大量的NOx，浓度可达200%～3500%mg/m³。氮氧化物包括NO、NONO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5，总称氮氧化物，用NOx通式表示。治理工艺依据与工艺原理1、NOx废气特性分析氮氧化物废气成分具有强烈的刺激性气味，爆发弥漫浓烈的棕(红)黄色酸雾，其特性浓度高、气量大、危害也大。2、工艺流程确定的依据NOx气体危害大，治理难度也大。国内外报道过许多方法，归纳有干法、湿法和干湿三种方法。由于各厂产品不同，选择适合生产实际的治理工艺方案和净化设备十分重要。本厂工程人员进行了多个项目现场调研，反复对比，初步确定采用两级(二个阶段)湿法废气净化塔治理NOx气体的方案，并设计了一套NOx瞬时爆发性浓度极高、废气量大，适合敞开作业的通风净化系统装置。主要工艺流程如图1所示。3、工艺原理与系统主要设备湿法治理NOx废气方法较多，在硝酸厂和金属表面处理行业中广泛应用的方案是用水或其他溶液吸收NOx废气。湿法吸收NOx废气工艺及设备简单、投资少，能够以硝酸盐氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第4页等形式回收NOx中的氮，但由于NO极难溶于水或碱溶液，吸收效率一般不很高。可以采用氧化、还原或络合吸收的办法以提高NO的净化效果。下面作简要介绍。（1）水吸收法。水吸收NOx时，水与NO2反应生成硝酸（HNO3）和亚硝酸（HNO2）。生成的HNO2很不稳定，快速分解后会放出部分NO。常压时NO在水中的溶解度非常低，0℃时为7.34mL/100g水，沸腾时完全逸出，它也不与水发生反应。因此常压下该法效率很低，不适用于NO占总NOx95％的燃烧废气脱硝。提高压力（约0.1MPa）可以增加对NOx的吸收率，通常作为硝酸工厂多级废气脱硝的最后一道工序。（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，故可用硝酸吸收NOx废气。硝酸吸收NOx以物理吸收为主，最适用于硝酸尾气处理，因为可将吸收的NOx返回原有硝酸吸收塔回收为硝酸。影响吸收效率的主要因素有：①温度。温度降低，吸收效率急剧增大。温度从38℃降至20℃，吸收率由20％升至80％；②压力。吸收率随压力升高而增大。吸收压力从0.11MPa升至0.29MPa时，吸收率由4.3％升至77.5％；③硝酸浓度。吸收率随硝酸浓度增大呈现先增加后降低的变化，即有一个最佳吸收的硝酸浓度范围。当温度为20℃～24℃时，吸收效率较高的硝酸浓度范围为15％～30％。此法具有工艺流程简单，操作稳定，可以回收NOx为硝酸。（3）碱液吸收法。该法的实质是酸碱中和反应。在吸收过程中，首先，NO2溶于水生成硝酸HNO3和亚硝酸HNO2；气相中的NO和NO2生成N2O3，N2O3也将溶于水而生成HNO2。然后HNO3和HNO2与碱（NaOH、Na2CO3等）发生中和反应生成硝酸钠NaNO3和亚硝酸钠NaNO2。对于不可逆的酸碱中和反应，可不考虑化学平衡，碱液吸收效率取决于吸收速度。研究表明，对于NO2浓度在0.1％以下的低浓度气体，碱液吸收速度与NO2浓度的平方成正比。对于较高浓度的NOx气体，吸收等分子的NO和NO2比单独吸收NO2具有更大的吸收速度。因为NO＋NO2生成的N2O2溶解度较大。当NOx的氧化度（NO2/NOx）为50％～60％(即。可采用先将NO氧化，再用碱液回收NOx以提高吸收效率。由于低浓度下NO的氧化速度非常缓慢，因此NO的氧化速度成为吸收NOx效率的决定因素。氧化方法有直接氧化和催化氧化两种，氧化剂包括液相氧化剂和气相氧化剂：液相氧化剂有HNO3、KMn4、NaClO2、NaClO、H2O2、K2Cr2O7等的水溶液；气相氧化剂有O2、O3、C12和ClO2等。硝酸氧化时成本较低，国内硝酸氧化－碱液吸收工艺已用于实际生产，其他氧化剂因成本高，国内很少采用。碱液吸收法广泛用于我国的NOx废气治理，其工艺流程和设备较简单，还能将NOx回收为有用的亚硝酸盐磷硝酸盐产品，但一般情况下吸收效率不高。考虑到价格、来源、不易堵塞和吸收效率等原因，碱吸收液主要采用NaOH和Na2CO3，尤以Na2CO3使用更多。但Na2CO3效果较差，因为Na2CO3吸收NOx的活性不如NaOH，而且吸收时产生的CO2将影响NO2、特别是N2O2的溶解。本厂工程人员进行了多个项目现场调研，反复对比及对处理原理分析，最后确定采用两级(二个阶段)硝酸（HNO3）氧化，碱液（NaOH）吸收湿法废气净化塔治理NOx气体的方案，工艺原理与系统主要设备如图２所示。氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第5页图２两级湿法废气治理方案设备及原理4、通风净化系统的关键及主要设备的重要技术指标吸风罩、通风管道、废气净化塔和风机的设计与选用决定了整套通风净化系统的正常运行和处理效果。首先必须根据废气散发源敞口面积，计算实际需要的NOx废气排风量，以及整个通风管道、吸风罩、净化塔的阻力损失，选用通风机的排风量和风压损失。同时还应考虑风量、风压的附加安全系数是设计通风净化系统的重要技术指标。工艺特点与处理技术与传统通风净化NOx废气处理工艺相比，本厂治理设计方案中有如下几个新特点。1、改进传统结构的槽边排风罩当产品浸入酸洗槽时，瞬间爆发大量棕(红)黄色酸雾，原有槽边排风罩，因结构设计不合理，吸风效果不理想，而弥漫污染操作间。针对恶劣现状，根据气流学动态原理，减少气体紊流和阻力。在不影响操作情况下，设置顶部与侧边一体式流线型毒气通风柜。较顺畅的捕集酸洗槽外泄酸雾。尤其是瞬时爆发性浓度极高的刺鼻性“黄烟”，强制性的进入管道与废气净化塔。改善了操作间空气质量与工作环境。2、保证通风系统能正常运行传统设计风机经常发生叶轮毁损、断轴、电机等故障影响正常生产，这是因为硝酸与氢氟酸配制的酸性溶液产生的气体，比硫酸、盐酸等渗透腐蚀性还严重。即使采用耐酸防腐性较强的玻璃钢通风机，也难逃NOx气体的腐蚀渗透。本设计工艺将原有正压通风改为负压通风，经前端废气吸收塔处理后，将NOx废气浓度与腐蚀性降低，延长风机使用寿氮氧化物废气治理方案设计佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂第6页命。3、合理设计与选用通风管道管道走向尽量减少弯管与长度距离，管径流速合理，并选用内壁光滑的PVC或PP材质，以减少摩擦系数与通风系统阻力。4、两级废气净化(吸收)塔是系统的关键主要设备采用强制性(离心通风机)机械抽风，将槽内产生的NOx废气，瞬时爆发性的“黄烟”，经捕集抽风罩、通风管道引入废气净化塔底侧沿塔内上升，吸收液在填料层或旋流(斜孔)板中均匀分布，并向下流动。塔内是以气、液传质双膜理论为机理，使气体与液体溶剂之间充分接触，进行化学反应，处在剧烈的扰动状态。传质过程是化学反应过程的一个重要基本过程。为了增强气液传质功效，关键在于选择抗堵塞、喷射力度与细密度大的喷嘴，与优良的填料或新颖的旋流(斜孔)板，其优点如下:1)单位体积比表面积大，增加气液接触的表面积，传质能力强。2)能改变气体流向，造成气液交换的连续通道，操作弹性大。3)耐腐蚀、寿命长、抗污能力强，可反复使用。NOx废气不同于SO2、HCl、H2SO4等酸雾，只需一台废气净化塔。本工艺依据NOx废气成分复杂、浓度高、难于治理的特性，系统中设计两个阶段即两级废气净化(吸收)塔，以增加NOx与吸收液传质过程，有充分的反应时间使NOx废气扩散于液相，被吸收溶解与净化。5、吸收液配置通过多年实践与积累经验，采用两级湿法治理高浓度、大风量NOx废气时，重要的问题是不仅选用气相传质系数大、负荷高、压降低、操作弹性宽的理想设备，而且需要配制合理的配置吸收液。产生与排放的NOx废气是以二氧化氮与一氧化氮为主，在空气中呈红棕色气体。其中NO不同于其他酸性气体难溶于水，即使强性碱液也难于把它吸收。针对NO特性，必须在进入净化塔的NOx废气中加入一定量的空气，使一氧化氮有足量的空气进行氧化，第1级用稀硝酸（HNO3）作吸收液，可节约化工原料，其机理是在引风旋流作用下，NOx废气在第1级多功能废气净化塔中被硝酸（HNO3）中的水分吸收，生成硝酸和一氧化氮，即：3NO2+H2O→2HNO3+NO，其反应中的2/3的NO2转化成HNO3，1/3的NO2转化成NO，再与氧作用生成NO2，而继续被水吸收。其浓度降低，但水吸收只能作为初步预处理，其棕黄色可见度及NOx有毒物质，仍未彻底除净。因此，在水吸收后再接入第2级高效废气净化塔，经碱液（NaOH）吸收去除，即：NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O。佛山恒诚电镀氧化酸洗设备厂２０１１年１０月