熱處理行業生產廢氣的生態學防治

解連文,解雅鈞,戚順銀

(1.河北省機械零部件熱處理裝備技術創新中心,河北 唐山 063004;2.河北農業大學,生態學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。業內曾有些廠家利用常規的除塵凈化方法來處理熱處理廢氣,例如過濾法、常規重力法、旋風法及靜電法等,效果均不理想,甚至產生其他問題。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,同時油蒸汽凝結在濾芯上,必須經常清洗或更換濾芯,否則不僅影響過濾效果,過濾材料還會成為一個更大的火災源。常規重力法和旋風法相對于較重的顆粒物(重力法>100 μm,旋風法>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著火的問題。靜電法的優點是常規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。一旦發生管道著火,會直接燒壞除塵設備。

表1 有害成份的來源及危害

1 阻火型煙塵凈化系統工藝流程

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

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow chart

從熱處理設備排出的廢氣包含鹽蒸汽、油蒸汽、油煙、碳黑、粉塵等固態、液態顆粒物及部分有毒有害氣體,這些成份可能引起管路火災、排放物顆粒物超標及有害氣體超標等問題。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行排放。

霧化的目的就是為最終的分離奠定基礎。初級霧化器設在凈化系統進口管路的最前端,內有霧化噴嘴。高壓水流在噴嘴的作用下,高速射入煙氣管路,同時將管路煙氣的流速、壓力調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成的油滴等混合,形成較重的混合粒子便于后續分離,如圖2所示。

圖2 混合粒子Fig.2 Particle of mixture

同時,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的發生。為保證霧化效果,在煙氣沿管路進入氣液分離區域之前,再對煙氣進行一次終級霧化。在氣液分離區域內,綜合了旋風法、重力法和沖擊法等多重分離技術,使煙氣中的混合粒子從氣體中分離出來。最終將符合環保標準的潔凈空氣進行排放,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,還需進行進一步分離,分離后的油污集中收集,分離后的凈化水靠泵供到霧化器,循環利用。

2 阻火型煙塵凈化系統設備

阻火型煙塵凈化系統由旋流風機、旋流分離室、集水槽、油污分離器、循環系統及控制系統等主要部分組成,凈化系統布局見圖3,凈化系統設備見圖4。

圖3 凈化系統布局Fig.3 Purification system layout

圖4 凈化系統設備結構Fig.4 Purification system equipment structure

旋流風機為氣體流動、分離和最終排放的動力源,通過風機風量、風壓與進口管路及排放管路風速的最佳匹配,達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,通過旋風法、重力法和沖擊法等多重分離技術,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行氣液分離。

集水槽用于收集從分離室帶來的含有油污和塵粒的液體以及給循環系統供水。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。

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

控制系統包括PLC、HMI操控面板及風速、風壓和水流量等各種傳感元件,可以設定必要參數,并監視各執行元件的運行狀態。

阻火型煙塵凈化系統技術數據見表2(環境溫度0 ℃以上)。

3 煙氣凈化效果檢測

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

圖5 檢測設備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,出口粉塵濃度仍遠小于120 mg/m3的GB 16297—1996大氣污染物綜合排放標準要求[3]。

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

以40 L/h的速度長時間向凈化系統內噴油,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。而管道內壁狀態潔凈,完全沒有油污粘著。

(a)入口噴油;(b)油分離器;(c)管道內壁

另外,在水中不添加任何藥劑的情況下在凈化系統入口人為制造SO2,設備濃度為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在熱處理行業中的應用

1)類似井式爐淬火槽等大型開放式淬火槽,工件質量大,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,必須在油槽上方設計制作專門用以收集大量油煙的煙氣收集系統,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用于拋丸機時,由于廢氣中含大量粉塵,循環水中沉積物較多。可在集水槽上配置除泥機,如圖9所示。

圖9 凈化系統在拋丸機上的應用Fig.9 Application of purfication system in shot blasting machine

3)對環保非常高的特定地區,可在本過濾器的出口管路增加二次精過濾,以達到更高的排放標準。

4)循環水內添加特殊藥劑,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 結論

伴隨著工業化和城市化進程,中國的環境污染問題越來越嚴重,尤其華北地區的霧霾成了世界矚目的話題。實際上,在工業發達國家熱處理淬火過程中產生的煙霧和油霧等都需要經過嚴格處理才能排放,決不允許直接排放,這是歐美日等發達國家雖然工業化程度很高,但環境質量比我國好很多的重要原因。為了人民的健康,為了社會的可持續發展,提高熱處理車間廢氣排放標準刻不容緩[4-5]。同時,由于油淬火和噴丸機在熱處理行業應用非常普遍,許多廠家都遇到過煙(風)道著火的安全問題,危害生產安全。

亞捷科技(唐山)股份有限公司國內首創、自主研發的阻火型煙塵凈化系統用于熱處理行業,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。實際使用效果及檢測數據說明,這種新型的凈化設備,在解決安全和環保問題時,必將成為熱處理行業的一個的優先之選。