工业废气处理
industry exhaust
公司在产品加工过程中使用天然气加热,会产生氮氧化物。氮氧化物(NOX)是造成大气污染的主要污染源之一,造成NOX的产生的原因可分为两个方面:自然发生源和人为发生源。自然发生源除了因雷电和臭氧的作用外,还有细菌的作用。自然界形成的NOX由于自然选择能达到生态平衡,故对大气没有多大的污染。然而人为发生源主要是由于燃料燃烧及化学工业生产所产生的。例如:火力发电厂、炼铁厂、化工厂等有燃料燃烧的固定发生源和汽车等移动发生源以及工业流程中产生的中间产物,排放NOX的量占到人为排放总量的90%以上。据统计全球每年排入到大气的NOX总量达5000万t,而且还在持续增长。
这些氮氧化物的危害主要包括: ①NOX 对人体及动物的致毒作用; ②对植物的损害作用;③NOX是形成酸雨、酸雾的主要原因之一; ④NOX 与碳氢化合物形成光化学烟雾;⑤NOX 亦参与臭氧层的破坏。
1.2.1设计依据
《中华人民共和国环境保护法》;
《建设项目环境保护管理条例》;
《中华人民共和国大气污染防治法》;
《中华人民共和国噪声污染防治法》;
《工业企业总平面设计规范》;
《大气污染物综合排放标准》;
《大气环境质量标准》;
《四川省大气污染物排放标准》DB51/186-1993
《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2014)
1.2.2设计原则
(1)认真贯彻国家关于环境保护的方针和政策,使设计符合国家的有关法规、规范。经处理后排放的粉尘符合国家和地方的有关排放标准和规定。
(2)采用先进、可靠的控制技术。
(3)工艺流程先进、简洁、可靠,便于操作管理。
1.2.3 治理目标
本工程设计污染物排放指标执行《GB16297-1996大气污染物排放标准》和地方政府要求,结合甲方提供资料,治理后排放指标见下表:
表1-1 氮氧化物废气排放标准
项 目 |
标准 |
||
排放高度m |
排放速率kg/h |
排放浓度mg/m3 |
|
氮氧化物 |
15 |
0.77 |
30 |
本工程设计范围:设计废气处理系统,使其与现有及拟建生产线相匹配,实现生产车间废气达标排放。
处理系统配置包括:治理设备、通风机、电气控制系统、排风管道、阀门等。
由于低NOX燃烧技术降低NOX排放效率较低(一般在50%以下),因此,当NOX的排放标准要求比较严格时,就要考虑采用燃烧后的烟气脱硝技术来降低NOX的排放量。烟气脱硝技术分为包括气相反应法、等离子体活法、吸附法、液体吸收法、微生物法等。
1) 选择性催化还原法(SCR)
该法是在一定的温度和催化剂作用下,利用氨或烃做还原剂可选择性地将NOX 还原为氮气和水的方法。此法对大气环境质量的影响不大,是目前脱硝效率较高,最为成熟,且应用最广的脱硝技术。
SCR技术是还原剂(NH3)在催化剂的作用下,将烟气中NOx还原为氮气和水。“选择性”指氨有选择地将 NOx 进行还原的反应。催化反应温度在320℃ ~400℃。该技术无副产品,脱硝效率能达80~90%以上。
2) 选择性非催化还原法(SNCR)
选择性非催化还原法是在900~1100℃温度范围内,无催化剂作用下,通过注入氨、尿素等化学还原剂还原剂可选择性地把烟气中的NOX 还原为N2 和H2O,达到去除的目的。在SNCR 法中温度的控制是至关重要的。由于没有催化剂加速反应,故其操作温度高于SCR 法。为避免NH3 被氧化,温度又不宜过高。目前的趋势是以尿素代替NH3作还原剂。采用该方法一般可使NOX降低50%~60%。
3) 混合型SNCR/SCR
混合型SNCR/SCR方法是将选择性催化还原法于选择性非催化还原法联合起来使用的一种方法,此法前端温度在900~1100℃范围内,后端温度在320℃~400℃范围内。前段无催化剂,后段加装少量催化剂,主要由TiO2, V2O5, WO3组成。脱硝效率可达80%以上。
固体吸附法主要包括分子筛法、泥煤法、硅胶法、活性炭法、NOXSO 法和氧化铜吸附法等。
1) 分子筛法
常用的分子筛主要有丝光沸石Na2A12Si10O2 ·7H2O。该物质对N 有较高的吸附能力,在有氧条件下,能够将NO氧化为NO2加以吸附。
2) 泥煤法
国外采用泥煤作为吸附剂来处理NOX废气,吸附N 后的泥煤,可直接用作肥料不必再生,但是机理很复杂,气体通过床层的压力较大,目前仍处于实验阶段。
3) 硅胶法
以硅胶作为吸附剂先将NO氧化为NO2。再加以吸附,经过加热便可解吸附,当NO2的浓度高于0.1 ,NO的浓度高于1%~1.5%时,效果良好,但是如果气体含固体杂质时,就不宜用此方法,因为固体杂质会堵塞吸附剂空隙而使吸附剂失去作用。
4) 活性炭法
此法对NOX的吸附过程吸附剂伴有化学反应发生。NOX被吸附到活性炭表面后,活性炭对NOX有还原作用,反应式如下:
C+2N0 —> N2+CO2
2C+2N02 —> 2CO2+N2
缺点在于对NOX的吸附容量小且解吸再生麻烦,处理不当又会造成二次污染,故实际应用有困难。但是有报道指出[1引,现在已经有人根据物理化学原理,采用“炭还原”法处理N 废气,取得了突破性进展。发生的反应与活性炭吸附法发生的反应相同。但是用的是焦炭而不是活性炭。工艺过程为:由鼓风机鼓人少量空气,将产生的NOX带出,经过管道送人NOX处理器。在一定条件下,NOX与加人处理器中的反应物(焦炭)发生氧化还原反应,NOX最终以N2的形式排出。
此法是利用氮氧化物通过液体介质时被溶解吸收的原理,除去NOX废气。此方法设备简单、费用低、效果好,故被化工行业广泛采用,现在主要的方法有:
1) 水吸收法
用水作吸收剂, 对NOx 进行吸收,吸收效率低,仅可用于气量小,净化要求不高的场合。不能净化NO 为主的含氮废气。
2) 稀硝酸吸收法
用稀硝酸作吸收剂对NOX进行物理吸收与化学吸收。可以回收NOX,有一定的经济效益,但能耗较高。
3) 碱液吸收法
比较各种碱液的吸收效果,以NaOH作为吸收液效果最好,但考虑到价格、来源、操作难易以及吸收效率等因素,工业上应用最多的吸收液是Na2C03。
4) 氧化吸收法
对于含NO较高的NOX废气, 用浓HNO3、O3、NaClO、KMnO4 等作氧化剂,先将NOX吸收法中的NO部分氧化成NO2, 然后再用碱性溶液吸收, 以提高净化效率,费用较高。
5) 尿素溶液吸收法
应用尿素作为氮氧化物的吸收剂,其主要的反应为:
NO+NO2 —> N203;N203+H2O —> 2HNO2;
(NH2)2CO+2HNO2 —> CO2+2N2+3H2O
此法运行费用低,吸收效果好,不产生二次污染。然而,只用尿素溶液吸收,尾气中氮氧化物浓度仍高达0.06%~0.08%。为进一步提高净化效率,用弱酸性尿素水溶液吸收,通常可以加硫酸、硝酸、盐酸或者醋酸。吸收液的温度控制在30℃~90℃,pH值在1~3之间,吸收后尾气中NOX的去除率高达99.95%。
6) 吸收还原法
吸收还原法是用亚硫酸盐、硫化物、硫代硫酸盐、尿素等水溶液吸收氮氧化物, 并使其还原为N2。亚硫酸铵具有较强的还原能力, 可将NOx还原为无害的氮气, 而亚硫酸铵则被氧化成硫酸铵, 可作化肥使用。亚硝酸与尿素反应生成氮气、CO2和水, 它与亚硫酸铵法一样,尿素作为还原剂, 对NO2 进行还原, 其反应式为:
NH2CONH2 + 2HNO2 —> 2N2+CO2+3H2O
根据甲方提供的资料,废气主要成分如下图:
废气温度为250℃,排放量为7500 Nm3/h,考虑到前方废气温度较高,拟引入部分空气进行降温,系统设备选型参考风量为10000 Nm3/h。
综合比较各类氮氧化物治理措施,结合改项目实际情况,拟采取“一级喷淋塔(碱液吸收)+二级喷淋塔(氧化剂)+三级喷淋塔(还原剂)”的治理措施。
图1 工艺流程示意图
一级喷淋塔反应过程:
水吸收NOX时,水与NOX反应生成硝酸和亚硝酸,生成的亚硝酸在通常情况下很不稳定,很快发生分解产生NO.
二级喷淋塔反应过程:
NO不溶于水,在空气中与氧气反应生成NO2,为了提高NO转化率,在喷淋塔加入氧化剂(次氯酸钠、双氧水、高锰酸钾)。
三级喷淋塔反应过程:
填料吸收塔结构及其工作原理:
填料吸收塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料吸收塔的塔身是一直立式圆筒(附图示),底部装有填料支承板,填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板,以防被上升气流吹动。液体从塔顶喷淋系统喷淋到填料上,并沿填料表面流下。气体从塔底送入,与液体呈逆流连续通过填料层的空隙,在填料表面上,气液两相密切接触进行传质。填料吸收塔属于连续接触式气液传质设备,两相组成沿塔高连续变化,在正常操作状态下,气相为连续相,液相为分散相。
当液体沿填料层向下流动时,有逐渐向塔壁集中的趋势,使得塔壁附近的液流量逐渐增大,这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均,从而使传质效率下降。因此,当填料层较高时,需要进行分段,中间设置再分布装置。液体再分布装置,包括液体收集器和液体再分布器两部分,上层填料流下的液体经液体收集器收集后,送到液体再分布器,经重新分布后喷淋到下层填料上。
优点:
① 传质、传热效果好;
② 防堵性能好、易于操作;
③ 气液负荷高,雾沫夹带少;
④ 塔板压降低,系统阻力小;
3.2.1 设备清单
表3-1-1 设备清单
序号 |
产品名称 |
规格型号 |
材质 |
单位 |
数量 |
备注 |
1 |
管道降温喷淋 |
A:φ0.7m,316不锈钢内衬特氟龙;B:管道及喷嘴 |
|
项 |
1 |
|
2 |
水泵 |
6m3/h,20m |
Q235&聚乙烯 |
台 |
1 |
宙斯/卧龙 |
3 |
加药箱 |
500L |
PE |
台 |
1 |
|
4 |
一级喷淋塔 |
Φ1.5m*5.5m; |
|
台 |
1 |
非标自制 |
5 |
水泵 |
30m3/h,25m |
Q235&聚乙烯 |
套 |
1 |
宙斯/卧龙 |
6 |
加药箱 |
500L |
PE |
套 |
1 |
|
7 |
二级喷淋塔 |
Φ1.5m*5.5m; |
PP |
套 |
1 |
非标自制 |
8 |
水泵 |
30m3/h,25m |
Q235&聚乙烯 |
套 |
1 |
宙斯/卧龙 |
9 |
加药箱 |
500L |
PE |
套 |
1 |
|
10 |
三级喷淋塔 |
Φ1.5m*5.5m; |
PP |
|
1 |
非标自制 |
11 |
水泵 |
30m3/h,25m |
Q235&聚乙烯 |
|
1 |
宙斯/卧龙 |
12 |
加药箱 |
500L |
PE |
套 |
1 |
|
13 |
风机 |
10000m3/h,3000Pa |
玻璃钢 |
台 |
1 |
可瑞斯/顶裕 |
14 |
电控系统(变频器) |
变频器:ABB、三菱 |
|
项 |
1 |
|
15 |
连接管道及阀门(水管) |
|
|
项 |
1 |
|
16 |
连接管路(风管) |
|
PP |
项 |
1 |
|
17 |
杂件 |
|
|
项 |
1 |
|
说明:
1、该清单不含自动配药加药系统;
2、该清单不含前端管道、基础、电缆及烟囱;
3、该报价不含环保验收费用;
4、该清单不含废水排放及处理;
3.2.2 电气
废气处理系统采用交流380/220V低压供电,新增装机总容量 37.2 kW,新增实际运行容量最大为 35 kW,具体见表。
装机容量表
序 号 |
名 称 |
数 量 |
装机容量/kW |
运行容量/kW |
备 注 |
1 |
离心风机 |
1 |
18.5 |
15 |
8小时运行 |
2 |
循环水泵 |
4 |
18.7 |
18.7 |
8小时运行 |
3 |
其他 |
|
1 |
1 |
仪表 |
4 |
合计 |
5 |
37.2 |
34.2 |
|
3.2.3 主要设备成品图
我司为了“守信誉,重合同”的宗旨,特采取工程服务回访。该方式规定了服务的实施、验证和报告的方法,使服务满足于合同或法规的要求。服务回访更有效延长工程的使用寿命,使工程在规定的时限内具有可信度的使用价值。
全国服务热线
18980636604