酸洗设备的酸雾净化系统及设备设施改造系统研究

张素军

（山西太钢不锈钢股份有限公司临汾分公司，山西 临汾 041000）

引言

山西太钢不锈钢股份有限公司临汾分公司现有2 条中厚板不锈钢酸洗生产线，分别为槽式浸泡式酸洗线和连续不锈钢酸洗生产线，由于不锈钢酸洗主要靠硫酸酸洗和硝酸+氢氟酸酸洗，所以酸洗线在酸洗不锈钢时产生的废气污染物处理显得尤为重要。酸雾废气排放污染物浓度既要符合国家排放标准，又要符合现场操作人员的职业健康安全水平。

1 不锈钢酸洗系统中主要酸雾的来源

1.1 硫酸酸洗废气污染物

硫酸酸洗工艺，温度为t＝60℃±5℃，由于温度较高，导致硫酸的分压增大，H2SO4大量挥发，并与空气中的水蒸气结合，形成硫酸雾（粒径在0.1 μm～10 μm）。

酸洗中硫酸与不锈钢板表层氧化物反应产生的反应热，在酸液和钢板表面的界面间形成界面局部高温区，不仅加快H2SO4挥发，并导致H2SO4热分解，形成SO2气体污染物。

硫酸酸洗工序排放的气体污染物，主要为硫酸雾和二氧化硫气体（SO2）。

1.2 硝酸+氢氟酸混酸酸洗废气污染物

硝酸+氢氟酸混酸酸洗工艺，温度为T＝40℃±5℃，在其温度下，硝酸和氢氟酸大量挥发，形成硝酸雾和HF 有毒有害气体。在酸洗液和不锈钢板两相界面处的局部高温下，部分HNO3热分解为NOx（主要成分为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为NOx和HF。

2 污染物排放特点及处理工艺流程

不锈钢钢板酸洗形成的气体污染物，有以下排放特点：属连续排放型，多元混合排放型；污染排放温度高、负荷量大。

上述排放工况，导致废气净化处理有较大的技术难度。

3 处理方法（见图1）

图1 废气处理工艺

根据酸洗废气的排放情况、污染物的种类及其物理化学性质，考虑到废气湿度大、排放浓度高，排放负荷大等特点，酸洗时产生多种废气，采用一种独立的净化处理工艺。

3.1 硫酸酸洗废气处理方法

硫酸酸洗废气处理选用“组合循环湿式吸收转化法”。硫酸酸洗过程中，产生大量的硫酸雾和SO2气体，本方法采用四级喷淋处理工艺。第一级采用清水做吸收液，降低硫酸雾的浓度和废气温度，以保持和提高后续处理效果，减少药剂耗量，降低运行成本。第二、三、四级选用稀NaOH 溶液为吸收剂，吸收效果，优于其他吸收剂，其反应方程式如式（1）～式（3）。

3.2 混酸酸洗废气处理方法

混酸酸洗产生的废气含有NOx和HF 多种污染物，且性质不同。混酸酸洗工艺过程中，排放出大量的NO2、NO 以及氟化氢，并通过密闭罩沿风管进入一级填料吸收塔，在填料回收塔中用清水洗涤，降低了酸雾的浓度和温度，同时，部分NO2与水反应转化为无机盐见第90 页反应（4）。

反应后释放出NO 与剩余的NO2和酸洗时排放的NO、HF 气体沿风管进入二级填料吸收塔，在填料表面发生氧化中和反应。吸收剂选用水可溶性氧化剂及NaOH 稀溶液，其反应见式（5）～式（7）。

部分NO2与H2O 反应见式（4）、式（7）。

NaF、NO3-、M进入二级吸收液槽中。

经过二级填料吸收塔后，氟化氢几乎全部被中和吸收，而NO 部分被氧化，少量NO 的NO2废气沿风管进入三级填料塔，在三级填料塔表面发生氧化反应，进行传质过程，此填料塔选用氧化剂作吸收剂，NO 被氧化剂几乎全部氧化为NO2，其反应见式（7）。

部分NO2与H2O 反应见式（4）、式（7）。

KNO3、NO3-、M进入三级吸收液中。

NO 经三级吸收塔后，几乎全部转化为NO2随空气沿风管进入四级填料吸收塔，在四级填料表面还原剂发生还原反应，进行传质过程。其反应为式（8）。

生成的Na+转入四级吸收液储液槽中，N2随空气沿风管通过引风机进入排气管道排空。

4 酸雾废气排放污染物浓度排放标准（见表1）及酸雾净化系统运行缺陷

表1 酸雾废气排放污染物浓度排放标准

本公司酸洗生产线投产后经过几年的运行，经过在生产、检修、维护过程综合分析，发现原设计与现场运行过程中存在一些缺陷和不足主要为以下几点：

1）槽洗浸泡式酸洗线酸雾处理效果不佳；

2）连续线酸雾风机故障率较高，主要表现为，风机运行一段时间后，风机叶轮附着大量药剂结晶物；

3）由于受区域限制酸雾净化检修安全风险较高等问题。

针对存在的问题根据现场运行情况，提前筹划，先后利用酸洗设备定修和年修期间，对酸雾净化系统及区域设备设施进行改造，并取得了较好的效果。

5 现场缺陷和不足产生的后果

1）槽洗线生产运行时酸雾净化吸收效果差，造成大量酸雾从槽洗池内逸散出池外，环保控制难度大，现场操作环境差，影响职工身体健康

2）连续线酸雾处理后的酸雾冷凝后形成结晶物，黏附到酸雾净化风机叶轮上，造成叶轮不平衡振动增大，酸雾净化风机使用寿命大大降低，且运行风险提高。

3）酸雾净化循环泵吸、排水管在循环池内，池内无检修平台，每次检修人员系挂安全带侧身到池内进行检维修作业，产生的安全风险较高。

6 主要技术攻关及具体实施措施

6.1 槽洗池酸雾系统改造

改造前设备状态为：

1）槽洗西池后酸雾风管管径小，造成酸雾吸风量减小；

2）槽洗顶部吸风罩口小，造成酸雾不能全部抽掉；

3）不锈钢酸洗时吊带进出口方向为敞开式结构，使酸雾随敞开口方向逸散至厂房；

4）不锈钢板在进出槽洗池内时将密封皮帘打开，酸雾随钢板进出时，逸散厂房。

针对以上问题做如下改造：

1）将槽洗西池后18 m 酸雾吸风管道由原来DN300、DN250 管道改为DN450 管道，增大酸雾吸风效果。

2）将槽洗密封罩顶部吸风口由原来DN250 管道制作改造成800 mm×1 200 mm 抽油烟机类型吸风罩，增大酸雾吸风面积及吸风效果。

3）将槽洗池顶部吊带进出口位置安装耐酸板刷对其进行密封，使其对槽洗池内酸液温度高时挥发的酸雾进行密封。

4）将槽洗钢板进出口软皮帘密封位置外部安装一层涤纶布，增强密封效果。这样在钢板进出槽洗池内时，使酸雾不能随钢板进出逸散厂房。

设备技术攻关改造后效果见图2。

图2 改造前、后对比图

6.2 酸雾风机降低故障率、延长运行周期改造

主要改造点：净化后的酸雾经过酸雾吸风管道时冷却后，会在风机周围及内部叶轮附着形成结晶物，这样势必会影响酸雾抽风效果及风机使用寿命。

针对以上问题作做下改造措施；

1）利用10 nn 厚PPH 板设计制作2 套酸雾降压、吸附冷却箱，冷却箱内设计通风面积突然增大，同时内部加装隔板和过滤球，使酸雾内结晶物及其他杂物提前沉淀分离。

2）在风机入口风管处安装冷却箱，这样将会使净化后的酸雾经冷却箱冷却成液体。这样将减少冷却后的液体在风机内形成结晶物，延长风机使用寿命。

3）制作一套引流管装置，将冷却箱内冷却的液体引流至酸雾净化池内。

设备技术攻关改造后效果见图3。

图3 改造前、后对比图

6.3 降低检安全风险，提升检修效率改造

主要改造点：酸雾净化循环泵、槽洗风机及水泵检修安全风险高。

针对以上问题作如下改造措施；

1）酸雾净化泵平台连接后防腐，人员检修站位面积加大。

2）酸雾净化池内加平台通廊，方便两侧人员检修配合。

3）对槽洗换热器蒸汽管道进行改造，扩大风机调换区域面积将风机等资材放到地面进行倒链调换作业。

设备技术攻关改造后效果见图4。

图4 改造前、后对比图

7 酸雾设备设施改进后效果和效益

1）槽洗区域工作环境大幅度提升，环保测评人员对现场改善很认同，给职工创造了较好的工作环境。

2）连续酸雾风机寿命可延长一倍以上，同时维护周期也相应延长，减少了职工劳动强度，酸雾风机基本实现零故障运行。

3）酸雾净化区域检修风险大大降低。

8 结语

酸雾净化系统的安全运行及酸雾净化设备设施的改造，不但改善职工的现场操作环境，同时在企业环保方面，减少酸雾在大气中的有害气体排放，使现场职工劳动强度方面也得到极大的改善。