热处理行业生产废气的生态学防治

解连文,解雅钧,戚顺银

(1.河北省机械零部件热处理装备技术创新中心,河北 唐山 063004;2.河北农业大学,生态学21级,河北 保定 0710002;3.亚捷科技(唐山)股份有限公司,河北 唐山 063004)

一般热处理车间废气排放的有害成份包括盐蒸汽、油蒸汽、油烟、碳黑、粉尘以及有毒有害气体,其来源及危害[1-2]见表1。业内曾有些厂家利用常规的除尘净化方法来处理热处理废气,例如过滤法、常规重力法、旋风法及静电法等,效果均不理想,甚至产生其他问题。过滤法选用合适的滤芯的确可以过滤掉废气中大部分碳黑、粉尘及油烟,但过滤不掉有害气体,同时油蒸汽凝结在滤芯上,必须经常清洗或更换滤芯,否则不仅影响过滤效果,过滤材料还会成为一个更大的火灾源。常规重力法和旋风法相对于较重的颗粒物(重力法>100 μm,旋风法>20 μm)简单有效,但对于油烟和碳黑等微小颗粒分离效率极低,对有害气体则无效,更不能解决油蒸汽凝结着火的问题。静电法的优点是常规情况下除尘效率较高,但由于热处理废气中油蒸汽和碳黑的存在,会大大影响净化效果。一旦发生管道着火,会直接烧坏除尘设备。

表1 有害成份的来源及危害

1 阻火型烟尘净化系统工艺流程

亚捷科技(唐山)股份有限公司自主研发的阻火型烟尘净化系统能够有效分离出热处理废气中的各种对环境有害的成份,并有效防止火灾的发生,基本工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow chart

从热处理设备排出的废气包含盐蒸汽、油蒸汽、油烟、碳黑、粉尘等固态、液态颗粒物及部分有毒有害气体,这些成份可能引起管路火灾、排放物颗粒物超标及有害气体超标等问题。为解决这些问题,必须将废气中的这些有害成份分离出来再进行排放。

雾化的目的就是为最终的分离奠定基础。初级雾化器设在净化系统进口管路的最前端,内有雾化喷嘴。高压水流在喷嘴的作用下,高速射入烟气管路,同时将管路烟气的流速、压力调整到合适的值使得水流被迅速雾化,成为弥散在烟气中微小的液滴。弥散的液滴和烟气中的粉尘、碳黑颗粒以及油蒸汽凝结成的油滴等混合,形成较重的混合粒子便于后续分离,如图2所示。

图2 混合粒子Fig.2 Particle of mixture

同时,废气中的盐蒸汽、二氧化硫(SO2)及残余氨气(NH3)等有毒有害成份,也会全部或大部分溶解到水中。水相对废气中的油是大量的,油被水“包围”着,完全杜绝了管路火灾的发生。为保证雾化效果,在烟气沿管路进入气液分离区域之前,再对烟气进行一次终级雾化。在气液分离区域内,综合了旋风法、重力法和冲击法等多重分离技术,使烟气中的混合粒子从气体中分离出来。最终将符合环保标准的洁净空气进行排放,而混合粒子集中在集水槽中。由于集水槽中的污水含有较多的油污及粉尘,还需进行进一步分离,分离后的油污集中收集,分离后的净化水靠泵供到雾化器,循环利用。

2 阻火型烟尘净化系统设备

阻火型烟尘净化系统由旋流风机、旋流分离室、集水槽、油污分离器、循环系统及控制系统等主要部分组成,净化系统布局见图3,净化系统设备见图4。

图3 净化系统布局Fig.3 Purification system layout

图4 净化系统设备结构Fig.4 Purification system equipment structure

旋流风机为气体流动、分离和最终排放的动力源,通过风机风量、风压与进口管路及排放管路风速的最佳匹配,达到最佳的雾化及气液分离的效果。

旋流分离室是气液分离的场所,通过旋风法、重力法和冲击法等多重分离技术,将混合了油滴、粉尘和溶解了有毒气体的混合粒子与炉气进行气液分离。

集水槽用于收集从分离室带来的含有油污和尘粒的液体以及给循环系统供水。由于重力不同,油浮在集水槽的最上层,被除油器带走,并进行油水分离。集水槽的下端装有阀门,用于排除水槽里的泥。

油污分离器及循环系统安装在集水槽上。油污分离器分离水中的油污,并将其集中收集;循环系统则将分离后的净化水靠泵供到雾化器,循环利用。

控制系统包括PLC、HMI操控面板及风速、风压和水流量等各种传感元件,可以设定必要参数,并监视各执行元件的运行状态。

阻火型烟尘净化系统技术数据见表2(环境温度0 ℃以上)。

3 烟气净化效果检测

烟气净化效果检测设备包括:多功能取样管,SO2和NOx取样管,烟气含湿度,温度检测仪,自动烟尘测试仪,分析天平及滤筒等,如图5所示。

图5 检测设备Fig.5 Test equipments

除粉尘效率如图6所示,在入口粉尘浓度极大的情况下,出口粉尘浓度仍远小于120 mg/m3的GB 16297—1996大气污染物综合排放标准要求[3]。

图6 除碳黑粉尘效率Fig.6 Removal rate of carbon black dust

以40 L/h的速度长时间向净化系统内喷油,以测试除油效果,效果见图7。大量油污落入水中,被油分离器分离出。而管道内壁状态洁净,完全没有油污粘着。

(a)入口喷油;(b)油分离器;(c)管道内壁

另外,在水中不添加任何药剂的情况下在净化系统入口人为制造SO2,设备浓度为29 mg/m3。由于水的溶解作用,净化后出口浓度减小为2.3 mg/m3,SO2去除效率为92%。

4 阻火型烟尘净化系统在热处理行业中的应用

1)类似井式炉淬火槽等大型开放式淬火槽,工件质量大,蓄热多,油的面积大,淬火入油瞬间,在油槽表面大面积形成油烟甚至火焰。因此,必须在油槽上方设计制作专门用以收集大量油烟的烟气收集系统,既避免烟气四溢,又不影响工件的吊装,见图8。

图8 井式淬火槽烟气收集Fig.8 Lampblack collection of pit type quenching tank

2)阻火型烟尘净化系统用于抛丸机时,由于废气中含大量粉尘,循环水中沉积物较多。可在集水槽上配置除泥机,如图9所示。

图9 净化系统在抛丸机上的应用Fig.9 Application of purfication system in shot blasting machine

3)对环保非常高的特定地区,可在本过滤器的出口管路增加二次精过滤,以达到更高的排放标准。

4)循环水内添加特殊药剂,可更有效地溶解、吸收、分解和氧化废气中的有毒有害气体成份。

5 结论

伴随着工业化和城市化进程,中国的环境污染问题越来越严重,尤其华北地区的雾霾成了世界瞩目的话题。实际上,在工业发达国家热处理淬火过程中产生的烟雾和油雾等都需要经过严格处理才能排放,决不允许直接排放,这是欧美日等发达国家虽然工业化程度很高,但环境质量比我国好很多的重要原因。为了人民的健康,为了社会的可持续发展,提高热处理车间废气排放标准刻不容缓[4-5]。同时,由于油淬火和喷丸机在热处理行业应用非常普遍,许多厂家都遇到过烟(风)道着火的安全问题,危害生产安全。

亚捷科技(唐山)股份有限公司国内首创、自主研发的阻火型烟尘净化系统用于热处理行业,不仅能够高效地处理热处理废气的污染问题,也杜绝了排烟管道着火的安全隐患。实际使用效果及检测数据说明,这种新型的净化设备,在解决安全和环保问题时,必将成为热处理行业的一个的优先之选。