熱鍍鋅工業廢氣的污染控制與利用

文_劉晴 揚州市高郵生態環境局

目前技術條件支持下，熱鍍鋅工藝被廣泛應用于金屬構件表面保護以及防腐加工過程當中，并在市政基礎設施建設施工、輪船制造、家用電器制造、通信線路架設等行業領域中得到了相當廣泛的應用。熱鍍鋅工藝將經除銹處理后的構件完全浸入鍍鋅液中，使其表面能夠形成一層鍍鋅層，以達到提高構件表面耐腐蝕性以及穩定性的目的。但熱鍍鋅加工期間，酸洗、熱浸潤等多個環節均會產生大量工業廢氣，污染嚴重，如何對工業廢氣污染進行科學控制與再利用，一直以來備受業內人士的關注與重視。

1 熱鍍鋅工業廢氣污染源

傳統意義上的熱鍍鋅處理工藝中，多以鹽酸作為清洗劑，不但清洗速度相對緩慢，同時還需要對鍍鋅槽進行加溫，將溫度控制在50.0℃左右，酸洗過程中還需要依賴于蒸汽鍋爐裝置提供熱量支持，按照裝卡→去油→熱水洗→硫酸酸洗→熱清洗→熱鍍鋅→冷卻→表面鈍化→精加工的流程運行，整套反應過程中會產生大量的工業廢氣污染。具體而言，熱鍍鋅工業廢氣污染源包括以下幾個環節：

①在熱鍍鋅去油以及酸洗環節中，去油環節所選用脫脂液為NaOH，在去除鋼件表面附著油脂物質的同時，使鍍鋅層結合緊密度得到提升，在此期間會產生pH 約為10 的堿性廢水，廢氣污染問題嚴重。而在酸洗過程當中，雖然應用硫酸溶液能夠使參與反應的鋼件表面銹蝕問題得到有效控制，但同時也會導致工業廢氣污染問題的產生。

②在熱鍍鋅蒸汽鍋爐裝置供熱環節中，燃煤鍋爐標準工況設計容量為2th，正常運行期間煙氣量為2300.0m3/h 左右，受到鍋爐裝置自身容量以及工藝水平的限制，此環節中所排放氣體污染物并未做凈化處理，導致廢氣污染嚴重。

③在熱鍍鋅環節中，燃料來源以燃煤為主，燃煤耗用量為2t/h 左右，鍍鋅爐設計標準工況下氣體顆粒污染物排放量約為78000m3/h，受到鍍鋅爐工作效率低下的影響，導致排放氣體污染物中煙塵含量高，污染問題嚴重。傳統工藝模式下熱鍍鋅工業廢氣污染物含量如表1 所示。

表1 傳統工藝模式下熱鍍鋅工業廢氣污染物含量示意表

2 熱鍍鋅工業廢氣污染控制與利用的實現

為實現對熱鍍鋅工業廢氣污染的合理控制以及再利用，對熱鍍鋅工藝過程中的熱源系統、輔助系統以及鍍鋅爐裝置進行改良優化。

鍍鋅爐裝置是熱鍍鋅工藝反應中重要的能耗設備之一，動力來源以天然氣為主，熱鍍鋅工藝反應期間會產生大量廢氣，是廢氣污染控制與利用的關鍵環節。在鍍鋅爐裝置改良優化期間，首先應關注對其供熱系統的改善。以往鍍鋅爐裝置的供熱方式為直接煤燃燒，熱效率相對較低，煤炭燃燒中還會產生一定比例的粉塵污染物以及煙氣顆粒，加重工業廢氣污染。優化改良以新型煤氣爐取代傳統供熱方式，呈固體狀態的粉煤、塊煤經制備加工形成煤漿，然后轉化為水煤氣，在此基礎上通過燃燒的方式面向鍍鋅爐提供熱量支持。經改良優化后，水煤氣在燃燒過程當中所產生的煙塵比例低，一方面能夠減少煙塵外排對大氣環境所產生的污染影響；另一方面能夠避免通風系統管道因煙塵雜質發生堵塞。正常運行工況下，煙氣出口端溫度在300℃左右，熱值高，有再利用價值，因此，可以在反應池內安裝化熱系統，將出口端出口煙氣引入鍍鋅爐前端助鍍池當中，實現熱能傳遞，在提高前端處理溫度的同時實現對熱鍍鋅鍍層質量的優化。

針對鍍鋅爐裝置的改造應當同時關注內部結構以及表面涂層這兩個方面的內容。其中，內部結構改造應當以調整熱鍍鋅前期助劑濃度與溫度為主，原助劑為NH4Cl，改良優化中加入ZnCl4，調整為混合助劑，以此種方式將構建表面溫度提高至75.0℃左右，在縮短鍍鋅爐內構件停留時間的同時，促進構件表面延展性水平的合理提升。針對表面涂層的改良優化以選用耐火材料為主，選用硼酸化合物以及Al2O3對鍍鋅爐表面進行噴涂，以此種方式改善鍍鋅爐傳熱效率，同時延長裝置有效使用壽命。在此基礎上，對鍍鋅爐結構尺寸進行調整，將鍍鋅爐長自10.0m 提高至13.0m，寬自1.0m 提高至1.1m，高自1.0m 提高至1.5m，以此種方式增加鍍鋅爐容積，一方面能夠使工藝運行期間的燃氣噴口分布更加均勻；另一方面能夠使鍍鋅液溫度維持在較為均勻的狀態下。

在此基礎上對鍍鋅車間通風系統進行改造，原廠房屋頂結構為彩板式，將其改良優化為陽光板天窗，相關金屬構件進行防腐優化與加工，經改造后通風系統整體結構輕便，有更好的耐水性，阻燃性以及密封性，一方面能夠減輕熱鍍鋅車間工藝運行期間的空氣污染問題；另一方面能夠方便后續裝置的更換維修。減少車間生產系統運行期間噪聲的對外傳播。經上述處理后，噪聲強度較改良優化前降低10dB，科學控制了噪聲的環境影響。

按照上述方法對熱鍍鋅工藝熱源系統、鍍鋅爐裝置、輔助系統進行改造升級后的工藝流程如圖1 所示，按照此種方式實現對工藝廢氣的可靠控制與利用。

圖1 改造后熱鍍鋅工藝流程示意圖

3 熱鍍鋅工業廢氣污染控制與利用效果

對熱鍍鋅工藝傳統熱源系統、輔助系統以及鍍鋅爐裝置進行集中優化改良，以滿足工業廢氣污染控制與利用要求，經優化改良后熱鍍鋅工業廢氣污染物含量如表2 所示。結合表2 數據可見：經優化改良后熱鍍鋅工藝污染物排放符合相關標準，整套處理裝置操作簡便，運行安全可靠，污染控制與利用效果良好，值得在同類工程中推廣應用。

表2 優化改良后熱鍍鋅工業廢氣污染物含量示意表

4 結語

本文對熱鍍鋅工業廢氣的污染控制與利用問題進行研究，重點分析熱鍍鋅生產工藝實踐中的技術改造措施，旨在提高生產原料有效利用率，最大限度減少污染物產生與排放，從而滿足工業廢氣污染綜合治理的要求。

通過對熱鍍鋅工藝改造后工業廢氣污染物含量的分析可見：熱鍍鋅工藝經優化改良后排放污染物符合規范標準，裝置操作簡便，運行安全，可供同類工程借鑒參考。