“密闭路线”破解环保难点--电熔棕刚玉(倾倒炉)烟气治理研究

电熔棕刚玉冶炼会产生大量烟气，是行业环保治理的重点和难点。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了“十二五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。这是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，也是企业推进经济结构调整、转变增长方式的必由之路。因此，棕刚玉生产厂家要实现可持续发展，如何让棕刚玉冶炼过程中产生的烟尘得到有效控制，做到全过程达标排放，便成了一道必须破解的难题。

棕刚玉生产厂家(公司)在建设过程中按照“三同时”的原则，建设了配套环保除尘系统，达到了正常冶炼时烟气基本不外溢的效果。但是，当冶炼结束倾倒时，产生的烟气量仍然很大，主要原因有以下几点：从倒包间及电极孔与小炉门外溢出的烟气，不易实施控制;倒包出料烟气从倾倒间外逸，配套的环保设施难以有效捕集，造成烟气外排严重，污染了车间内外的工作环境。棕刚玉生产厂家(公司)现多数采用局部通风的原理，对冶炼炉倒包间外溢烟气加以控制并进行净化处理，基本实现了对倒包过程中倒包间外溢烟气的治理。

伴随着国家环保标准的逐步提高，棕刚玉生产厂家(公司)面临着必须保证实现整个冶炼期间无污染烟气(主要是出炉时的无组织外逸烟气)外排的要求。

研究实施方案的选择

实施方案选择的基本原则。研究人员在制订方案时本着如下原则：严格执行国家及地方各级环保部门的有关规定，确保治理后烟尘达标排放;在治理刚玉炉烟气粉尘对环境污染的同时，实现对粉尘的回收再利用，以提高环境效益、社会效益和经济效益;低成本，高效益。采用先进的除尘工艺技术，在确保达到设计指标的前提下，结合生产单位的实际情况，尽可能降低除尘工程的投资和运行费用;管理和维护方便，系统运行稳定可靠;保证除尘系统长期运行且不出现结垢现象及堵塞现象;除尘系统使用寿命超过10年。

但由于棕刚玉倾倒式冶炼炉排烟量一般与炉容量成线性关系，因此，在精炼期和倒包出料期间，冶炼炉排烟量将大幅上升。由于冶炼炉内热气流呈正压，且一般排烟罩设在冶炼炉上方边侧，离炉中心较远，不能在炉中心部位形成有效的负压，造成冶炼炉电极孔和操作门烟气外排严重。若要有效排出这部分污染烟气，可采用两种方法。

一是加大棕刚玉倾倒式冶炼炉排烟量。目前国内棕刚玉倾倒式冶炼炉烟气净化系统均采用加大棕刚玉倾倒式冶炼炉排烟量来排出这部分污染烟气，但由于排烟罩设在冶炼炉上方边侧，离炉中心较远，若要在炉中心部位形成有效的负压，必须大幅提高抽风量，依单台5000kVA棕刚玉倾倒式冶炼炉计算，需排风量为100000～120000m3/h。随之而来的是烟气温度的增高，烟气处理系统不但规模较为庞大，而且还需增设降温装置，投资较大;同时，抽风量大幅提高，将携带大量热能外排，冶炼能耗势必大幅增加。

二是结合棕刚玉冶炼炉厂房结构，采用 “堵”“疏”的原理，充分利用棕刚玉冶炼炉厂房三楼较大的空间，经科学合理导流，将在精炼后期和倒炉时产生的无组织排烟在热压的作用下向上导流，经由楼梯间、楼板预留电极口上升到三楼，将冶炼厂房三楼适当密封，形成一个大型的、高容留体积的集烟罩，使烟气在三楼集聚。同时，在冶炼厂房屋顶设排烟口，变无组织排烟为有组织排烟，避免其集聚和溢出。

通过经济技术对比分析，此研究采用棕刚玉厂房密闭环保工艺路线。

除尘器的选择。对于棕刚玉冶炼炉除尘，要想获得好的除尘效果，应具备两个主要条件：一方面是抽风量的选取正确，另一方面是除尘设备的合理选型。除尘器清灰效果好，阻力低，能满足实际所需的处理风量，才能保证除尘效率和排放要求。结合除尘器的性能指标及粉尘的理化性质，若保证长期达标排放和物料的有效回收，就需选用高效除尘设备。

由刚玉冶炼炉烟尘成分可以看出，灰中Al2O3与SiO2 的含量占烟尘总量的90%以上。在此情况下，粉尘的比电阻偏高，若采用电除尘器收尘，会产生反电晕现象，收尘效率不高;同时，由于粉尘粒度小，小于5μm的粉尘占很大比例，粉尘堆比重仅为0.5t/m3，电除尘器振打清灰时会产生二次扬尘, 导致收尘效率下降(七砂曾采用电除尘器净化刚玉冶炼炉烟气，效果不佳，净化效率小于95%，未能达到环保要求)。由此可见，不宜采用电除尘器作为烟气净化设备;粉尘粒度小，也不适合将机械除尘器作为烟气净化设备;湿法除尘又有可能造成废水等二次污染，同时不利于粉尘的有效回收;方案选择袋式除尘器，袋式除尘器不受粉尘比电阻的影响，对粒径小的粉尘亦有极高的捕集率，是一种理想的净化刚玉冶炼炉的除尘设备。实际工程中也大多采用袋式除尘器，且收尘效果良好，粉尘排放浓度可控制在50mg/m3以内。针对刚玉冶炼炉粉尘细而黏的特点, 只有采用强力清灰方式, 才能将袋式除尘器设备阻力控制在设定范围之内。脉冲袋式除尘器的清灰能力强，其清灰能力大大高于反吹风等弱清灰的袋式除尘器已是不争的事实，因而成为许多炉窑烟气净化的首选设备。

风冷器的选择。棕刚玉厂房密闭后，无组织烟气与冶炼厂房内的空气混合后，其温度大幅下降。根据对国内某单位的实测，混合烟气温度约为50℃。烟气温度能满足布袋除尘器的耐温要求，因此厂房密闭环保系统无须配套降温设施。

厂房密闭的方式。在对厂房进行密封时，考虑到冶炼工艺操作等因素，冶炼平台周边厂房须存留部分敞口。但为防止烟气下返溢出和室外干扰气流的影响，存留部分敞口的进风速度不得高于0.5m/s，敞口总面积应是冶炼平台周边厂房总面积的5%。

考虑冶炼平台密封、采光、检修要求，厂房密闭时上部采用透光材料进行密闭。

为保证冶炼平台烟气顺利排出，需在棕刚玉倾倒炉正上方三层楼板处开孔，开孔位置依现场地形而定;为保证运行操作人员安全，孔洞四周应用耐火砖围砌进行防护。

风机噪声控制。为保证达到整个冶炼期间无污染烟气外排的要求，除尘系统需配置双风机，以便于风机的互为备用，保证除尘效果。但当风机设备正常运转时，由于双风机共用一根烟囱，必然产生较为强烈的叠加噪声，会对周围声环境产生影响。

通过对风机噪声特性分析，综合考虑降噪频谱、效果、资金、维修、运行等因素，可对气动噪声加以治理。

根据气动噪声的特性，可采取加装消声器对气动噪声加以治理。消声器是一种在允许气流通过的同时，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。它是降低空气动力性噪声的主要技术措施，主要安装在进、排气口或气流通过的管道中。这要满足以下4项基本要求：在使用现场的正常工作状况下，对所要求的频带范围有足够大的消声量;要有良好的空气动力性能，对气流的阻力要小，阻力损失和功率损失要控制在实际允许的范围内，不影响气动设备的正常工作;空间位置要合理，具有体积小、重量轻、结构简单的特点，便于制作安装和维修;要价格便宜，经久耐用。

解决的主要技术难题

烟气量的确定。冶炼厂房内的无组织烟气来源有两处：电极孔排烟和操作门排烟。烟气量计算有两种方法：热压计算法和换气次数法。

经测算比较，取两种计算法结果的较大值，该设计取无组织烟气排风量为133749m3/h。

过滤面积与过滤风速的选择。根据烟尘的理化性质和排放浓度的要求，本方案取净过滤风速为1.0m/min～1.2m/min 则净过滤面积F=1858m2～2229m2。

烟气的科学合理导流。为保证烟气顺利地上升至棕刚玉冶炼炉厂房三楼，避免在二楼集聚，必须经科学合理导流。根据精炼后期和倒炉时产生的无组织排烟是在热压的作用向上流动这一原理，在烟气到达三楼楼板的相对位置开设导流孔，导流孔应设置在DC区域内。

热射流在上升过程中，由于周围空气的卷入，流量和横断面积会不断增大。该方案的取值为：热源温度为800℃，周围空气温度为30℃，则热源和周围空气的温差为800-30=770℃，电极孔径为?准700mm。炉顶面距三楼楼板约5.5m，考虑到横向气流的干扰，可在三楼楼板的相对DC位置开孔，对电极孔溢出烟气进行科学合理导流，操作门溢出烟气可经由楼梯间上排。

滤袋的选择。根据棕刚玉冶炼炉烟尘特点，采用聚酯纤维滤袋。

总结

棕刚玉厂房密闭环保的工艺路线是在综合了国内棕刚玉冶炼炉环保除尘的各种形式并比较其优劣、借鉴了成功的工程案例经验、结合现场情况而制定的。该工艺技术应用全面通风的原理治理棕刚玉冶炼炉烟气，颠覆了长期以来应用局部通风治理棕刚玉冶炼炉烟气的传统理念，从根本上彻底解决了棕刚玉冶炼炉烟气污染难题。

棕刚玉厂房密闭环保是在满足环保要求的前提下，对工艺路线选择、主要设备优化选型、降温措施经济选用、维修管理方便简单、节能降耗显著、操作灵活可靠等诸方面要求都进行了多方案比较与优选，使环保基本达到了主要设备布置规划占地面积小(加长滤袋长度)、维修管理方便简单(实现了在线检修)、选用节能产品并合理配置(选用双风机配置)、风机噪声控制(采用高效消声器等)的要求，具有较高的经济实用性。