電熔棕剛玉冶煉會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，是行業(yè)環(huán)保治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
       《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出了“十二五”期間單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右，主要污染物排放總量減少10%的約束性指標(biāo)。這是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇，也是企業(yè)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式的必由之路。因此，棕剛玉生產(chǎn)廠家要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，如何讓棕剛玉冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵得到有效控制，做到全過(guò)程達(dá)標(biāo)排放，便成了一道必須破解的難題。
       棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)在建設(shè)過(guò)程中按照“三同時(shí)”的原則，建設(shè)了配套環(huán)保除塵系統(tǒng)，達(dá)到了正常冶煉時(shí)煙氣基本不外溢的效果。但是，當(dāng)冶煉結(jié)束傾倒時(shí)，產(chǎn)生的煙氣量仍然很大，主要原因有以下幾點(diǎn)：從倒包間及電極孔與小爐門外溢出的煙氣，不易實(shí)施控制；倒包出料煙氣從傾倒間外逸，配套的環(huán)保設(shè)施難以有效捕集，造成煙氣外排嚴(yán)重，污染了車間內(nèi)外的工作環(huán)境。棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)現(xiàn)多數(shù)采用局部通風(fēng)的原理，對(duì)冶煉爐倒包間外溢煙氣加以控制并進(jìn)行凈化處理，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒包過(guò)程中倒包間外溢煙氣的治理。
       伴隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)面臨著必須保證實(shí)現(xiàn)整個(gè)冶煉期間無(wú)污染煙氣(主要是出爐時(shí)的無(wú)組織外逸煙氣)外排的要求。
       研究實(shí)施方案的選擇
       實(shí)施方案選擇的基本原則。研究人員在制訂方案時(shí)本著如下原則：嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家及地方各級(jí)環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定，確保治理后煙塵達(dá)標(biāo)排放；在治理剛玉爐煙氣粉塵對(duì)環(huán)境污染的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的回收再利用，以提高環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；低成本，高效益。采用先進(jìn)的除塵工藝技術(shù)，在確保達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下，結(jié)合生產(chǎn)單位的實(shí)際情況，盡可能降低除塵工程的投資和運(yùn)行費(fèi)用；管理和維護(hù)方便，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠；保證除塵系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行且不出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象及堵塞現(xiàn)象；除塵系統(tǒng)使用壽命超過(guò)10年。
       但由于棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量一般與爐容量成線性關(guān)系，因此，在精煉期和倒包出料期間，冶煉爐排煙量將大幅上升。由于冶煉爐內(nèi)熱氣流呈正壓，且一般排煙罩設(shè)在冶煉爐上方邊側(cè)，離爐中心較遠(yuǎn)，不能在爐中心部位形成有效的負(fù)壓，造成冶煉爐電極孔和操作門煙氣外排嚴(yán)重。若要有效排出這部分污染煙氣，可采用兩種方法。
       一是加大棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量。目前國(guó)內(nèi)棕剛玉傾倒式冶煉爐煙氣凈化系統(tǒng)均采用加大棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量來(lái)排出這部分污染煙氣，但由于排煙罩設(shè)在冶煉爐上方邊側(cè)，離爐中心較遠(yuǎn)，若要在爐中心部位形成有效的負(fù)壓，必須大幅提高抽風(fēng)量，依單臺(tái)5000kVA棕剛玉傾倒式冶煉爐計(jì)算，需排風(fēng)量為100000～120000m3/h。隨之而來(lái)的是煙氣溫度的增高，煙氣處理系統(tǒng)不但規(guī)模較為龐大，而且還需增設(shè)降溫裝置，投資較大；同時(shí)，抽風(fēng)量大幅提高，將攜帶大量熱能外排，冶煉能耗勢(shì)必大幅增加。
       二是結(jié)合棕剛玉冶煉爐廠房結(jié)構(gòu)，采用 “堵”“疏”的原理，充分利用棕剛玉冶煉爐廠房三樓較大的空間，經(jīng)科學(xué)合理導(dǎo)流，將在精煉后期和倒?fàn)t時(shí)產(chǎn)生的無(wú)組織排煙在熱壓的作用下向上導(dǎo)流，經(jīng)由樓梯間、樓板預(yù)留電極口上升到三樓，將冶煉廠房三樓適當(dāng)密封，形成一個(gè)大型的、高容留體積的集煙罩，使煙氣在三樓集聚。同時(shí)，在冶煉廠房屋頂設(shè)排煙口，變無(wú)組織排煙為有組織排煙，避免其集聚和溢出。
通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比分析，此研究采用棕剛玉廠房密閉環(huán)保工藝路線。
       除塵器的選擇。對(duì)于棕剛玉冶煉爐除塵，要想獲得好的除塵效果，應(yīng)具備兩個(gè)主要條件：一方面是抽風(fēng)量的選取正確，另一方面是除塵設(shè)備的合理選型。除塵器清灰效果好，阻力低，能滿足實(shí)際所需的處理風(fēng)量，才能保證除塵效率和排放要求。結(jié)合除塵器的性能指標(biāo)及粉塵的理化性質(zhì)，若保證長(zhǎng)期達(dá)標(biāo)排放和物料的有效回收，就需選用高效除塵設(shè)備。
       由剛玉冶煉爐煙塵成分可以看出，灰中Al2O3與SiO2 的含量占煙塵總量的90%以上。在此情況下，粉塵的比電阻偏高，若采用電除塵器收塵，會(huì)產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，收塵效率不高；同時(shí)，由于粉塵粒度小，小于5μm的粉塵占很大比例，粉塵堆比重僅為0.5t/m3，電除塵器振打清灰時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次揚(yáng)塵, 導(dǎo)致收塵效率下降(七砂曾采用電除塵器凈化剛玉冶煉爐煙氣，效果不佳，凈化效率小于95%，未能達(dá)到環(huán)保要求)。由此可見，不宜采用電除塵器作為煙氣凈化設(shè)備；粉塵粒度小，也不適合將機(jī)械除塵器作為煙氣凈化設(shè)備；濕法除塵又有可能造成廢水等二次污染，同時(shí)不利于粉塵的有效回收；方案選擇袋式除塵器，袋式除塵器不受粉塵比電阻的影響，對(duì)粒徑小的粉塵亦有極高的捕集率，是一種理想的凈化剛玉冶煉爐的除塵設(shè)備。實(shí)際工程中也大多采用袋式除塵器，且收塵效果良好，粉塵排放濃度可控制在50mg/m3以內(nèi)。針對(duì)剛玉冶煉爐粉塵細(xì)而黏的特點(diǎn), 只有采用強(qiáng)力清灰方式, 才能將袋式除塵器設(shè)備阻力控制在設(shè)定范圍之內(nèi)。脈沖袋式除塵器的清灰能力強(qiáng)，其清灰能力大大高于反吹風(fēng)等弱清灰的袋式除塵器已是不爭(zhēng)的事實(shí)，因而成為許多爐窯煙氣凈化的首選設(shè)備。
       風(fēng)冷器的選擇。棕剛玉廠房密閉后，無(wú)組織煙氣與冶煉廠房?jī)?nèi)的空氣混合后，其溫度大幅下降。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)某單位的實(shí)測(cè)，混合煙氣溫度約為50℃。煙氣溫度能滿足布袋除塵器的耐溫要求，因此廠房密閉環(huán)保系統(tǒng)無(wú)須配套降溫設(shè)施。
       廠房密閉的方式。在對(duì)廠房進(jìn)行密封時(shí)，考慮到冶煉工藝操作等因素，冶煉平臺(tái)周邊廠房須存留部分敞口。但為防止煙氣下返溢出和室外干擾氣流的影響，存留部分敞口的進(jìn)風(fēng)速度不得高于0.5m/s，敞口總面積應(yīng)是冶煉平臺(tái)周邊廠房總面積的5%。
       考慮冶煉平臺(tái)密封、采光、檢修要求，廠房密閉時(shí)上部采用透光材料進(jìn)行密閉。
       為保證冶煉平臺(tái)煙氣順利排出，需在棕剛玉傾倒?fàn)t正上方三層樓板處開孔，開孔位置依現(xiàn)場(chǎng)地形而定；為保證運(yùn)行操作人員安全，孔洞四周應(yīng)用耐火磚圍砌進(jìn)行防護(hù)。
       風(fēng)機(jī)噪聲控制。為保證達(dá)到整個(gè)冶煉期間無(wú)污染煙氣外排的要求，除塵系統(tǒng)需配置雙風(fēng)機(jī)，以便于風(fēng)機(jī)的互為備用，保證除塵效果。但當(dāng)風(fēng)機(jī)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于雙風(fēng)機(jī)共用一根煙囪，必然產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的疊加噪聲，會(huì)對(duì)周圍聲環(huán)境產(chǎn)生影響。
       通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)噪聲特性分析，綜合考慮降噪頻譜、效果、資金、維修、運(yùn)行等因素，可對(duì)氣動(dòng)噪聲加以治理。
       根據(jù)氣動(dòng)噪聲的特性，可采取加裝消聲器對(duì)氣動(dòng)噪聲加以治理。消聲器是一種在允許氣流通過(guò)的同時(shí)，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。它是降低空氣動(dòng)力性噪聲的主要技術(shù)措施，主要安裝在進(jìn)、排氣口或氣流通過(guò)的管道中。這要滿足以下4項(xiàng)基本要求：在使用現(xiàn)場(chǎng)的正常工作狀況下，對(duì)所要求的頻帶范圍有足夠大的消聲量；要有良好的空氣動(dòng)力性能，對(duì)氣流的阻力要小，阻力損失和功率損失要控制在實(shí)際允許的范圍內(nèi)，不影響氣動(dòng)設(shè)備的正常工作；空間位置要合理，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，便于制作安裝和維修；要價(jià)格便宜，經(jīng)久耐用。
       解決的主要技術(shù)難題
       煙氣量的確定。冶煉廠房?jī)?nèi)的無(wú)組織煙氣來(lái)源有兩處：電極孔排煙和操作門排煙。煙氣量計(jì)算有兩種方法：熱壓計(jì)算法和換氣次數(shù)法。
       經(jīng)測(cè)算比較，取兩種計(jì)算法結(jié)果的較大值，該設(shè)計(jì)取無(wú)組織煙氣排風(fēng)量為133749m3/h。
       過(guò)濾面積與過(guò)濾風(fēng)速的選擇。根據(jù)煙塵的理化性質(zhì)和排放濃度的要求，本方案取凈過(guò)濾風(fēng)速為1.0m/min～1.2m/min 則凈過(guò)濾面積F＝1858m2～2229m2。
       煙氣的科學(xué)合理導(dǎo)流。為保證煙氣順利地上升至棕剛玉冶煉爐廠房三樓，避免在二樓集聚，必須經(jīng)科學(xué)合理導(dǎo)流。根據(jù)精煉后期和倒?fàn)t時(shí)產(chǎn)生的無(wú)組織排煙是在熱壓的作用向上流動(dòng)這一原理，在煙氣到達(dá)三樓樓板的相對(duì)位置開設(shè)導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔應(yīng)設(shè)置在DC區(qū)域內(nèi)。
       熱射流在上升過(guò)程中，由于周圍空氣的卷入，流量和橫斷面積會(huì)不斷增大。該方案的取值為：熱源溫度為800℃，周圍空氣溫度為30℃，則熱源和周圍空氣的溫差為800-30=770℃，電極孔徑為?準(zhǔn)700mm。爐頂面距三樓樓板約5.5m，考慮到橫向氣流的干擾，可在三樓樓板的相對(duì)DC位置開孔，對(duì)電極孔溢出煙氣進(jìn)行科學(xué)合理導(dǎo)流，操作門溢出煙氣可經(jīng)由樓梯間上排。
       濾袋的選擇。根據(jù)棕剛玉冶煉爐煙塵特點(diǎn)，采用聚酯纖維濾袋。
       總結(jié)
       棕剛玉廠房密閉環(huán)保的工藝路線是在綜合了國(guó)內(nèi)棕剛玉冶煉爐環(huán)保除塵的各種形式并比較其優(yōu)劣、借鑒了成功的工程案例經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況而制定的。該工藝技術(shù)應(yīng)用全面通風(fēng)的原理治理棕剛玉冶煉爐煙氣，顛覆了長(zhǎng)期以來(lái)應(yīng)用局部通風(fēng)治理棕剛玉冶煉爐煙氣的傳統(tǒng)理念，從根本上徹底解決了棕剛玉冶煉爐煙氣污染難題。
       棕剛玉廠房密閉環(huán)保是在滿足環(huán)保要求的前提下，對(duì)工藝路線選擇、主要設(shè)備優(yōu)化選型、降溫措施經(jīng)濟(jì)選用、維修管理方便簡(jiǎn)單、節(jié)能降耗顯著、操作靈活可靠等諸方面要求都進(jìn)行了多方案比較與優(yōu)選，使環(huán)保基本達(dá)到了主要設(shè)備布置規(guī)劃占地面積小(加長(zhǎng)濾袋長(zhǎng)度)、維修管理方便簡(jiǎn)單(實(shí)現(xiàn)了在線檢修)、選用節(jié)能產(chǎn)品并合理配置(選用雙風(fēng)機(jī)配置)、風(fēng)機(jī)噪聲控制(采用高效消聲器等)的要求，具有較高的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。