超高功率石墨電極項目的大氣環(huán)境影響及對策

杜 娟

（山西省環(huán)境科學(xué)研究院，山西 太原 030027）

石墨電極是一種以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結(jié)劑，經(jīng)過成型、焙燒、浸漬、再焙燒、石墨化和機械加工工序而制成的耐高溫的石墨質(zhì)導(dǎo)電材料。石墨電極具有適用溫度范圍廣、耐高溫、機械強度高、熱膨脹系數(shù)低、導(dǎo)熱系數(shù)高、電阻率較低等特性，是目前在電弧爐煉鋼中唯一能承受陰極斑點高溫的導(dǎo)電材料。超高功率石墨電極是石墨電極眾多品種中的一員，主要用于超高功率煉鋼電弧爐，因其高的體積密度、低的電阻率以及優(yōu)良的熱力學(xué)性能而區(qū)別于普通功率和高功率石墨電極。從20世紀80年代起，發(fā)達國家開始限制小規(guī)格電極及普通功率石墨電極等技術(shù)含量較低產(chǎn)品的生產(chǎn)，石墨電極生產(chǎn)開始由發(fā)達國家向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量逐年增加，已成為世界上石墨電極生產(chǎn)和消耗最多的國家之一［1－2］。超高功率石墨電極項目工業(yè)化進程的不斷加快，也帶來了一定程度的環(huán)境影響問題。其中，以大氣環(huán)境影響問題較為突出。在深度了解超高功率石墨電極項目工藝過程的基礎(chǔ)上，識別出其可能產(chǎn)生的大氣環(huán)境影響問題，進而有針對性地提出切實可行的防治對策，將成為超高功率石墨電極項目發(fā)展過程中的一項重要任務(wù)。

1 工藝過程

1.1 生產(chǎn)原料

生產(chǎn)超高功率石墨電極的原料主要為煤系針狀焦、石油系針狀焦以及改質(zhì)瀝青。煤系針狀焦的主要技術(shù)條件參數(shù)見表1［3］，改質(zhì)瀝青的主要技術(shù)條件參數(shù)見表2［4］。

表1 原料煤系針狀焦的主要技術(shù)參數(shù)

表2 原料改質(zhì)瀝青的主要技術(shù)參數(shù)

1.2 工藝過程

超高功率石墨電極生產(chǎn)系統(tǒng)主要由原料儲運工段、破碎配料混捏工段、壓型工段、一次焙燒工段、高壓浸漬工段、二次焙燒工段、石墨化工段、機加工工段以及一些輔助系統(tǒng)組成［3－4］。具體工藝過程見圖1。

圖1 超高功率石墨電極生產(chǎn)的一般工藝流程

2 大氣環(huán)境影響問題

與傳統(tǒng)的炭素項目相比，雖然新型的超高功率石墨電極項目在工藝技術(shù)、設(shè)備選型等方面都體現(xiàn)了一定的環(huán)保理念，但其生產(chǎn)過程中存在的大氣環(huán)境影響問題仍不容忽視。

超高功率石墨電極生產(chǎn)過程中的大氣污染物排放節(jié)點及各節(jié)點產(chǎn)生的主要污染物如下（按工段分）：

1）針狀焦貯運工段

針狀焦各貯倉下部設(shè)排料口及振動給料機，針狀焦經(jīng)振動輸送機從貯倉送至破碎配料工段。針狀焦排料、輸送過程中產(chǎn)生的主要污染物為粉塵。

2）破碎篩分工段

本工段用于處理原料針狀焦以及焙燒后的返回料。物料在破碎、篩分、磨粉過程中產(chǎn)生的主要污染物為粉塵。

3）配料工段

本工段主要是將預(yù)處理后的一定粒度的針狀焦與受熱后的改質(zhì)瀝青按一定比例進行配比混合。該過程中產(chǎn)生的污染物主要為粉塵及少量瀝青煙。

4）混捏涼料、壓型工段

混捏涼料工段是將配制好的混合料在強力混捏機中進行均勻混捏，之后對糊料進行冷卻［5］。壓型是將涼料后的物料在壓型機中擠壓成型。該工段主要產(chǎn)生含粉塵、瀝青煙、B［a］P廢氣。

5）焙燒工段

一次焙燒爐、二次焙燒爐若以煤、煤氣為燃料，其產(chǎn)生的廢氣中主要污染物包括煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2。

6）浸漬工段

將一次焙燒后的成品放入瀝青罐中進行浸漬，浸漬過程中將揮發(fā)產(chǎn)生瀝青煙和B［a］P。

7）石墨化工段

石墨化爐的填充料焦粉在裝、出爐時均會有一定的顆粒物逸出爐外，造成粉塵污染。

8）機加工工段

機加工生產(chǎn)線主要是將石墨化后的電極毛坯按質(zhì)量標準中規(guī)定的形狀和尺寸進行機械加工，制成符合使用要求的電極本體和接頭。包括車外圓、端面加工、內(nèi)外螺紋加工等操作單元。操作過程中會有粉塵產(chǎn)生。

9）輔助工程

超高功率石墨電極生產(chǎn)的輔助系統(tǒng)之一為導(dǎo)熱油爐加熱系統(tǒng)，主要用于瀝青保溫、混捏、浸漬等工段。導(dǎo)熱油爐產(chǎn)生的廢氣中，主要污染為煙塵、SO2、NOx等。

針對超高功率石墨電極項目生產(chǎn)過程中存在的上述大氣環(huán)境影響問題，必須采取有效的大氣污染防治對策［6］。

3 大氣環(huán)境影響問題的防治對策

超高功率石墨電極項目在生產(chǎn)運營過程中所產(chǎn)生的大氣環(huán)境影響問題不容忽視，針對其環(huán)境污染或環(huán)境影響問題的特點，提出從污染源源頭治理、污染物減排、資源與能源回收利用等不同層次的對策或措施，對大氣污染物進行無害化或資源化處理，以減輕對大氣環(huán)境的影響。下面就不同類型的污染物分別給出可參考的防治對策。

1）粉塵防治對策

針狀焦貯倉排料及輸送，破碎篩分，配料工段，石墨化系統(tǒng)填充料裝、出爐及機加工工段產(chǎn)生的粉塵分別采用集氣管收集含塵廢氣，再進入除塵器進行處理?？煽紤]選用布袋除塵器，其設(shè)計除塵效率可達99%。收集后的粉塵，除石墨化工段的粉塵返回填充料系統(tǒng)再利用外，其余的均可返回針狀焦原料系統(tǒng)進行再加工，從而實現(xiàn)廢物的回收利用，減少大氣污染物的外排。

2）瀝青煙防治對策

瀝青貯罐、混捏涼料、壓型工段以及浸漬罐將產(chǎn)生少量的瀝青煙，其廢氣特點表現(xiàn)為，排出的焦油總量少，但瞬時濃度很高，波動較大。目前，國內(nèi)的處理技術(shù)有水洗法和焦粉吸附法2類。

水洗法：用清水洗滌，并定期將洗滌水送水處理站處理。水洗法工藝簡單，但存在二次污染，廢水產(chǎn)生量大，需配套廢水處理設(shè)施。

焦粉吸附法：國內(nèi)一般采用固定床。固定床加焦粉，在形成均勻床層后可進行過濾，吸附瀝青煙氣，凈化效率可達80%～85%。此法應(yīng)配套除塵設(shè)備及焦粉回收系統(tǒng)。

3）焙燒煙氣的防治對策

焙燒爐產(chǎn)生煙氣中的主要污染物有煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2。其中，以瀝青煙和B［a］P的污染較為嚴重。目前，國內(nèi)的凈化技術(shù)有濕法捕集、干法吸附、干式電捕凈化等。

濕法捕集凈化技術(shù)：煙氣引入重力除塵器去除大顆粒后，進入氫氧化鈉溶液洗滌塔；之后，引入濕式電收塵器，進一步凈化處理后排入大氣。該工藝的凈化效率可達90%以上，但其工藝流程比較復(fù)雜，存在廢水二次污染。

干法吸附凈化技術(shù)：煙氣經(jīng)全蒸發(fā)冷卻塔降溫后加入Al2O3，以吸附煙氣中的瀝青焦油，用布袋除塵器進行氣固分離，凈化后的廢氣排入大氣，廢Al2O3作為電解鋁原料回收利用。該工藝的凈化效率可達95%以上，流程簡單，無二次污染，但投資較大。

臥式電收塵技術(shù)：該法目前在國內(nèi)的應(yīng)用較為廣泛，煙氣通過噴嘴噴水霧化降溫，去除大顆粒，并將瀝青焦油由氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)；然后，進入臥式高壓靜電除塵器，煙氣中的瀝青焦油及粉塵電荷富集在陰極及陽極板上，尾氣排放。該工藝凈化效率達90%以上，流程簡單，無二次污染。

4）輔助加熱系統(tǒng)煙氣的防治對策

超高功率石墨電極生產(chǎn)過程中的各類導(dǎo)熱油爐及其他加熱燃燒裝置，應(yīng)考慮采用煤氣、天然氣等清潔燃料，以減少煙塵、SO2、NOx等的排放。

4 結(jié)語

超高功率石墨電極項目在國內(nèi)方興未艾。本文系統(tǒng)地介紹了該項目帶來的大氣環(huán)境影響問題，并提出了相應(yīng)的防治對策。

1）排料輸送、破碎篩分、配料填料及機加工工段均會產(chǎn)生粉塵污染物，收集后由除塵器進行處理，不但實現(xiàn)了廢物的回收利用，而且減少了大氣污染物的外排。

2）瀝青貯罐、混捏涼料、浸漬罐及壓型工段均會產(chǎn)生少量瀝青煙，采用水洗法或焦粉吸附法均能有效地去除這些污染物，達到保護環(huán)境的目標。

3）焙燒煙氣是該類項目最主要的大氣污染源，主要污染物有煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2，采用濕法捕集、干法吸附或干式電捕等凈化技術(shù)均能除去90%以上的污染物，減少對大氣環(huán)境的影響。

4）輔助加熱系統(tǒng)煙氣中的污染物主要有煙塵、SO2、NOx等，應(yīng)考慮采用清潔燃料或設(shè)置煙氣凈化裝置進行處理。

5）充分識別生產(chǎn)過程中的污染源產(chǎn)生環(huán)節(jié)及主要污染物，并采取有效的防治對策，對于項目的正常運營及環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展具有不可忽視的作用。

［1］ 張勇.Φ700mm超高功率石墨電極接頭的研制［D］.天津：天津大學(xué)，2004.

［2］ 于嗣東，賈慶遠，陳文來，等.超高功率石墨電極產(chǎn)品技術(shù)指標分析［J］.炭素，2011（2）：15－18.

［3］ 華澤友，張云峰，姜艷軍，等.國產(chǎn)宏特針狀焦生產(chǎn)Φ350mm超高功率石墨電極［J］.炭素技術(shù)，2008，27（6）：33－35.

［4］ 馮建國，陳振強.煤系針狀焦生產(chǎn)Φ550mmUHP石墨電極的技術(shù)研究［J］.炭素技術(shù)，2010，29（1）：41－44.

［5］ 劉運平，陳文來，袁強.UHP石墨電極糊料混捏技術(shù)［J］.炭素技術(shù)，2009，28（2）：60－61.

［6］ 陳建，田建華，馬歷喬，等.淺談煉鋼用超高功率石墨電極的生產(chǎn)［J］.炭素，2010（1）：14－17.