巖棉生產(chǎn)線中固化爐廢氣處理方法的探討

周克沖　郭丹丹

摘 要：文章針對(duì)巖棉生產(chǎn)線固化爐廢氣中所含的游離酚、游離醛、酚醛樹(shù)脂、粉塵等有害物質(zhì)的來(lái)源進(jìn)行探討，并采用廢氣焚燒的方式進(jìn)行處理，焚燒后的余熱回用于巖棉板等制品的固化，節(jié)省能源。同時(shí)根據(jù)固化爐廢氣產(chǎn)生的機(jī)理，加強(qiáng)生產(chǎn)巖棉工藝的優(yōu)化，提出幾條固化爐密封建議，并采用精確定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑固化爐鏈條，避免潤(rùn)滑油污染；整改后不僅減少了天然氣的消耗，降低碳排放，且從巖棉生產(chǎn)工藝的源頭遏制住污染物的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：固化爐廢氣；巖棉工藝；固化爐密封；定點(diǎn)精確潤(rùn)滑

1 概述

巖棉制品是以天然玄武巖、白云石等為主要原料，經(jīng)高溫熔化、纖維化處理、氈板成型及制品后加工而制成的節(jié)能保溫材料，具有優(yōu)良的絕熱、防火性能、吸聲隔音性能，防火性能達(dá)到A1級(jí)，廣泛應(yīng)用于建筑、石油、化工、電力、冶金、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，具有非常廣泛的市場(chǎng)前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

固化工序是巖棉生產(chǎn)中尤為重要的環(huán)節(jié)。前序工段制成的巖棉氈是將巖棉纖維進(jìn)行了三維搭接，但無(wú)機(jī)纖維之間的搭接無(wú)強(qiáng)度可言，為達(dá)到外墻外保溫要求的強(qiáng)度、耐火性等，需在制取巖棉氈時(shí)噴入粘結(jié)劑，并送入固化爐內(nèi)，將巖棉氈高溫烘烤、壓制成型，最終制得所需的巖棉板。目前國(guó)內(nèi)巖棉生產(chǎn)線上的粘結(jié)劑均采用的熱固性酚醛樹(shù)脂，添加了酚醛樹(shù)脂的巖棉氈在固化爐內(nèi)進(jìn)行烘干產(chǎn)生的廢氣中，除卻巖棉制品本身帶來(lái)的短纖維、粉塵外，還會(huì)產(chǎn)生未固化的酚醛樹(shù)脂及游離酚、游離醛等，特別是由于酚醛樹(shù)脂均是采用甲醛過(guò)量的方式配制，因此固化爐廢氣中的甲醛含量尤為甚。國(guó)內(nèi)大型巖棉廠對(duì)固化爐廢氣采用干法板式過(guò)濾，可將廢氣中的短纖維等過(guò)濾掉，但對(duì)苯酚、甲醛等有害氣體無(wú)任何作用，小型巖棉廠的固化爐廢氣更是直排，污染環(huán)境。

近年來(lái)全國(guó)各地尤其是華北地區(qū)大范圍的霧霾對(duì)巖棉生產(chǎn)企業(yè)再次敲響了警鐘，迫于環(huán)保部門的壓力，許多巖棉工廠耗費(fèi)大量人力物力，引進(jìn)噴淋塔、活性炭吸附等各種手段對(duì)生產(chǎn)線固化爐產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理，但效果均很不理想，主要原因仍是人們對(duì)巖棉工藝生產(chǎn)的理解有偏差，并非僅僅依靠上馬環(huán)保設(shè)備就可達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，需從巖棉生產(chǎn)工藝著手，研究固化爐廢氣中，各組分的來(lái)源，才能從根本上找出治理方案。文章將對(duì)巖棉生產(chǎn)線固化爐中產(chǎn)生的各類有害物質(zhì)的來(lái)源及其治理工藝、設(shè)備等進(jìn)行探討。

2 巖棉制品固化過(guò)程中污染物廢氣產(chǎn)生的機(jī)理

2.1 短纖維、粉塵、酚醛樹(shù)脂等

固化爐的原理是采用高溫?zé)犸L(fēng)穿透制品，帶走制品里的水分，同時(shí)對(duì)酚醛樹(shù)脂進(jìn)行快速固化，熱風(fēng)穿透棉板后采用燃燒器進(jìn)行再加熱，循環(huán)利用，同時(shí)需排出部分含水量較高的熱風(fēng)，即“排濕”工序，排濕風(fēng)即為固化爐廢氣。由于熱風(fēng)穿過(guò)巖棉制品，勢(shì)必會(huì)帶走一部分產(chǎn)品中未能粘結(jié)的短纖維和粉塵。又由于生產(chǎn)不同厚度和不同密度的產(chǎn)品的時(shí)候，所需的熱風(fēng)風(fēng)量、溫度也不盡相同，據(jù)悉許多巖棉工廠不懂如何對(duì)固化工序進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臒峁び?jì)算，為求制品的固化效果良好，只得簡(jiǎn)單增加熱風(fēng)風(fēng)量，導(dǎo)致有相當(dāng)一部分本應(yīng)存于制品內(nèi)的酚醛樹(shù)脂被吹至循環(huán)熱風(fēng)中，繼而進(jìn)入排濕風(fēng)，最終排入大氣。如圖1所示，被熱風(fēng)遷移至廢氣中的酚醛樹(shù)脂進(jìn)入板式過(guò)濾室后遇冷凝結(jié)，這也是許多巖棉工廠風(fēng)管內(nèi)油污嚴(yán)重的原因。

2.2 游離酚、游離醛等VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）氣體

在巖棉板等制品的生產(chǎn)過(guò)程中，采用的粘結(jié)劑為熱固性酚醛樹(shù)脂的預(yù)聚體，因此制品在固化爐內(nèi)硬化成型的過(guò)程中，產(chǎn)生的廢氣中會(huì)含有少量的游離酚、游離醛等有害氣體。同時(shí)由于固化爐作為一個(gè)高溫重型鏈條傳送的設(shè)備，鏈條潤(rùn)滑需要大量高溫潤(rùn)滑油，常用的潤(rùn)滑油遇高溫會(huì)揮發(fā)產(chǎn)生VOC類氣體污染物。

圖1 酚醛樹(shù)脂等隨廢氣遷移造成的污染

3 現(xiàn)階段固化爐廢氣處理存在的問(wèn)題及解決方法的探討

3.1 干式過(guò)濾法及其問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)大型巖棉生產(chǎn)線固化爐廢氣處理均采用巖棉板干法過(guò)濾的形式，建有大型的過(guò)濾室，利用巖棉板內(nèi)纖維的3D結(jié)構(gòu)對(duì)固化爐廢氣中的大顆粒、短纖維等進(jìn)行過(guò)濾，但此法對(duì)有機(jī)廢氣物無(wú)法起到作用。據(jù)此國(guó)內(nèi)巖棉廠根據(jù)其他行業(yè)VOC的處理經(jīng)驗(yàn)，在過(guò)濾室內(nèi)放置活性炭用以處理有機(jī)廢氣，但忽略了巖棉制品固化時(shí)，廢氣內(nèi)大量存在的水蒸氣，水蒸氣配合飄溢出的酚醛樹(shù)脂很快將活性炭堵死，實(shí)際使用時(shí)，半天功夫活性炭既已失效，必須更換，根本無(wú)法與長(zhǎng)至15天的一個(gè)爐期的生產(chǎn)線相匹配。

3.2 固化爐漏風(fēng)問(wèn)題及密封方式的改善

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)巖棉廠配套的固化爐用熱風(fēng)循環(huán)風(fēng)機(jī)均大大超過(guò)設(shè)計(jì)所需之風(fēng)量、風(fēng)壓，因固化爐漏風(fēng)問(wèn)題明顯，為達(dá)到制品的固化目的，許多循環(huán)風(fēng)機(jī)都超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，否則棉板固化不均，造成殘次品，但顯而易見(jiàn)酚醛樹(shù)脂也會(huì)進(jìn)入廢氣中。為此整理排查固化爐的漏風(fēng)點(diǎn)并采取相應(yīng)措施，如表1所示，經(jīng)在廊坊豪亞巖棉廠的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)密封后的固化爐，噸制品的天然氣消耗由65Nm/m3降低至32Nm/m3，同時(shí)循環(huán)風(fēng)機(jī)所需頻率減半，風(fēng)管及過(guò)濾室內(nèi)無(wú)炭化的酚醛樹(shù)脂，值得向所有巖棉廠推廣。

3.3 固化爐廢氣焚燒的處理及余熱再利用

經(jīng)過(guò)密封結(jié)構(gòu)的改善，酚醛樹(shù)脂遷移的問(wèn)題得到了解決，固化爐廢氣內(nèi)只剩酚醛樹(shù)脂帶入的游離醛及游離酚，針對(duì)此污染物，繼活性炭吸附法的失敗后，采用國(guó)際上主流的焚燒法，將廢氣加熱至760℃以上，將有機(jī)廢氣物盡數(shù)燒盡。采用150～180萬(wàn)大卡的燃燒器，在燃燒空間約20m3的焚燒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒，焚燒后的廢氣經(jīng)兩級(jí)換熱后通入固化爐內(nèi)對(duì)鏈板進(jìn)行預(yù)熱，最后進(jìn)入原有過(guò)濾室進(jìn)行過(guò)濾后排放；其中一級(jí)換熱器用于對(duì)固化爐廢氣進(jìn)行預(yù)熱至450～500℃，再通入焚燒爐內(nèi)；二級(jí)換熱器是將空氣進(jìn)行預(yù)熱，通入循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)，減小天然氣的消耗。如圖4所示。

目前國(guó)內(nèi)巖棉廠僅引進(jìn)國(guó)外的生產(chǎn)線（河北翔達(dá)等）采用了此類固化爐廢氣焚燒方案，國(guó)產(chǎn)生產(chǎn)線均未采用，在環(huán)保壓力日益增長(zhǎng)的今天，增配此套系統(tǒng)用以除去VOC類有害廢氣，達(dá)標(biāo)排放勢(shì)在必行。

3.4 精確定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)的應(yīng)用

由于固化爐是重型鏈輪機(jī)械，鏈條的潤(rùn)滑尤為重要，目前國(guó)內(nèi)大大小小的巖棉生產(chǎn)線的固化爐均采用傳統(tǒng)的按時(shí)間隨機(jī)進(jìn)行加注潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑方式，但根據(jù)機(jī)械構(gòu)造，需要潤(rùn)滑的僅是鏈條的銷軸部位，按時(shí)間隨機(jī)加注的潤(rùn)滑油真正能到達(dá)銷軸處的量是屈指可數(shù)，大部分潤(rùn)滑油都滴在了鏈條上、鏈板上甚至軌道上，造成浪費(fèi)的同時(shí)形成二次污染，過(guò)量的潤(rùn)滑油長(zhǎng)期積存，遇熱揮發(fā)至固化爐廢氣中，導(dǎo)致排出的廢氣青煙滾滾，有機(jī)廢氣物量大增，為此開(kāi)發(fā)使用精確定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)勢(shì)在必行。

國(guó)內(nèi)部分巖棉廠已先行一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用接近開(kāi)關(guān)偵測(cè)鏈條運(yùn)行頻次，當(dāng)銷軸運(yùn)轉(zhuǎn)至噴油嘴處時(shí)，啟動(dòng)油泵，潤(rùn)滑油滴入。但巖棉生產(chǎn)用固化爐體積較大，有四根鏈條需要同時(shí)潤(rùn)滑，且為適應(yīng)不同容重的制品規(guī)格，固化爐主線速度會(huì)有10m/min的差別，若配套四組系統(tǒng)成本較大，且難以集中有效控制；若用一臺(tái)油泵供給上下鏈條使用，當(dāng)主線速度過(guò)快或過(guò)慢時(shí)，油滴的精準(zhǔn)度就大打折扣，實(shí)驗(yàn)效果均不理想。

針對(duì)此難題開(kāi)發(fā)出壓縮空氣噴吹功能的定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)，如圖5所示。配合上整套氣路及元器件，定點(diǎn)噴油系統(tǒng)在每次獲取到信號(hào)后，均是將潤(rùn)滑油噴至軸銷處，一改以往滴落的現(xiàn)象。無(wú)論主線速度開(kāi)至多少，定點(diǎn)噴油均可滿足工作要求。

圖5 壓縮空氣噴吹功能的定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)

目前此系統(tǒng)在南京彤天巖棉二線運(yùn)轉(zhuǎn)良好，車間內(nèi)干凈整潔，一改過(guò)往油跡斑斑的現(xiàn)象。更重要的是避免了潤(rùn)滑油受熱揮發(fā)，有機(jī)廢氣物大大減少，固化爐廢氣青煙不再，環(huán)保意義重大，適合往所有巖棉工廠推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

環(huán)保問(wèn)題需用辯證的思維去看待，具體問(wèn)題需具體分析，采用活性炭吸附VOC的方式也許在其他化工等領(lǐng)域十分適用，但在巖棉生產(chǎn)線固化爐廢氣的處理中宣告失敗。同時(shí)，環(huán)保的問(wèn)題并非是簡(jiǎn)單的“上馬”除塵器、脫硫等各種環(huán)保設(shè)備就能解決的，本身生產(chǎn)工藝和設(shè)備的優(yōu)化到位會(huì)有事半功倍的成效，像文章所述的固化爐的密封改進(jìn)、廢氣的焚燒處理、精確定點(diǎn)噴油潤(rùn)滑系統(tǒng)的使用等，才能達(dá)到最終的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T25975-2010，建筑外墻外保溫用巖棉制品[S].2011.

[2] 歐亞男.酚醛樹(shù)脂膠粘劑低溫快速固化研究[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2007：3-5.

[3] 張耀明，李巨白，姜肇中.玻璃纖維與礦物棉全書[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：652-653.

[4] 李守信，金平，張文智等.采用活性炭纖維吸附裝置回收VOC的優(yōu)點(diǎn)分析[J].化工環(huán)保，2004，24（S1）：274-276.

[5] 李軍，晏鑫，豐鎮(zhèn)平等.基于多孔介質(zhì)模型的刷式密封泄漏流動(dòng)特性研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，41（07）：768-771.

作者簡(jiǎn)介：周克沖（1989- ），男，中材科技股份有限公司工程公司，助理工程師，研究方向：巖礦棉的研究與工程設(shè)計(jì)。