淺述熔鋁爐廢氣處理經(jīng)驗(yàn)

曾思賢

（佛山市富龍環(huán)保科技有限公司，廣東 佛山 528000）

1 熔鋁爐廢氣來(lái)源及特點(diǎn)

熔鋁爐燃燒加熱使用的燃料一般有重油、煤、天然氣等。根據(jù)其生產(chǎn)過(guò)程分析，熔鋁爐廢氣主要污染物有：燃料燃燒煙氣，包含燃燒后產(chǎn)生的灰分及未完全燃燒的燃料；原材料鋁燃燒產(chǎn)生的氧化鋁；投入鋁廢料中夾雜的油漆、油脂類物質(zhì)、包裝物等的燃燒產(chǎn)物；投入的除渣、調(diào)質(zhì)添加物等。主要表現(xiàn)污染指標(biāo)為顆粒物、二氧化硫、氟化物等。氟化物含量比較少，主要由打渣劑、精煉劑帶入，但由其造成對(duì)污染治理設(shè)備的腐蝕比較厲害。特別是對(duì)于燃燒天然氣的熔鋁爐，其燃燒時(shí)產(chǎn)生的水蒸汽量相對(duì)較大，水蒸汽與氟化物結(jié)合形成氫氟酸對(duì)環(huán)保設(shè)備的腐蝕將會(huì)更嚴(yán)重。因此，在以天然氣為燃料的熔鋁爐廢氣處理項(xiàng)目中，環(huán)保設(shè)備和管道應(yīng)盡量采用耐腐蝕的材料，如304不銹鋼等。由于爐體溫度較高，粘附在鋁金屬表面的有機(jī)可燃物基本在爐堂內(nèi)就被完全燃燒，因此廢氣中基本上不存在揮發(fā)性有機(jī)物。采用沖天爐及鉗鍋爐的熔鋁爐，鋁合金廢料在爐頂堆積，并緩慢投入，由爐堂帶出的廢氣對(duì)投入廢料有緩慢加熱的過(guò)程，使得廢氣中含有大量的揮發(fā)性，未完全燃燒產(chǎn)物，形成燃燒廢氣與揮發(fā)性有機(jī)廢氣的混合廢氣，難以處理，不過(guò)沖天爐與鉗鍋爐已經(jīng)基本淘汰，很少使用。

2 爐體結(jié)構(gòu)及集氣罩設(shè)計(jì)

由于鋁錠、鋁廢料的投加需要，清渣除灰，精煉等過(guò)程的操作需要，熔鋁爐一般設(shè)計(jì)為開(kāi)放式爐體結(jié)構(gòu)——前面開(kāi)方形大爐門，方便投料、扒渣、精煉等操作，左則或右則安裝燃燒機(jī)，后面為出料口及鑄造區(qū)。熔鑄爐的廢氣基本從爐門口溢出，如果采用蓄熱體燃燒系統(tǒng)，則有少量廢氣從排氣風(fēng)機(jī)排出。由于熔鋁爐廢氣具有高溫、高濃度的特點(diǎn)，只要有少量廢氣溢出，就造成擴(kuò)散，并且更加難于收集。因此集氣罩的合理設(shè)計(jì)就變得特別關(guān)鍵，既不能太大（太大會(huì)增加對(duì)擴(kuò)散部分的收集量，加大建設(shè)規(guī)模及投資），又不能太?。ㄌ?huì)造成收集不夠充分，影響生產(chǎn)工人操作），同時(shí)還要考慮外界橫風(fēng)對(duì)收集的影響。為保證廢氣的充分收集又不影響熔煉操作，一般設(shè)計(jì)采用三面密閉，單面開(kāi)口的大型集氣罩對(duì)熔鋁爐廢氣進(jìn)行收集，根據(jù)爐口的尺寸設(shè)置罩寬，在不影響操作的情況下不宜過(guò)寬，左右兩側(cè)的密封擋板超出爐口1m左右，一般在總寬在5m～6m寬左右為宜；罩深須根據(jù)爐口的斜度進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般為4.5m～5.5m左右，如果斜度較大，且爐門上有排氣孔，應(yīng)加大一點(diǎn)深度，保證不讓排氣孔噴出廢氣逃逸；罩口高度一般為3.5m～4m，以不影響機(jī)械車加料為宜，必要時(shí)可設(shè)計(jì)升降罩門，當(dāng)無(wú)需機(jī)械加料車進(jìn)出操作時(shí)，適當(dāng)降低罩門可減少?gòu)U氣收集量但同時(shí)又保證了廢氣的充分收集；罩口頂部預(yù)留一定的儲(chǔ)氣空間，約1.5m～2m，集氣罩頂斗坡度不應(yīng)小于45°。特別地，提升爐門的鏈條一般會(huì)穿后罩出爐頂，因而形成鏈條孔并造成廢氣泄漏，雖然鏈條孔的面積較小，約有0.1m2，但其漏出廢氣為高溫高濃度廢氣，擴(kuò)散后仍然會(huì)形成比較大的影響，為此設(shè)計(jì)采用“套管+則吸”的收集方式可以比較完整地收集該股廢氣。

3 生產(chǎn)過(guò)程及工況

鋁的熔鑄過(guò)程一般為：配料裝爐→加熱升溫熔化→扒渣攪拌→二次投料→扒渣攪拌→調(diào)質(zhì)精煉→扒渣→靜置→鑄造。每個(gè)階段產(chǎn)生的廢氣量及濃度均不相同，在冷爐并且剛開(kāi)始加熱升溫時(shí)，如果采用的燃料為重油，還會(huì)由于爐體溫度較低，產(chǎn)生未完全燃燒重油煙霧，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)減少噴油量，否則廢氣量相對(duì)較大，廢氣顆粒物濃度高；但當(dāng)爐體溫度升高到300°以上時(shí)，加熱升溫時(shí)段的廢氣量和濃度均會(huì)有所減少；在投加打渣劑、精煉劑、進(jìn)行扒渣、攪拌、精煉時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的白色廢氣；二次投料如果投入的是含雜質(zhì)較多的回收廢鋁（如噴涂料、破碎料等），或含有大量包裝物的廢鋁合金材料，則會(huì)瞬間產(chǎn)生大量的濃黑廢氣，該過(guò)程廢氣產(chǎn)生量為平時(shí)燃燒計(jì)算燃燒廢氣量的3倍～5倍，而且濃度較大，廢氣溫度也會(huì)瞬間升至150℃以上；而調(diào)質(zhì)結(jié)束后的靜置和鑄造過(guò)程則基本上不產(chǎn)生廢氣?；谝陨瞎r的變化，在廢氣量及工程規(guī)模計(jì)算時(shí)，必須考慮最惡劣情況下（即投加劣質(zhì)廢料時(shí)）的廢氣產(chǎn)生量及橫風(fēng)對(duì)收集的影響，而不是以燃燒燃料的煙氣量進(jìn)行計(jì)算，一般設(shè)計(jì)5萬(wàn)m3/h～6萬(wàn)m3/h.爐。

扒渣過(guò)程即是將熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的雜質(zhì)灰渣清理出爐堂，由于灰渣里面仍含有少量鋁，灰渣清理扒出后送入炒灰機(jī)進(jìn)行渣鋁分離，該炒灰過(guò)程產(chǎn)生約1萬(wàn)m3/h廢氣。分別設(shè)計(jì)前罩、炒鍋、后罩（出灰及攤灰）對(duì)產(chǎn)生的炒灰廢氣進(jìn)行收集，并設(shè)置相應(yīng)的支管閥門。炒灰廢氣的濃度較高，甚至含有大顆粒雜質(zhì)，應(yīng)設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器作為炒灰廢氣的預(yù)處理。抄灰結(jié)束后，需要對(duì)剩余灰渣進(jìn)行冷卻，一般有就地?cái)偦液蜋C(jī)械篩灰兩種形式，剩余灰渣的攤灰冷卻過(guò)程會(huì)產(chǎn)生少量廢氣，廢氣溫度相對(duì)較低且產(chǎn)生過(guò)程相對(duì)持久，因此應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)半密閉收集罩，且盡量靠近攤灰地面，避免其擴(kuò)散后難以收集。采用篩灰機(jī)冷卻的，直接接引冷卻區(qū)排氣管就行。

4 處理工藝及設(shè)備選用

熔鋁爐廢氣處理的工藝一般設(shè)計(jì)如下圖：

圖1 PPW/CDFM+MCS熔鋁爐廢氣處理項(xiàng)目工藝流程圖

抄灰機(jī)、攤灰過(guò)程產(chǎn)生的廢氣經(jīng)集氣罩收集后先進(jìn)入旋風(fēng)除塵器進(jìn)行預(yù)處理，去除大顆?；曳?；然后與熔鋁爐集氣罩收集的廢氣一起進(jìn)入沉降室，并在沉降室內(nèi)得到緩沖降溫、去火花等預(yù)處理后再進(jìn)入布袋除塵器；廢氣中幾乎所有粉塵顆粒物均在布袋除塵器中得到隔離去除；隨后廢氣經(jīng)由風(fēng)機(jī)鼓入噴淋吸收塔以脫除廢氣中含有的二氧化硫等酸性物質(zhì)，最后經(jīng)由煙囪達(dá)標(biāo)排放。布袋除塵器根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地條件的要求可選用PPW氣箱脈沖式或CDFM低壓行噴脈沖式，除塵布袋一般選擇采用經(jīng)覆ptfe微孔薄膜的滌綸針刺氈布袋，布袋過(guò)濾風(fēng)速設(shè)計(jì)為1.0m/min～1.2m/min。布袋除塵器一般應(yīng)設(shè)置離線閥進(jìn)行離線清灰，可以使清灰過(guò)程比較徹底，清理的灰塵自動(dòng)落入布袋除塵器底部的灰斗，同時(shí)配合灰斗倉(cāng)壁振動(dòng)器和星形卸灰閥對(duì)灰斗儲(chǔ)灰進(jìn)行卸灰。在廢氣收集管路上設(shè)計(jì)3個(gè)溫度探測(cè)點(diǎn)，并分別在沉降室，除塵設(shè)備進(jìn)風(fēng)口處設(shè)計(jì)3級(jí)降溫系統(tǒng)對(duì)收集的高溫廢氣進(jìn)行降溫；在布袋除塵器的箱室間設(shè)計(jì)隔板，既保證其各箱室間不相互串風(fēng)，又防止布袋發(fā)生著火燃燒時(shí)串燒至其他箱室。

布袋除塵器的清灰和卸灰過(guò)程均采用“觸摸屏+PLC”自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，布袋的清灰間隔、清灰強(qiáng)度，卸灰頻率，卸灰時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)可根據(jù)不同污染負(fù)荷對(duì)應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。該自動(dòng)控制系統(tǒng)同時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率、電流及各工藝部位廢氣溫度進(jìn)行監(jiān)控并形成曲線圖記錄，并對(duì)運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生的超溫、故障進(jìn)行報(bào)警并記錄。有利于使用單位和設(shè)計(jì)單位對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)掌握，并及時(shí)對(duì)運(yùn)行參數(shù)作相關(guān)調(diào)整。

鋁熔鑄爐廢氣經(jīng)布袋除塵處理后，如果燃燒的是天然氣，廢氣經(jīng)煙囪直接排放；如果使用的是其他含有硫的燃料，則需經(jīng)脫硫噴淋吸收塔作進(jìn)一步處理后再排入大氣，需要用到脫硫塔的一般采用多級(jí)旋流板噴淋吸收塔。鋁熔鑄爐廢氣經(jīng)以上處理單元處理后，排放廢氣顆粒物實(shí)測(cè)濃度可以達(dá)到30mg/N.m3以下，二氧化硫濃度則可以達(dá)到10mg/N.m3以下，均優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 節(jié)能設(shè)計(jì)

為保證熔鋁爐廢氣充分收集，除了對(duì)應(yīng)廢氣產(chǎn)生量和性質(zhì)，強(qiáng)化、細(xì)化集氣罩的設(shè)計(jì)外，設(shè)計(jì)還引入了“罩閥+變頻”自動(dòng)控制系統(tǒng)，達(dá)到了充分節(jié)省運(yùn)行成本的目的。其控制原理為：靜置和鑄造過(guò)程，無(wú)廢氣產(chǎn)生，關(guān)閉所有收集罩閥門，風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止；升溫加熱時(shí)打開(kāi)小閥門，收集燃燒廢氣；打渣精煉時(shí)及初始升溫時(shí)，開(kāi)啟大閥門，收集大股廢氣；二次投加廢料時(shí)，大小閥門均開(kāi)啟，強(qiáng)化該工況下產(chǎn)生的大量廢氣收集；抄灰機(jī)罩閥及攤灰罩閥開(kāi)啟時(shí)相應(yīng)增加一定的風(fēng)機(jī)頻率。以上控制過(guò)程可通過(guò)在觸摸屏參數(shù)設(shè)置項(xiàng)中設(shè)定每一種工作狀態(tài)下，開(kāi)啟的風(fēng)機(jī)頻率，并可隨時(shí)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行調(diào)整，保證廢氣剛好收集而不至于浪費(fèi)電能。

6 結(jié)論

熔鋁爐廢氣收集處理成敗的關(guān)鍵細(xì)節(jié)有：集氣罩、鏈條廢氣收集罩、抄灰機(jī)、攤灰區(qū)集氣罩的設(shè)計(jì)；沉降室及自動(dòng)降溫除火花控制系統(tǒng)；布袋除塵器選用；布袋除塵器均風(fēng)系統(tǒng)、離線閥及清灰系統(tǒng)、振動(dòng)器、卸灰閥控制系統(tǒng)；脈沖清灰自動(dòng)控制系統(tǒng)，“罩閥+變頻”自動(dòng)控制系統(tǒng)等。實(shí)踐證明，以上處理單元有機(jī)組成了一套完整、高效的熔鋁爐廢氣處理系統(tǒng)。