隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展,國防、軍工現(xiàn)代化建設(shè)和科技進(jìn)步的需要,各種鋁及鋁合金材料被首選為解決能源、環(huán)境和安全的基礎(chǔ)材料,被廣泛地應(yīng)用在各相關(guān)領(lǐng)域,使鋁及鋁合金加工業(yè)進(jìn)入了一個嶄新的高速發(fā)展時期。經(jīng)過半個世紀(jì)的發(fā)展,目前我國已是全球最大的鋁擠壓材生產(chǎn)國、出口國與消費(fèi)國。目前我國工業(yè)鋁型材的消耗量增幅明顯高于建筑鋁型材,工業(yè)鋁型材將會成為我國鋁擠壓材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。鋁在熔鑄過程中產(chǎn)生大量廢氣煙塵,如不妥善治理,將會對環(huán)境造成很大污染。本文結(jié)合某鋁業(yè)有限公司工程對鋁加工熔鑄過程中產(chǎn)生的煙塵收集、凈化處理進(jìn)行了研究。
1 熔鑄煙塵產(chǎn)生及危害
鋁型材熔煉和鑄造工序主要是對鋁型材產(chǎn)品的合金成份進(jìn)行調(diào)配,是保證鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。鋁加工過程中,熔鋁爐為了熔化鋁錠等金屬材料需加熱到較高的溫度。因此,在原料投加熔解、除雜純化等過程中,熔鋁爐開爐時會逸出大量的含塵氣體。該含塵廢氣污染物成份主要由熔化過程投加的原料成份確定。鋁型材生產(chǎn)企業(yè)的主要生產(chǎn)原料是鋁錠,為了提高產(chǎn)品某些特殊性能,一般還會向熔鋁爐加入少量的鎂、硅和稀土元素進(jìn)行成份調(diào)整,此外,還會加入精煉劑(含有冰晶石Na3AlF6)和少量惰性氣體除去鋁熔體中的少量H2。因此,該含塵廢氣主要含有鋁、鎂等金屬顆粒物以及氟化物和一些稀土元素。這些污染物微粒較小,部分以氣溶膠的形態(tài)產(chǎn)生。對于部分以廢鋁為主要生產(chǎn)原料的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)來說,由于廢鋁表面還含有鎳、錫、鉻和有機(jī)涂料等物質(zhì),這類企業(yè)熔鋁爐和搓灰爐產(chǎn)生的工藝廢氣中還含有鎳、錫、鉻等金屬和有機(jī)物質(zhì),污染物成份更為復(fù)雜。為了有效地降低熔鋁爐工藝廢氣對環(huán)境的污染,鋁型材生產(chǎn)企業(yè)一般在熔鋁爐等設(shè)備上方設(shè)置集氣罩,利用風(fēng)機(jī)將該含塵廢氣引入袋式除塵器進(jìn)行除塵處理[1]。對于那些以廢鋁為主要生產(chǎn)原料的鋁型材生產(chǎn)企業(yè)來說,控制入爐廢鋁的純度,盡量減少廢鋁中的雜質(zhì)含量,是減少熔鋁過程污染物的有效方法。熔鋁爐的煙塵特點(diǎn)是粉塵細(xì)而輕,粉塵排入大氣還會造成大氣污染,某些有害氣體、液體或某些金屬元素都能吸附在粉塵上,隨著人的呼吸而被帶入肺部深處或粘附在支氣管的管壁上,引起或加重呼吸器官的各種疾病。另外,空氣中的粉塵還會降低大氣的能見度,生成的煙霧能減少到達(dá)地球表面的太陽輻射能量。
2 熔鑄煙塵的治理
煙塵治理目的一是最大限度地使煙氣中的塵粒得到收集,使有害氣體轉(zhuǎn)化為無害的和穩(wěn)定的物質(zhì),以達(dá)到相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)。對于鋁合金熔煉和搓灰時產(chǎn)生煙塵的治理,首先要從源頭進(jìn)行控制,加強(qiáng)原材料的預(yù)處理和分類,盡量選用雜質(zhì)較少的原材料和燃料,減少污染物的產(chǎn)生量;二是盡量選用無污染的添加劑;三是提高熔煉技術(shù),減少廢物的產(chǎn)生量[2]。除塵是捕集、分離含塵氣流中的粉塵等固體顆粒物的技術(shù),除塵器是用于捕集、分離懸浮于空氣或氣體中粉塵粒子的設(shè)備。除塵器的種類很多,一般根據(jù)主要除塵機(jī)理的不同可分為重力、慣性、離心、過濾、洗滌、靜電等六大類,具體分析對比如下:
2.1 重力除塵
重力除塵技術(shù)是利用粉塵顆粒的重力沉降作用而使粉塵與氣體分離的除塵技術(shù)。利用重力除塵是一種最古老最簡易的除塵方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是：1)結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)容易;(2)阻力低,一般約為50-150Pa,主要是氣體入口和出口的壓力損失;(3)維護(hù)費(fèi)用低,經(jīng)久耐用;(4)可靠性優(yōu)良,很少有故障。它的缺點(diǎn)是1)除塵效率低,一般只有40%-50%,適用于捕集大于50μm粉塵粒子;(2)設(shè)備較龐大,適合處理中等氣量的常溫或高溫氣體,多作為多級除塵的預(yù)除塵使用。當(dāng)塵量很大或粒度很粗時,對串聯(lián)使用的下一級除塵器會產(chǎn)生有害作用時,先使用重力除塵器預(yù)先凈化是特別有利的。
2.2 慣性除塵
慣性除塵技術(shù)是指借助擋板使氣流改變方向,利用氣流中塵粒的慣性力使之分離的技術(shù)。在慣性除塵器內(nèi),主要是使氣流急速轉(zhuǎn)向,或沖擊在擋板上再急速轉(zhuǎn)向,其中顆粒由于慣性效應(yīng),其運(yùn)動軌跡就與氣流軌跡不一樣,從而使兩者獲得分離。氣流速度高,這種慣性效應(yīng)就大,所以這類除塵器的體積可以大大減少,占地面積也小,沒有活動部件,可用于高溫和高濃度粉塵場合,對細(xì)顆粒的分離效率比重力除塵器大為提高,可捕集到10μm的顆粒。慣性除塵器的阻力在600-1200Pa之間。慣性除塵器的主要缺點(diǎn)是磨損嚴(yán)重,從而影響其性能。
2.3 旋風(fēng)除塵器
旋風(fēng)除塵器的工作過程是當(dāng)含塵氣體由切向進(jìn)氣口進(jìn)入旋風(fēng)分離器時氣流將由直線運(yùn)動變?yōu)閳A周運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)氣流的絕大部分沿器壁自圓筒體呈螺旋形向下、朝錐體流動,通常稱此為外旋氣流,含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力,將相對密度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸,便失去徑向慣性力而靠向下的動量和向下的重力沿壁面下落,進(jìn)入排灰管,旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣體到達(dá)錐體時,因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。當(dāng)氣流到達(dá)錐體下端某一位置時,即以同樣的旋轉(zhuǎn)力方向從旋風(fēng)分離器中部,由下反轉(zhuǎn)向上,繼續(xù)做螺旋性流動,即內(nèi)旋氣流。最后凈化氣體經(jīng)排氣管排出管外,一部分未被捕集的塵粒也由此排出。旋風(fēng)除塵器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,造價便宜,體積小,無運(yùn)行部件,操作維修方便,壓力損失中等,動力消耗不大;缺點(diǎn)是除塵效率不高,對于流量變化大的含塵氣體性能較差。旋風(fēng)除塵器可以單獨(dú)使用,也可以作多級除塵系統(tǒng)的預(yù)除塵之用。
2.4 袋式除塵器
袋式除塵器是通過多孔過濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵、并使氣體得以凈化的設(shè)備。按照過濾材料和工作對象的不同,可分為袋式除塵器、顆粒層除塵器、空氣過濾器三種類型。用濾袋進(jìn)行過濾與分離粉塵顆粒時,可以讓含塵氣體從濾袋外部進(jìn)入到內(nèi)部,把粉塵分離在濾袋外表面,也可以使含塵氣體從濾袋內(nèi)部流向外部,將粉塵分離在濾袋內(nèi)表面。含塵氣體通過濾袋分離與過濾完成除塵過程。袋式除塵器的突出優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高,屬高效除塵器,除塵效率一般大于99%。運(yùn)行穩(wěn)定,不受風(fēng)量波動影響,適應(yīng)性強(qiáng),不受粉塵比電阻值限制。因此,應(yīng)用最為廣泛,它的應(yīng)用數(shù)量約占各類除塵器的總量的60%-70%。袋式除塵器的不足之處是不宜處理潮解、黏性的粉塵。
2.5 濕式除塵器
濕式除塵器主要是通過含塵氣流與液滴或液膜的接觸,在液體與粗大塵粒的互相碰撞、滯留,細(xì)微塵的擴(kuò)散、相互凝聚等凈化機(jī)理的共同作用下,使塵粒從氣流中分離出來凈化氣流的。濕式除塵器結(jié)構(gòu)簡單,投資低,占地面積小,除塵效率高,能同時進(jìn)行有害氣體的凈化,但不能干法回收物料,泥漿處理比較困難,有時要設(shè)置專門的廢水處理系統(tǒng)。
2.6 靜電除塵器
靜電除塵器是利用靜電力將氣體中的粉塵或液滴分離出來的除塵設(shè)備。它與其他除塵器相比,其顯著特點(diǎn)是:幾乎對各種粉塵、煙霧等,直至極其微小的顆粒都有很高的除塵效率;即使高溫、高壓氣體也能應(yīng)用;設(shè)備阻力低(100-300Pa),耗能少;維護(hù)檢修不復(fù)雜[3]。
3 長袋低壓脈沖袋式除塵器工作原理
在借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合鋁加工行業(yè)熔保爐煙塵排放的特性,低壓脈沖袋式除塵器具有體積小、重量輕、安裝周期短、設(shè)備價格低及除塵效率高等特點(diǎn),目前非常好地應(yīng)用于鋁加工行業(yè)熔保爐煙塵凈化處理[4]。長袋低壓脈沖袋式除塵器主要由凈氣室(上箱體) 、塵氣室、灰斗、噴吹裝置、濾袋及濾袋框架、輸灰裝置等部件組成。含塵氣體由除塵器進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入塵氣室后,由于氣流斷面的突然擴(kuò)大,氣流中一部分大顆粒粉塵因慣性而落人灰斗,顆粒小的粉塵進(jìn)入濾袋室后,通過篩分、慣性、粘附、擴(kuò)散和靜電等作用而被收集、阻留在濾袋外側(cè),凈化后的氣體則進(jìn)入袋內(nèi),匯集到凈氣室,經(jīng)出口管道排出。濾袋內(nèi)有骨架,防止負(fù)壓運(yùn)行時被吸癟。濾袋經(jīng)一定過濾操作時間后,由于粘附等作用,塵粒在濾布網(wǎng)孔間產(chǎn)生架橋現(xiàn)象,使氣流通過濾布的孔徑變小,濾布網(wǎng)孔及表面迅速截留粉塵形成粉塵層。隨著濾袋外表面的粉塵不斷增加,設(shè)備阻力上升,當(dāng)運(yùn)行到設(shè)定的時間或壓差達(dá)到設(shè)定值時,壓力控制儀發(fā)出信號,噴吹裝置工作,壓縮空氣從氣包通過脈沖閥經(jīng)噴吹管上的噴嘴射入各濾袋內(nèi),由于膨脹產(chǎn)生的加速度和反向氣流的作用,附在濾袋外表面的粉塵脫離濾袋落入灰斗,經(jīng)輸灰裝置排出。噴吹結(jié)束后,濾袋即恢復(fù)過濾狀態(tài)。
4 長袋低壓脈沖袋式除塵器的主要特點(diǎn)
(1)噴吹壓力低:在長袋低壓脈沖袋式除塵器中,為了獲得較好的清灰效果,通常采用淹沒式脈沖閥。因淹沒式脈沖閥直接裝在穩(wěn)壓氣包上,減少了脈沖閥阻力,故其能快速啟閉,所需清灰壓力低。淹沒式脈沖閥噴吹壓力一般不超過0.25～0.60MPa,在清灰能力相同的條件下,僅為高壓脈沖噴吹壓力的1/3～1/4。因?yàn)槠鋰姶祲毫^低,所以在氣源壓力不足的場合,通常也能達(dá)到預(yù)期的清灰效果。
(2)噴吹時間短:采用淹沒式脈沖閥,脈沖閥噴吹時間一般在 0.1 s以下,為達(dá)到時間比較短的有效性,有了很大的保障。
(3)清灰能力強(qiáng):省去了傳統(tǒng)的引射器,直接利用袋門起引射作用。增大噴吹管徑,并以噴嘴代替噴孔。采用壓縮空氣 (或氮?dú)?做清灰氣源,清灰氣流可有效地作用于10m長的濾袋,通常一個脈沖可滿足34m2,甚至更多濾袋的清灰。對長袋低壓脈沖袋式除塵器而言,濾袋長徑比取 (20:1)～(30:1)是比較合適的。
(4)濾袋更換方便 、收塵效率高:采用針刺氈濾袋,且濾袋袋口通過彈性脹圈嵌入花板孔內(nèi),安裝牢固、嚴(yán)密,故其可獲得較高的收塵效率,入口含塵濃度可達(dá)30g/m3。這是靠綁扎或壓緊等安裝方式達(dá)不到的。
(5)設(shè)備重量輕、成本低:因?yàn)樵诔龎m設(shè)備中采用了新型的長袋式,有效地減小了設(shè)備的占地面積,設(shè)備的重量也大大減輕,成本降低。
(6)自動化程度高:系統(tǒng)控制以PLC為控制核心,觸摸屏為人機(jī)界面,引風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速,全自動化運(yùn)營。實(shí)踐表明,系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)。包括除塵設(shè)備系統(tǒng)各參數(shù)(溫度、壓力、流量、清灰間隔和周期、閥門位置等)的監(jiān)測控制、各種故障(如閥門誤動作等)的顯示、清灰程序控制等。其抗干擾性能強(qiáng),在供電電壓波動、環(huán)境溫度較高或較低及粉塵干擾的條件下均能穩(wěn)定工作。
5 結(jié)語
鋁型材生產(chǎn)和加工過程中環(huán)境污染源的分析,必須從實(shí)際的生產(chǎn)過程入手。隨著鋁型材生產(chǎn)工藝和技術(shù)的發(fā)展,可能會有新的污染源隨之產(chǎn)生。為了減少鋁型材生產(chǎn)和加工過程對環(huán)境所造成的影響,最有效的污染防治辦法就是在生產(chǎn)過程中實(shí)行清潔生產(chǎn),采用低污染的原材料,研究推廣低能耗、低污染的生產(chǎn)工藝,最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的“雙贏”。
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