季蘭

（沈陽環(huán)境科學研究院，遼寧沈陽 110016）

鋁型材加工熔鑄煙塵凈化技術研究
——以某鋁業(yè)公司工程為例

季蘭

（沈陽環(huán)境科學研究院，遼寧沈陽 110016）

我國鋁型材行業(yè)最近幾年發(fā)展迅猛，無論是產(chǎn)量還是生產(chǎn)規(guī)模，都居有色金屬之首。但是，由于該行業(yè)的環(huán)境保護工作還相對落后，很大程度地制約了企業(yè)的發(fā)展擴大。本文通過對鋁型材行業(yè)熔煉時產(chǎn)生的廢氣治理技術的分析，結(jié)合某鋁業(yè)有限公司相關的工程實例，得出一套有效的廢氣治理工藝技術，從而實現(xiàn)鋁型材行業(yè)高速發(fā)展和環(huán)境保護的相互統(tǒng)一。

鋁型材企業(yè) 廢氣污染 除塵

隨著國民經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，國防、軍工現(xiàn)代化建設和科技進步的需要，各種鋁及鋁合金材料被首選為解決能源、環(huán)境和安全的基礎材料，被廣泛地應用在各相關領域，使鋁及鋁合金加工業(yè)進入了一個嶄新的高速發(fā)展時期。經(jīng)過半個世紀的發(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)品的合金成份進行調(diào)配，是保證鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵步驟。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、鉻等金屬和有機物質(zhì)，污染物成份更為復雜。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)一般在熔鋁爐等設備上方設置集氣罩，利用風機將該含塵廢氣引入袋式除塵器進行除塵處理［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。

熔鋁爐的煙塵特點是粉塵細而輕，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)，以達到相關的排放標準。對于鋁合金熔煉和搓灰時產(chǎn)生煙塵的治理，首先要從源頭進行控制，加強原材料的預處理和分類，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，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，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備。除塵器的種類很多，一般根據(jù)主要除塵機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。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)點是：（1）結(jié)構(gòu)簡單，維護容易；（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）維護費用低，經(jīng)久耐用；（4）可靠性優(yōu)良，很少有故障。它的缺點是：（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除塵使用。當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先凈化是特別有利的。

2.2 慣性除塵

慣性除塵技術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。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，其運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是磨損嚴重，從而影響其性能。

2.3 旋風除塵器

旋風除塵器的工作過程是當含塵氣體由切向進氣口進入旋風分離器時氣流將由直線運動變?yōu)閳A周運動。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，進入排灰管，旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣體到達錐體時，因圓錐形的收縮而向除塵器中心靠攏。當氣流到達錐體下端某一位置時，即以同樣的旋轉(zhuǎn)力方向從旋風分離器中部，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。旋風除塵器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，體積小，無運行部件，操作維修方便，壓力損失中等，動力消耗不大；缺點是除塵效率不高，對于流量變化大的含塵氣體性能較差。旋風除塵器可以單獨使用，也可以作多級除塵系統(tǒng)的預除塵之用。

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。用濾袋進行過濾與分離粉塵顆粒時，可以讓含塵氣體從濾袋外部進入到內(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)點是除塵效率高，屬高效除塵器，除塵效率一般大于99%。運行穩(wěn)定，不受風量波動影響，適應性強，不受粉塵比電阻值限制。因此，應用最為廣泛，它的應用數(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，細微塵的擴散、相互凝聚等凈化機理的共同作用下，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備。它與其他除塵器相比，其顯著特點是：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、高壓氣體也能應用；設備阻力低（100-300Pa），耗能少；維護檢修不復雜［3］。

3 長袋低壓脈沖袋式除塵器工作原理

在借鑒國外先進經(jīng)驗的基礎上，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、設備價格低及除塵效率高等特點，目前非常好地應用于鋁加工行業(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風口進入塵氣室后，由于氣流斷面的突然擴大，氣流中一部分大顆粒粉塵因慣性而落人灰斗，顆粒小的粉塵進入濾袋室后，通過篩分、慣性、粘附、擴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，防止負壓運行時被吸癟。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，設備阻力上升，當運行到設定的時間或壓差達到設定值時，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，濾袋即恢復過濾狀態(tài)。

4 長袋低壓脈沖袋式除塵器的主要特點

（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。因為其噴吹壓力較低，所以在氣源壓力不足的場合，通常也能達到預期的清灰效果。

（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，為達到時間比較短的有效性，有了很大的保障。

（3）清灰能力強：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 （或氮氣）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、嚴密，故其可獲得較高的收塵效率，入口含塵濃度可達30g/m3。這是靠綁扎或壓緊等安裝方式達不到的。

（5）設備重量輕、成本低：因為在除塵設備中采用了新型的長袋式，有效地減小了設備的占地面積，設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，觸摸屏為人機界面，引風機采用變頻調(diào)速，全自動化運營。實踐表明，系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、人機界面友好等特點。包括除塵設備系統(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，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，必須從實際的生產(chǎn)過程入手。隨著鋁型材生產(chǎn)工藝和技術的發(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，最終實現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益的“雙贏”。

［1］王君，李棟源.鋁型材生產(chǎn)企業(yè)工藝介紹和污染源分析探討［J］.科技創(chuàng)新導報，2012.6， 61～63.

［2］陳維平，黃丹，江帆，羅洪峰，李元元.鑄造行業(yè)節(jié)能減排的對策分析［J］.2008中國鑄造活動周論文集，2008，65～74.

［3］阮彩群，李芳艷，裴青青.工業(yè)安全與環(huán)保［J］.2009.35（6），13～14

［4］王自燾.中國鋁型材工業(yè)的發(fā)展與現(xiàn)狀［J］.輕合金加工技術，2002，30（2）：11～15.

China's aluminum industry in recent years， the rapid development， both the yield and production scale，are the highest in the nonferrous metals of the first.However，due to the work of environmental protection in the industry is still relatively backward，greatly hindered the development of enterprises to expand. In this paper，through the analysis of waste gas treatment technology to produce aluminum profile industry when melting，with one companyrelated project examples， and obtains a set of effective waste gas treatment technology， so as to realize the mutual unity of rapid development of aluminum industry and environmental protection.

Aluminum company air pollution dust

季蘭（1980—），女，遼寧沈陽人，學士學位，工程師，研究方向：環(huán)境影響評價。