炭素厂生产车间除尘系统设计.pdf

炭素厂生产车间除尘系统设计 刘章现 罗领先 平顶山工学院环境工程系, 河南 467000 杨甲文 中国矿业大学 北京 资源与安全工程学院, 北京 100083 摘要 通过炭素厂车间除尘工程实例, 阐述了在沥青熔化 、粉碎、混捏、压型、焙烧工序采用快速沥青熔化技术、分散安 装集气罩与集中袋式除尘系统一体化、焙烧炉多管静电除尘系统相结合的污染物控制设计方案。 结果表明 该工程能 使车间作业场所的所有污染物均达到排放标准。 为小型炭素厂防尘除尘工作探索了一条切实可行的途径。 关键词 炭素厂 粉尘 沥青 除尘系统 净化效率 炭素行业, 通常以焦炭为原料, 以煤沥青为粘结 剂,经原料制备 、 配料 、 混捏、 压型、焙烧等工艺加工成 各种炭素制品。每个生产工序都有生产性粉尘逸出, 尤其在沥青熔化 、 混捏、 压型、焙烧过程中会产生大量 的沥青烟尘 气 、烟尘、SO2、氟化物等污染物 [ 1] 。沥 青烟尘中含有沥青焦油挥发物 , 其主要成分有苯并 a 芘、 苯并蒽 、咔唑等 80 多种多环芳烃类碳氢化合 物, 且大多是致癌和强致癌物质, 粒径多在 0. 1 ～ 1. 0 μ m 之 间, 最 小 的 仅 0. 01 μ m , 最 大 的 约 为 10. 0 μ m [ 2] 。沥青烟尘是炭素和铝加工行业排放的主 要大气污染物质 [ 3-5] , 是目前企业和政府部门大气污 染防治的重点行业 [ 6-8] 。一般小型炭素厂生产工艺简 单,原材料浪费严重 , 燃料消耗量大, 无污染防治设 施,污染物超标排放。在此根据某炭素厂 产品为炭 块 的生产实际 ,通过改进沥青熔化工艺 ,粉碎 、 混捏、 压型车间安装集气罩和袋式除尘设备以及焙烧炉烟 气的多管静电除尘技术, 治理效果明显 。 1 概述 某炭素制品厂始建于 1988 年, 占地面积480 m 2 , 年产炭素2 000 t , 建筑面积3 000 m 2 , 共有沥青熔化、 原料粉碎、 配料、混捏、压型等生产车间 , 以及炭块焙 烧炉 8个 和 1 个35 m高的烟囱 。生产工艺中排放 的污染物主要有沥青烟尘 气 、 二氧化硫、 二氧化碳、 苯并 a 芘等 。 1. 1 炭素制品厂生产工艺介绍 炭素制品厂生产工艺流程见图 1,外购原料焦炭 细末经过双层筒形筛筛分, 去除粗大焦炭颗粒 ; 通过 晾晒或焙烧炉烘干水分; 在原料粉碎车间 ,由球磨机 将原料粉碎成粉末状 粒径通常 0. 04mm ; 经过配 料计算出炭素物料与熔化液体沥青 作为粘结剂 的 配比,按比例混合在一起 , 在混捏机内搅拌、混合, 制 成塑性糊料 ; 混合好的糊料由立式液压机压制成炭素 生坯块 ; 炭素生坯块在焙烧炉内焙烧一定时间后, 成 为炭素产品 。焙烧炉产生的沥青烟气等污染物经地 下烟道汇集后由35 m高的烟囱排放。 图 1 炭素生产工艺流程简图 1. 2 污染物发生源 1. 2. 1 沥青熔化过程 在煤沥青熔化过程, 目前该厂采用的熔化方法是 以饱和蒸汽加热沥青熔化槽, 通过提高加热介质的温 度,使熔化槽内的固体块状沥青迅速熔化 。由于沥青 熔化槽是敞口操作 ,因此 ,加热熔化过程中有大量的 沥青烟尘逸出, 作业场所沥青烟尘污染比较严重。 1. 2. 2 原料粉碎、 混捏与压型过程 烘干或晾干的焦炭细末由传送带送到贮料仓 ,进 入球磨机, 球磨机磨碎后由排料口流出粉碎好的物 料。配比好并称量过的粉碎物料加入混捏机内,加热 混捏机 ,使之达到混捏需要的温度, 打开沥青烟气排 出阀, 注入液体沥青 , 使两者充分混捏成所需要的糊 料。将混捏好的糊料用加压设备压成一定形状、 密度 和机械强度的炭素生坯块 。上述 3 个生产环节由于 受工艺流程 、 性质以及设备等因素的制约 ,厂房内工 业粉尘 炭尘和沥青烟尘 污染十分突出 。同时,机器 设备的噪声和振动污染严重 , 对操作工人健康危害 很大 [ 3] 。 1. 2. 3 炭素焙烧炉 47 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 炭素生坯块焙烧工艺中的焙烧炉窑用原煤做燃 料,在焙烧过程中,除原煤燃烧产生的烟尘和 SO2外, 炭素生坯块之间填充的粘结剂 沥青 ,因热解可散 发出一定量的沥青烟 。在焙烧初期的加热升温阶段, 主要污染物为烟尘和 SO2, 在加热中期的沥青挥发 期,主要污染物为沥青烟 含有苯并芘 、 苯并蒽 、 咔唑 等 ,焙烧后期主要污染物为烟尘、SO2和少量沥青 烟。焙烧过程中产生的烟尘 、 SO2和沥青烟等污染物 经集烟道收集后由烟囱排入大气。 2 治理措施与主要内容 2. 1 改进沥青熔化工艺 由于传统的沥青熔化方法只能熔化软化点在 70～ 80 ℃的中温沥青 ,且熔化过程经常出现局部过 热,沥青熔化时间长, 沥青烟尘污染严重的现象。为 提高沥青熔化效果 ,减少熔化过程的沥青烟尘污染。 综合考虑工厂的实际情况和资金能力, 把粘结剂 中温沥青改用为软化点在 100 ～ 110 ℃的高温沥青, 新的沥青熔化系统工艺流程 [ 9] 见图 2。通过连通管 把配有加热装置的沥青熔化槽 、 沥青加热槽的上部和 下部连接起来 。在沥青熔化槽顶部开有 1 个固体沥 青进料口 ; 在沥青加热槽上部设有熔融沥青溢流口。 在沥青加热槽内设置 1 个边搅拌边把熔融沥青向上 提升的装置,熔融沥青在熔化槽和加热槽之间循环, 沥青熔化槽和沥青加热槽内有加热装置 ,熔化的液体 沥青通过沥青加热槽上端的连接管 ,流入沥青保温贮 槽,供后序工艺使用 。 图 2 沥青快速熔化工艺流程简图 在该工艺中 ,固体沥青的熔化是在保持既定温度 的大量熔融沥青中进行的, 不存在局部过热问题, 不 必担心由于过热造成沥青变质。固体沥青在被加热 的熔融沥青中始终处于分散状态, 和熔融沥青一起被 搅拌熔化 ,熔化进行的均匀迅速。由于加热温度可以 控制, 不会出现局部过热 ,工艺过程仅有少量沥青烟 尘从熔化器逸出 ,进入设备的沥青烟雾过滤器 ,被净 化后的气体通过抽风机排入大气。 2. 2 粉碎 、 混捏 、 压型车间除尘方案设计 根据生产工艺和车间污染源的实际分布 ,除尘系 统采用集气罩分散收集各个车间污染空气与集中袋 式除尘器相结合的技术原理, 整个系统包括污染源控 制、 粉尘吸捕、 管道输送、袋式除尘器 、 风机、 外排烟气 等子项。除尘系统尽可能设计为集中式 ,以缩短烟气 输送管道长度, 降低系统阻力 ,其工艺流程见图 3。 图 3 生产车间除尘系统工艺流程简图 2. 2. 1 车间粉尘的捕集 粉尘治理经济而有效的方法是控制尘源 ,一般在 粉尘产生点设置密闭罩, 直接从扬尘点吸出含尘空 气 [ 10] 。粉碎、混捏 、 压型车间都有产生粉尘的机械设 备 球磨机 、 混捏机和立式液压机 和扬尘点 ,从设备 逸散出的粉尘以中等速度进入厂房上方空气气流中。 本工程对车间空气中的粉尘, 采用分散吸捕的方式进 行收集,即在产生粉尘的 3 台机械设备上方设置 3 组 有边平口伞型集气罩 ,分别吸捕本车间的含尘空气。 集气罩尽可能兼顾到厂房内所有粉尘发生源 ,部分生 产工序可采用加强设备的密封性能的方法防止粉尘 扬散 。从而确保车间和工人作业场所生产性粉尘浓 度尽可能达到有关标准要求。 2. 2. 2 含尘空气的净化 因受场地、设备 、 经济等条件的限制 ,各车间吸尘 罩吸捕的含尘空气就地除尘难度很大。因此 ,本工程 含尘空气的净化采用集中除尘方式 ,即将各吸尘罩吸 捕的含尘空气集中由 1 台袋式除尘器净化 ,净化后的 空气由烟囱排放。除尘器与风机呈“Y”型连接 见 图3 ,除尘器本体安装在粉碎车间和混捏车间厂房 外墙外侧的空旷地带 。 2. 3 炭素焙烧炉废气净化方案设计 根据炭素制品厂的实际生产情况,本工程采用多 管静电除尘器 [ 11] , 作为炭素厂焙烧炉沥青烟气治理 方案 。该设备具有投资少 ,系统阻力小, 净化效率高, 无二次污染 ,处理后各种污染物可达标排放的优点 。 2. 3. 1 多管静电除尘器净化工艺流程 从8 个炭素焙烧炉排出的高温烟气, 在风机负压 作用下 ,由地下集烟道汇集到地上主烟道 ,经过风量 调节阀,进入管式冷却器 ,其作用是高压喷出雾化水, 与烟气直接接触 ,一方面可去除烟气中颗粒较大的粉 48 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 尘和 SO2,达到预处理作用 ; 另一方面又可降低烟气 温度, 降低烟气的比电阻 ,便于颗粒物和沥青烟在电 场中荷电; 然后进入沥青烟电除尘器, 净化后的烟气 汇集到烟气出口管道 ,最后经离心风机由35 m高的烟 囱排出。捕集下来的烟尘颗粒和焦油沥青沿极板流 入电除尘器下部的集灰室中。工艺流程见图 4。 图 4 焙烧炉烟气净化工艺流程简图 2. 3. 2 净化方法 高温烟气由地下集烟道汇集到地上主烟道后 ,烟 气温度在100 ℃以上, 在主烟道内安装管式冷却器, 烟气逆向流向由冷却器高压喷入的雾化水,喷入的雾 化水根据烟气温度的高低 ,可自动调节水量。雾化水 吸收烟气热量, 将烟气温度降到 80～ 90 ℃,同时又可 以脱除烟气中颗粒较大的烟尘和 SO2,废水由水泵排 出,集中处理 , 并循环利用 。经过管式冷却器后的烟 气温度下降 ,烟气的比电阻也降至 2. 0 10 10 Ψ cm 以 下,有利于电除尘器对沥青烟的捕集。烟气经气流分 布板进入电除尘器的高压电场中 , 沥青烟气 、 高分子 焦油雾滴和粉尘颗粒被电晕线释放的电子荷电,在电 场力作用下驱向阳极 ,在阳极板上 ,电荷被中和,颗粒 物附着在阳极板表面, 聚集呈液体糊状 , 靠自重沿集 尘极表面流下, 流入除尘器下端的集灰室 ,定期人工 清除 ,从而达到净化焙烧炉沥青烟气的目的。 电除尘器的高压硅整流装置采用 PLC 恒流源自 动控制 ,具有高短路阻抗和动态输出特性 ,能够根据 火花频率, 自动调整输出参数, 正确区分电弧闪络和 火花的特点 ,自动跟踪电除尘器负载输出特性 ,采用 二折线充电恢复过程 ,使设备稳定地工作在临界火花 电压的最佳供电状态 。 3 除尘工程效果分析 工厂生产工艺改造和除尘技术实施前,车间粉尘 污染严重,扬尘发生源多 , 空气污浊 ,尘雾弥漫 ,能见 度低 。焙烧炉废气严重超标排放, 烟囱排出的烟雾呈 黑色或黄色 ,大气污染纠纷案件经常发生 ,严重影响 了炭素制品厂的正常生产和与周围的厂群关系。净 化工艺完工并实施后 ,自 2005 年 3 月正式运行以来, 净化效果良好, 各车间工人作业点空气中粉尘浓度明 显降低,焙烧炉废气排放浓度达标排放 。 除尘工程经过有关部门监测 , 结果见表 1、表 2。 由表 1 看出, 产生粉尘的 4 个车间, 工人作业点空气 粉尘浓度净化效率达到 83. 9～ 93. 2,大大改善了 车间空气质量。从表 2 可以看出 ,炭素焙烧炉净化后 的烟气中所有污染物浓度均达到国家排放标准 要求 [ 12- 13] 。 表 1 各车间工艺改造前后作业场所空气粉尘浓度监测结果 车间 名称 测点 数量 生产性粉尘平均浓度 mgm- 3 工程前工程后 净化效率 沥青熔化2132. 712 . 890. 4 原料粉碎3156. 925 . 283. 9 混捏394. 68 . 291. 3 压型3136. 29 . 393. 2 表 2 焙烧炉烟气治理监测结果 污染物 烟气排放量 m3h- 1 除尘器进口浓 度 mgm- 3 除尘器出口浓 度 mgm- 3 净化效率 烟尘1 126. 520 . 098. 2 沥青烟12 000624 . 614 . 297. 7 苯并 a 芘2 . 7110- 30. 054 10- 398. 0 4 结论 1 炭素厂粉尘污染防治的关键是解决重点尘源 的局部控制 、 除尘系统与生产设备的协调布置两大课 题,本设计采用局部分散安装集气罩和集中袋式除尘 系统相结合的原理, 使工人作业场所空气粉尘浓度净 化效率达到了 83. 9～ 93. 2,大大改善了车间空气 质量 。 2 改进生产工艺 , 通过对沥青熔化设备的工艺 改进和改用高温沥青, 提高了沥青利用率 ,降低了沥 青烟气污染 ,达到对原料清洁利用的目的 。 3 采用多管静电除尘器净化炭素焙烧炉烟气, 开创了低浓度沥青烟治理的一条新工艺, 其对沥青 烟,尤其是对苯并 a 芘的净化效果很好。 参考文献 [ 1] 李其祥. 炭素材料机械设备. 北京 冶金工业出版社, 1993 1-10. 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Cleaning equipments and technology possessed a highest removal in treating test of a ceramics plant, and the average concentration of SO2could be reduced from 568. 8 mg Nm3to 76. 2 mg Nm3, and that of soot simultaneously from 324. 6 mg Nm3to 122. 4mg Nm3. The average removal rate of SO2andsoot reached 86. 6and54. 6respectively, which are up to the second -order of“ Emission Standard of Air Pollutants for Industrial Kiln and Furnace” GB 9078 -1996. The results indicated that cleaning equipments and their technology resolved the write flue gas pollution and simultaneously achieved a preferable desulphurization and dust collecting effects in treating flue gas of ceramics industry. Keywords flue gas, treatment and ceramics industry THE DESIGN OF DUST CATCHER SYSTEM FOR PRODUCTION WORKSHOP OF CARBON FACTORYLiu Zhangxian LuoLingxian Yang Jiawen 47 Abstract Through project instance of dust catcher for the production workshop of a carbon factory, it was expatiated the design scheme of pollulants control of the integrating system of fast melt of pitch, separating dust hoods centralized bag collectors as well as multi-tube stativ precipitatorsfor roasters, which would be used for the processes of melting, crushing , mixing and roasting a pitch. The results showed that the project could let all the pollutantsfrom the workshop meet the emission standards. This project explored a feasible route of dustproof and dedusting in the small sized carbon factory. Keywords carbon factory , dust, asphalt, control dust system and purification efficiency STUDY ONLEVIGATING BOTTOM ASH TO OPTIMIZE ITS QUALITY Yu Jinglong Zhai Jianping Li Qin et al 50 Abstract The bottom ash drained off from Changxing power plant was presumed upon levigating to national class Ⅱ fly ash. The results show that SiO2and Al2O3are the main chemical compositions and the main mineral phase is vitreous body . The trace elements and radioelements are under the limit of national standard. The properties of bottom ash are the best as the residual on sieve 45 μ m remainder is almost 10. The pozzolanic activities of bottom ash are better than those of the levigated class Ⅱ fly ash. Keywords bottom ash, levigating process and utilization STUDY ON USING SALT GYPSUM FROM SEA SALT INDUSTRY TO PRODUCE LIGHT WALL MATERIALMa Mingjie Zhu Li 53 Abstract It has been researched that the salt gypsum as a waste residue from sea salt industry can be used as a raw material to produce a kind of hollow batten as light wall materials by some processes. This product cost can be reduced greatly by applying modified processes and raw materials as compared to natural gypsum batten. The kind of hollow battenwhose perance indicatorsmeet the national standards can replace the product made of natural gypsum. Keywords waste residue, salt gypsum,wall materials and eco-environment REUSE OF MSWI FLY ASH IN MAKING OF GLAZED TILE Zhang Haiying Zhao Youcai Qi Jingyu 56 Abstract MSWI fly ash was used to make glazed tile based on analysis of its characterization, together with red argil and cylinder sand. Besides, influence of fly ash on perance and microstructure of glazed tile as well as its environmental risk were studied. It is found that major chemical constitution of fly ash is CaO, SiO2and Al2O3, featuring an SiO2-Al2O3-metal oxides system, which can be used as the raw material of glazed tile. When 20fly ash is used, glazed tile presents nice perances compression strength being 19. 2 MPa, water -absorption rate being 7. 2, presentation quality standing in the grade one category . In addition, leaching, in accordance with the HVEP standard, from glazed tile, of As, Pb, Ni, Cr, Cu, Hg and Cd can t be detected, and that of Zn is reduced to 1. 4, in comparison with fly ash. While, leaching, in accordance with the ALT standard, from glazed tile, of As, Pb, Ni, Cr, Cu and Zn is reduced respectively to 5. 6, 0 . 1, 6. 7, 5. 8, 5. 6 and 2 . 9, compared with fly ash, and that of Hg and Cd can t be detected. Keywords MSWI fly ash, glazed tile, environmental risk analysis, perance andmicrostructure APPLICATION OF WET CRUSHING IN REUTILIZATION OF DISCARDED PRINTED CIRCUIT BOARDSZhang Hongjian Zhao Yuemin Wang Quanqiang et al 60 Abstract Based on components and crushing characteristics of non -metal composition of the discarded printed circuit boards PCBs, secondary pollution problem produced by dry crushing is validated and studied with thermogravimetry -infrared deterctor and wet crushing is providedto solve this problem. From the comparison between experimental results of dry crushing and wet crushing , it can be observed that cumulative yield of each particle size fraction of wet crushing has a change, but the distribution characteristics of particle is not changed, and the productivity of coarse particleswith the size larger than -52 mm and superfine materials with the size less than 0. 045 mm are obviously increased. Finally, the reasons of the difference are analyzed. 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006