鋁型材加工熔鑄煙塵凈化技術(shù)研究

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，國(guó)防、現(xiàn)代化建設(shè)和科技的需要，各種鋁及鋁合金材料被為解決能源、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(gè)嶄新的高速發(fā)展時(shí)期。經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前我國(guó)已是大的鋁擠壓材生產(chǎn)國(guó)、出口國(guó)與消費(fèi)國(guó)。目前我國(guó)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(huì)成為我國(guó)鋁擠壓材產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 
　　鋁在熔鑄過(guò)程中產(chǎn)生廢氣煙塵，如不妥善治理，將會(huì)對(duì)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(duì)鋁加工熔鑄過(guò)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(duì)鋁型材產(chǎn)品的合金成份進(jìn)行調(diào)配，是鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。鋁加工過(guò)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(guò)程中，熔鋁爐開(kāi)爐時(shí)會(huì)逸出的含塵氣體。該含塵廢氣污染物成份主要由熔化過(guò)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(huì)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(huì)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(duì)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(lái)說(shuō)，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(duì)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(duì)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(lái)說(shuō)，控制入爐廢鋁的純度，盡量減少?gòu)U鋁中的雜質(zhì)含量，是減少熔鋁過(guò)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(huì)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(huì)降低大氣的能見(jiàn)度，生成的煙霧能減少到達(dá)地球表面的太陽(yáng)輻射能量。 
　　2 熔鑄煙塵的治理 
　　煙塵治理目的一是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(wú)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(duì)于鋁合金熔煉和搓灰時(shí)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(wú)污染的添加劑;三是提高熔煉技術(shù)，減少?gòu)U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(guò)濾、洗滌、靜電等六大類，具體分析對(duì)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古老簡(jiǎn)易的除塵方法。其主要優(yōu)點(diǎn)是：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jí)除塵的預(yù)除塵使用。當(dāng)塵量很大或粒度很粗時(shí)，對(duì)串聯(lián)使用的下除塵器會(huì)產(chǎn)生有害作用時(shí)，先使用重力除塵器預(yù)先凈化是特別有利的?！?.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(dòng)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(méi)有活動(dòng)部件，可用于高溫和高濃度粉塵場(chǎng)合，對(duì)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(guò)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(shí)氣流將由直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)閳A周運(yùn)動(dòng)。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(dòng)，通常稱此為外旋氣流，含塵氣體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，將相對(duì)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(dòng)，即內(nèi)旋氣流。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(jiǎn)單，造價(jià)便宜，體積小，無(wú)運(yùn)行部件，操作維修方便，壓力損失中等，動(dòng)力消耗不大;缺點(diǎn)是除塵效率不高，對(duì)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(jí)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(guò)多孔過(guò)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(guò)濾材料和工作對(duì)象的不同，可分為袋式除塵器、顆粒層除塵器、空氣過(guò)濾器三種類型。用濾袋進(jìn)行過(guò)濾與分離粉塵顆粒時(shí)，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(guò)濾袋分離與過(guò)濾完成除塵過(guò)程。袋式除塵器的突出優(yōu)點(diǎn)是除塵效率高，屬除塵器，除塵效率一般大于99%。運(yùn)行穩(wěn)定，不受風(fēng)量波動(dòng)影響，適應(yīng)性強(qiáng)，不受粉塵比電阻值限制。因此，應(yīng)用為廣泛，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(guò)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(lái)凈化氣流的。濕式除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資低，占地面積小，除塵效率高，能同時(shí)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(shí)要設(shè)置專門(mén)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(lái)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(duì)各種粉塵、煙霧等，直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(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器工作原理 
　　在借鑒*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(jià)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(zhǎng)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(guò)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(shí)被吸癟。濾袋經(jīng)一定過(guò)濾操作時(shí)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(guò)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(shí)間或壓差達(dá)到設(shè)定值時(shí)，壓力控制儀發(fā)出信號(hào)，噴吹裝置工作，壓縮空氣從氣包通過(guò)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(guò)濾狀態(tài)。 
　　4 長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器的主要特點(diǎn) 
　?。?）噴吹壓力低：在長(zhǎng)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(méi)式脈沖閥。因淹沒(méi)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(méi)式脈沖閥噴吹壓力一般不過(guò)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(chǎng)合，通常也能達(dá)到預(yù)期的清灰效果。 
　?。?）噴吹時(shí)間短：采用淹沒(méi)式脈沖閥，脈沖閥噴吹時(shí)間一般在 0.1 s 以下，為達(dá)到時(shí)間比較短的有效性，有了很大的保障。 
　?。?）清灰能力強(qiáng)：省去了傳統(tǒng)的引射器，直接利用袋門(mén)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)猓┳銮寤覛庠矗寤覛饬骺捎行У刈饔糜?0m長(zhǎng)的濾袋，通常一個(gè)脈沖可滿足34m2，甚至更多濾袋的清灰。對(duì)長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器而言，濾袋長(zhǎng)徑比取 （20：1）～（30：1）是比較合適的。 
　?。?）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(guò)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。 
　?。?）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(zhǎng)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。 
　?。?）自動(dòng)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(dòng)化運(yùn)營(yíng)。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(mén)位置等）的監(jiān)測(cè)控制、各種故障（如閥門(mén)誤動(dòng)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(dòng)、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(yǔ) 
　　鋁型材生產(chǎn)和加工過(guò)程中環(huán)境污染源的分析，必須從實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程入手。隨著鋁型材生產(chǎn)工藝和技術(shù)的發(fā)展，可能會(huì)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(guò)程對(duì)環(huán)境所造成的影響，有效的污染防治辦法就是在生產(chǎn)過(guò)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，終實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的“雙贏”。