鑄造澆鑄油煙治理的研究

黃頂強

(廣西玉柴機器股份有限公司，廣西玉林 537005)

1 引言

鑄造澆注和鑄件冷卻通段前半部分所產(chǎn)生的煙塵中因樹脂、石墨、涂料、煤粉等化學(xué)原料高溫燃燒所形成的焦油油煙、黑煙等［1］，由于這些油煙含有易燃和有毒有害氣體［2］，直接排放污染環(huán)境［3］，易產(chǎn)生火災(zāi)，影響人類的身體健康［4］。

2 澆鑄冷卻段油煙治理設(shè)計內(nèi)容

澆鑄和冷卻段油煙治理設(shè)計包括:油煙收集系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)、凈化系統(tǒng)的風(fēng)機風(fēng)量、水循環(huán)系統(tǒng)的管路、循環(huán)水池等［5-7］。

3 澆鑄冷卻段油煙治理凈化系統(tǒng)

3.1 凈化系統(tǒng)的設(shè)置

澆鑄冷卻段油煙主要由鑄件澆鑄段、鑄件冷卻段產(chǎn)生的［8］，凈化系統(tǒng)是鑄造澆鑄冷卻段油煙治理的核芯和最關(guān)健的處理系統(tǒng)，有易燃和有毒有害氣體在凈化系統(tǒng)里與水充分接觸，被過濾小球捕獲凈化，脫水凈化后氣體排放。

凈化系統(tǒng)的治理主體是廢氣凈化塔，廢氣凈化塔為噴淋式填料塔，可適用于凈化各種水溶性酸、堿油煙廢氣。廢氣凈化塔外型采用圓形，塔體結(jié)構(gòu)分上、下二段組裝，自動補水口、檢修口、供液口、放凈口等功能。

鑄造澆鑄冷卻段油煙治理的過程綜合描述:廢氣由風(fēng)機引入進入凈化塔，經(jīng)過第一道填料、噴淋噴灑區(qū)，利用液氣之碰撞、沖突使廢氣得到充分的水氣接觸，發(fā)生傳質(zhì);然后廢氣變速又進入第二道填料、噴淋噴灑區(qū)，使廢氣又得到了第二次水氣接觸和傳質(zhì)，并被捕集。廢氣被凈化后經(jīng)過塔體上部除霧層脫水處理，經(jīng)風(fēng)機排入大氣中。

凈化塔主要工作原理:

(1)高溫混合氣體在負(fù)壓風(fēng)機的作用下，沿著管道進入凈化塔的下方，由于氣體的慣性作用，在內(nèi)部彎頭的作用下，混合氣體與水池中的水相沖擊，煙塵被初步降溫捕捉。

(2)在上述處理后的氣體，在動力的作用下，往上方運動，顆粒狀較大的煙氣與下方孔板相撞而落下;輕的氣體進入第一層的多面球吸填充層;由于填充層的空心多面球附水后，在其表面形成一層薄膜，當(dāng)混合氣體從這些薄膜縫隙間流動時，在水相作用下、水表面漲力作用下，混合氣體中的含塵含異味氣體被水捕捉，有些與水反應(yīng)，從而被捕捉、融解沉積，在重力的作用下，流入下方水池。

(3)混合氣體通過一層填充層后，進入上方一層噴淋結(jié)構(gòu)，在水泵的動力下，高壓噴出霧狀水氣，霧狀水氣覆蓋整個凈化塔截面，這些水氣與待處理的混合氣體碰撞吸附，不斷增大增重，在重力的作用，往下運動，最后進入水箱。

(4)混合氣體經(jīng)過一層填充層吸附去除，一層噴淋的結(jié)構(gòu)的捕捉去除后，未處理的氣體成份主要是少量煙塵，及占主要成份的水霧，這些成份再往上運動，在其運動的過程中，水氣進一步與煙塵融合捕捉煙塵，然后進入二層多面球過濾層，在如上所述的原理下，煙塵先在填充層被捕捉，再在強力噴淋的作用下，再進一步被捕捉，此時煙塵被絕大部份捕捉下來。

(5)經(jīng)過上述二層四種方式捕捉后，煙塵異味氣體已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，此時，含大量水氣的塵氣進入第三層脫水結(jié)構(gòu)，在脫水結(jié)構(gòu)的脫水作用下，水氣被去除，然后進入上方空腔，再由凈化塔的出風(fēng)口進入風(fēng)機，由風(fēng)機出風(fēng)口進入排氣煙筒，最后凈氣由煙筒達(dá)標(biāo)排放入大氣中。

廢氣凈化塔塔體采用PP板(聚丙烯)，它是一種高密度、高結(jié)晶體、半透明、半晶體的線性聚合物，PP板具有高強度、吸水率低、熱變形溫度高、結(jié)晶度高的特點，有著良好的耐溶劑、耐油類、耐弱酸、弱堿等性能。PP板具有良好的耐熱性，熔點在150℃，制成的制品可在80℃溫度以下進行工作，在不受外力的情況下80℃也不變形。

廢氣凈化塔填料采用多面空心球，規(guī)格φ50mm填料層高度500mm，該填料堆積密度為95kg/m3，堆積個數(shù)11500/m3，孔隙率0.9m3，比表面積200m2/m3。

除水除霧層:填料。自動補水浮球閥是保證凈化塔運行的正常液位。

放凈口:凈化塔運行一段時間后，其循環(huán)液達(dá)到了一定的濃度，為保證其正常運行，故應(yīng)定期排放、更換水，打開球閥集中于底部排污口排放。

3.2 凈化系統(tǒng)風(fēng)量

凈化系統(tǒng)的風(fēng)機采用玻璃鋼，具有耐酸堿、防腐蝕性能，風(fēng)機前后段的風(fēng)管用PP板材料圈制，具有優(yōu)良的耐腐蝕，風(fēng)機可輸送含酸堿成分及其它化學(xué)成分的腐蝕性氣體。允許含有粘性物質(zhì)、所含粉塵及硬質(zhì)顆粒等特點。聯(lián)接風(fēng)機進出口的風(fēng)管應(yīng)當(dāng)單獨的支撐，不允許將管道重量加在風(fēng)機的部件上，風(fēng)機安裝時應(yīng)注意風(fēng)機的水平位置，這種風(fēng)機是一種高效率、高性能、低耗能通用型防腐風(fēng)機。該系列風(fēng)機具有強度高、重量輕、不易老化、耐腐蝕性能良好、噪音低、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點。

使用4套油煙廢氣處理系統(tǒng)，每套風(fēng)機功率37kW、處理風(fēng)量40000m3/h，風(fēng)機有相配套的底座、減振墊、風(fēng)機支架等，排氣筒的材料為A3δ4材料圈制。

表1 YCSFX型廢氣處理系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

3.3 凈化系統(tǒng)吸風(fēng)罩的設(shè)置

凈化系統(tǒng)分為澆鑄段和冷卻段的煙塵凈化處理。

(1)澆鑄段有7個吸風(fēng)罩900mm×1050mm，每個吸風(fēng)口安裝1個風(fēng)閘，用1套油煙廢氣處理系統(tǒng)治理，分配好每個吸風(fēng)罩的風(fēng)量。

表2 澆鑄道風(fēng)量的分布

(2)冷卻段有7個吸風(fēng)罩1100mm×1100mm，用3套油煙廢氣處理系統(tǒng)治理，冷卻段前端的油煙廢氣的用3個吸風(fēng)罩共用1臺凈化系統(tǒng)，其余4個吸風(fēng)罩用2臺凈化系統(tǒng)，每臺凈化系統(tǒng)有2個吸風(fēng)罩。

3.4 凈化系統(tǒng)的油煙捕集

金屬澆鑄等熱產(chǎn)塵設(shè)備表面的空氣被加熱上升時，會帶著粉塵一起運動造成熱氣流上升，澆鑄段的油煙吸風(fēng)罩采用上吸法，運送砂箱的輥道外一側(cè)安裝有密封的檔板，利用流體力學(xué)原理，依靠機械通風(fēng)機所產(chǎn)生的動力而使空氣流動的方法。選擇風(fēng)量和壓力，控制空氣流動方向和氣流速度，局部排風(fēng)(局部抽出式通風(fēng))，局部排風(fēng)是在集中產(chǎn)生有害物的局部地點，設(shè)置有害物捕集裝置，將有害物就地排走，以控制有害物向室內(nèi)擴散。密閉罩把有害物源全部密閉在罩內(nèi)，從罩外吸入空氣，使罩內(nèi)保持負(fù)壓。它只需要較小的排風(fēng)量就能對有害物進行有效控制。用于除塵系統(tǒng)的密閉罩也稱防塵密閉罩。

外部吸氣罩由于工藝條件限制，生產(chǎn)設(shè)備不能密閉時，可采用外部吸氣罩。它是利用排風(fēng)氣流的作用，在有害物散發(fā)地點造成一定的吸入速度，使有害物吸入罩內(nèi)。這類排風(fēng)罩統(tǒng)稱外部吸氣罩。

局部排風(fēng)罩的設(shè)計原則:(1)在可能條件下，應(yīng)當(dāng)首先考慮密閉罩，將有害物局限于較小空間內(nèi)，節(jié)省風(fēng)量。(2)盡可能靠近和包圍有害物源，減小其吸氣范圍，便于捕集和控制。(3)被污染的吸入氣流不能通過人的呼吸區(qū)。設(shè)計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍。(4)排風(fēng)罩的吸氣氣流方向應(yīng)盡可能與污染氣流運動方向一致。(5)排風(fēng)罩應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低，便于制作安裝和拆卸維修。(6)排風(fēng)罩的設(shè)置不能妨礙操作和檢修。(7)盡可能消除或減小罩口附近的干擾氣流影響。

4 水循環(huán)系統(tǒng)

由于油煙含有粉塵、焦油油煙和黑煙等，同時煙氣溫度比常溫高約10℃，需要水循環(huán)系統(tǒng)吸收凈化、冷卻循環(huán)實施。

4.1 水循環(huán)管路的設(shè)置

凈化系統(tǒng)中的每套廢氣處理系統(tǒng)均有進出水管，凈化系統(tǒng)的進水管 PVC DN65、出水管 PVC DN50、水管支架、水管接頭，水泵5.5kW-2P、水泵流量30m3/h、水泵揚程30m。水循環(huán)管路接通凈化裝置與循環(huán)水池，有加水管、逸水槽、清污管道、止水罐、單向閥等。

4.2 循環(huán)水池

水循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)水池低于地面，容積約100m3，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水池面板為混凝土蓋板，蓋板上有清污孔、4臺水泵、相關(guān)的管路和控制閥等。

5 澆鑄冷卻段油煙治理運行控制

5.1 油煙治理運行方式

鑄件冷卻煙塵收集室—吸塵管道—凈化塔—風(fēng)機—管道排放，其中凈化塔進出水管與與循環(huán)水池連通，節(jié)約水資源。

5.2 油煙治理的主要設(shè)備

凈化塔外殼12mmPP板、視窗12mmPP板、填料φ50mm多面空心球、噴嘴螺旋噴嘴1/2″、除水除霧層φ50mm多面空心球、離心風(fēng)機37kW、PP管道、電控箱、排氣筒A3δ4、水循環(huán)系統(tǒng)(水泵、進水管PVC DN65、出水管PVC DN50、單向閥、止水罐、貯水池等)。

6 治理效果及驗證

6.1 澆鑄冷卻段油煙治理的設(shè)計、制造執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)

《PVC塑料制造設(shè)備焊接規(guī)定》Q/320483 SH001-1999;

《聚氯乙烯塑料制造設(shè)備設(shè)計技術(shù)規(guī)定》CD130A18-85;

《纖維增強塑料性能試驗方法》GB1446-83;

《纖維增強塑料巴柯爾硬度試驗方法》GB3854-83;

《塑料拉伸性能試驗方法》GB/T1040-92;

《化工用硬聚氯乙烯管材》GB4219-84;

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003;

《壓縮機、風(fēng)機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范》GB50275-98;

《鑄造設(shè)備安裝工程施工及驗收規(guī)范》GB50277-98;

《機械設(shè)備安裝工程施工及驗收通用規(guī)范》GB50231-98;

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001。

6.2 凈化系統(tǒng)經(jīng)處理后指標(biāo)

經(jīng)市環(huán)保監(jiān)測站監(jiān)測:噪聲值80dB，煙塵捕捉率99.7% ，外排煙塵最高允許排放濃度10mg/m3，達(dá)到外排放執(zhí)行大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB16297-1996。

7 結(jié)語

凈化系統(tǒng)設(shè)備不僅具有技術(shù)先進性、操作可靠性和經(jīng)濟適用性，而且整套設(shè)備有足夠的剛性和強度，其運動部件動作靈活、平穩(wěn)、準(zhǔn)確、可靠;運行過程中沒有漏油、漏水、漏氣、漏粉等問題;全套設(shè)備布局合理，操作、維修、維護方便，符合國家有關(guān)安全、環(huán)保及工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

［1］童志權(quán)，陳煥欽.工業(yè)廢氣污染控制與利用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1989:12-14.

［2］林達(dá)標(biāo)，空氣污染控制工程［M］.北京:高等教育出版社，2005:6-8.

［3］張朝能，胡冰.空氣質(zhì)量預(yù)報方法綜述［J］.云南環(huán)境科學(xué)，2003(2):55-57.

［4］邢佳.大氣污染排放與環(huán)境效應(yīng)的非線性響應(yīng)關(guān)系研究［D］.北京:清華大學(xué)，2011:45-48.

［5］舒明，岑沛霖.組合式洗滌塔與大型生物過濾池的性能評估［J］.化學(xué)工程，2007(4):101-103.

［6］周建宏，甘艷，普煜，等.燃煤鍋爐氨法煙氣脫硫［J］.環(huán)境工程，2005(3):97-101.

［7］朱銘，徐道一，孫文鵬，等.解決大氣環(huán)境污染的新途徑:煤地下氣化［C］//2009年中國可持續(xù)發(fā)展論壇暨中國可持續(xù)發(fā)展研究會學(xué)術(shù)年會論文集(上冊).北京:中國可持續(xù)發(fā)展研究會，2009:125-127.

［8］李根東.淺談煤礦大氣污染與防治對策［C］//山東省科協(xié)重點學(xué)術(shù)研討活動成果——山東生態(tài)省建設(shè)與發(fā)展論文匯編.濟南:山東省科學(xué)技術(shù)協(xié)會，2004:168-173.