巖棉生產線中固化爐廢氣處理方法的探討

周克沖　郭丹丹

摘 要：文章針對巖棉生產線固化爐廢氣中所含的游離酚、游離醛、酚醛樹脂、粉塵等有害物質的來源進行探討，并采用廢氣焚燒的方式進行處理，焚燒后的余熱回用于巖棉板等制品的固化，節省能源。同時根據固化爐廢氣產生的機理，加強生產巖棉工藝的優化，提出幾條固化爐密封建議，并采用精確定點噴油潤滑固化爐鏈條，避免潤滑油污染；整改后不僅減少了天然氣的消耗，降低碳排放，且從巖棉生產工藝的源頭遏制住污染物的產生。

關鍵詞：固化爐廢氣；巖棉工藝；固化爐密封；定點精確潤滑

1 概述

巖棉制品是以天然玄武巖、白云石等為主要原料，經高溫熔化、纖維化處理、氈板成型及制品后加工而制成的節能保溫材料，具有優良的絕熱、防火性能、吸聲隔音性能，防火性能達到A1級，廣泛應用于建筑、石油、化工、電力、冶金、交通運輸、農業等行業，具有非常廣泛的市場前景和巨大的發展潛力。

固化工序是巖棉生產中尤為重要的環節。前序工段制成的巖棉氈是將巖棉纖維進行了三維搭接，但無機纖維之間的搭接無強度可言，為達到外墻外保溫要求的強度、耐火性等，需在制取巖棉氈時噴入粘結劑，并送入固化爐內，將巖棉氈高溫烘烤、壓制成型，最終制得所需的巖棉板。目前國內巖棉生產線上的粘結劑均采用的熱固性酚醛樹脂，添加了酚醛樹脂的巖棉氈在固化爐內進行烘干產生的廢氣中，除卻巖棉制品本身帶來的短纖維、粉塵外，還會產生未固化的酚醛樹脂及游離酚、游離醛等，特別是由于酚醛樹脂均是采用甲醛過量的方式配制，因此固化爐廢氣中的甲醛含量尤為甚。國內大型巖棉廠對固化爐廢氣采用干法板式過濾，可將廢氣中的短纖維等過濾掉，但對苯酚、甲醛等有害氣體無任何作用，小型巖棉廠的固化爐廢氣更是直排，污染環境。

近年來全國各地尤其是華北地區大范圍的霧霾對巖棉生產企業再次敲響了警鐘，迫于環保部門的壓力，許多巖棉工廠耗費大量人力物力，引進噴淋塔、活性炭吸附等各種手段對生產線固化爐產生的廢氣進行處理，但效果均很不理想，主要原因仍是人們對巖棉工藝生產的理解有偏差，并非僅僅依靠上馬環保設備就可達到國家排放標準，需從巖棉生產工藝著手，研究固化爐廢氣中，各組分的來源，才能從根本上找出治理方案。文章將對巖棉生產線固化爐中產生的各類有害物質的來源及其治理工藝、設備等進行探討。

2 巖棉制品固化過程中污染物廢氣產生的機理

2.1 短纖維、粉塵、酚醛樹脂等

固化爐的原理是采用高溫熱風穿透制品，帶走制品里的水分，同時對酚醛樹脂進行快速固化，熱風穿透棉板后采用燃燒器進行再加熱，循環利用，同時需排出部分含水量較高的熱風，即“排濕”工序，排濕風即為固化爐廢氣。由于熱風穿過巖棉制品，勢必會帶走一部分產品中未能粘結的短纖維和粉塵。又由于生產不同厚度和不同密度的產品的時候，所需的熱風風量、溫度也不盡相同，據悉許多巖棉工廠不懂如何對固化工序進行嚴謹的熱工計算，為求制品的固化效果良好，只得簡單增加熱風風量，導致有相當一部分本應存于制品內的酚醛樹脂被吹至循環熱風中，繼而進入排濕風，最終排入大氣。如圖1所示，被熱風遷移至廢氣中的酚醛樹脂進入板式過濾室后遇冷凝結，這也是許多巖棉工廠風管內油污嚴重的原因。

2.2 游離酚、游離醛等VOC（揮發性有機化合物）氣體

在巖棉板等制品的生產過程中，采用的粘結劑為熱固性酚醛樹脂的預聚體，因此制品在固化爐內硬化成型的過程中，產生的廢氣中會含有少量的游離酚、游離醛等有害氣體。同時由于固化爐作為一個高溫重型鏈條傳送的設備，鏈條潤滑需要大量高溫潤滑油，常用的潤滑油遇高溫會揮發產生VOC類氣體污染物。

圖1 酚醛樹脂等隨廢氣遷移造成的污染

3 現階段固化爐廢氣處理存在的問題及解決方法的探討

3.1 干式過濾法及其問題

目前國內大型巖棉生產線固化爐廢氣處理均采用巖棉板干法過濾的形式，建有大型的過濾室，利用巖棉板內纖維的3D結構對固化爐廢氣中的大顆粒、短纖維等進行過濾，但此法對有機廢氣物無法起到作用。據此國內巖棉廠根據其他行業VOC的處理經驗，在過濾室內放置活性炭用以處理有機廢氣，但忽略了巖棉制品固化時，廢氣內大量存在的水蒸氣，水蒸氣配合飄溢出的酚醛樹脂很快將活性炭堵死，實際使用時，半天功夫活性炭既已失效，必須更換，根本無法與長至15天的一個爐期的生產線相匹配。

3.2 固化爐漏風問題及密封方式的改善

現階段國內巖棉廠配套的固化爐用熱風循環風機均大大超過設計所需之風量、風壓，因固化爐漏風問題明顯，為達到制品的固化目的，許多循環風機都超負荷運轉，否則棉板固化不均，造成殘次品，但顯而易見酚醛樹脂也會進入廢氣中。為此整理排查固化爐的漏風點并采取相應措施，如表1所示，經在廊坊豪亞巖棉廠的實驗，加強密封后的固化爐，噸制品的天然氣消耗由65Nm/m3降低至32Nm/m3，同時循環風機所需頻率減半，風管及過濾室內無炭化的酚醛樹脂，值得向所有巖棉廠推廣。

3.3 固化爐廢氣焚燒的處理及余熱再利用

經過密封結構的改善，酚醛樹脂遷移的問題得到了解決，固化爐廢氣內只剩酚醛樹脂帶入的游離醛及游離酚，針對此污染物，繼活性炭吸附法的失敗后，采用國際上主流的焚燒法，將廢氣加熱至760℃以上，將有機廢氣物盡數燒盡。采用150～180萬大卡的燃燒器，在燃燒空間約20m3的焚燒爐內進行焚燒，焚燒后的廢氣經兩級換熱后通入固化爐內對鏈板進行預熱，最后進入原有過濾室進行過濾后排放；其中一級換熱器用于對固化爐廢氣進行預熱至450～500℃，再通入焚燒爐內；二級換熱器是將空氣進行預熱，通入循環風系統，減小天然氣的消耗。如圖4所示。

目前國內巖棉廠僅引進國外的生產線（河北翔達等）采用了此類固化爐廢氣焚燒方案，國產生產線均未采用，在環保壓力日益增長的今天，增配此套系統用以除去VOC類有害廢氣，達標排放勢在必行。

3.4 精確定點噴油潤滑系統的應用

由于固化爐是重型鏈輪機械，鏈條的潤滑尤為重要，目前國內大大小小的巖棉生產線的固化爐均采用傳統的按時間隨機進行加注潤滑油的潤滑方式，但根據機械構造，需要潤滑的僅是鏈條的銷軸部位，按時間隨機加注的潤滑油真正能到達銷軸處的量是屈指可數，大部分潤滑油都滴在了鏈條上、鏈板上甚至軌道上，造成浪費的同時形成二次污染，過量的潤滑油長期積存，遇熱揮發至固化爐廢氣中，導致排出的廢氣青煙滾滾，有機廢氣物量大增，為此開發使用精確定點噴油潤滑系統勢在必行。

國內部分巖棉廠已先行一步進行實驗，使用接近開關偵測鏈條運行頻次，當銷軸運轉至噴油嘴處時，啟動油泵，潤滑油滴入。但巖棉生產用固化爐體積較大，有四根鏈條需要同時潤滑，且為適應不同容重的制品規格，固化爐主線速度會有10m/min的差別，若配套四組系統成本較大，且難以集中有效控制；若用一臺油泵供給上下鏈條使用，當主線速度過快或過慢時，油滴的精準度就大打折扣，實驗效果均不理想。

針對此難題開發出壓縮空氣噴吹功能的定點噴油潤滑系統，如圖5所示。配合上整套氣路及元器件，定點噴油系統在每次獲取到信號后，均是將潤滑油噴至軸銷處，一改以往滴落的現象。無論主線速度開至多少，定點噴油均可滿足工作要求。

圖5 壓縮空氣噴吹功能的定點噴油潤滑系統

目前此系統在南京彤天巖棉二線運轉良好，車間內干凈整潔，一改過往油跡斑斑的現象。更重要的是避免了潤滑油受熱揮發，有機廢氣物大大減少，固化爐廢氣青煙不再，環保意義重大，適合往所有巖棉工廠推廣。

4 結語

環保問題需用辯證的思維去看待，具體問題需具體分析，采用活性炭吸附VOC的方式也許在其他化工等領域十分適用，但在巖棉生產線固化爐廢氣的處理中宣告失敗。同時，環保的問題并非是簡單的“上馬”除塵器、脫硫等各種環保設備就能解決的，本身生產工藝和設備的優化到位會有事半功倍的成效，像文章所述的固化爐的密封改進、廢氣的焚燒處理、精確定點噴油潤滑系統的使用等，才能達到最終的目的。

參考文獻

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作者簡介：周克沖（1989- ），男，中材科技股份有限公司工程公司，助理工程師，研究方向：巖礦棉的研究與工程設計。