淺述熔鋁爐廢氣處理經驗

曾思賢

（佛山市富龍環保科技有限公司，廣東 佛山 528000）

1 熔鋁爐廢氣來源及特點

熔鋁爐燃燒加熱使用的燃料一般有重油、煤、天然氣等。根據其生產過程分析，熔鋁爐廢氣主要污染物有：燃料燃燒煙氣，包含燃燒后產生的灰分及未完全燃燒的燃料；原材料鋁燃燒產生的氧化鋁；投入鋁廢料中夾雜的油漆、油脂類物質、包裝物等的燃燒產物；投入的除渣、調質添加物等。主要表現污染指標為顆粒物、二氧化硫、氟化物等。氟化物含量比較少，主要由打渣劑、精煉劑帶入，但由其造成對污染治理設備的腐蝕比較厲害。特別是對于燃燒天然氣的熔鋁爐，其燃燒時產生的水蒸汽量相對較大，水蒸汽與氟化物結合形成氫氟酸對環保設備的腐蝕將會更嚴重。因此，在以天然氣為燃料的熔鋁爐廢氣處理項目中，環保設備和管道應盡量采用耐腐蝕的材料，如304不銹鋼等。由于爐體溫度較高，粘附在鋁金屬表面的有機可燃物基本在爐堂內就被完全燃燒，因此廢氣中基本上不存在揮發性有機物。采用沖天爐及鉗鍋爐的熔鋁爐，鋁合金廢料在爐頂堆積，并緩慢投入，由爐堂帶出的廢氣對投入廢料有緩慢加熱的過程，使得廢氣中含有大量的揮發性，未完全燃燒產物，形成燃燒廢氣與揮發性有機廢氣的混合廢氣，難以處理，不過沖天爐與鉗鍋爐已經基本淘汰，很少使用。

2 爐體結構及集氣罩設計

由于鋁錠、鋁廢料的投加需要，清渣除灰，精煉等過程的操作需要，熔鋁爐一般設計為開放式爐體結構——前面開方形大爐門，方便投料、扒渣、精煉等操作，左則或右則安裝燃燒機，后面為出料口及鑄造區。熔鑄爐的廢氣基本從爐門口溢出，如果采用蓄熱體燃燒系統，則有少量廢氣從排氣風機排出。由于熔鋁爐廢氣具有高溫、高濃度的特點，只要有少量廢氣溢出，就造成擴散，并且更加難于收集。因此集氣罩的合理設計就變得特別關鍵，既不能太大（太大會增加對擴散部分的收集量，加大建設規模及投資），又不能太小（太小會造成收集不夠充分，影響生產工人操作），同時還要考慮外界橫風對收集的影響。為保證廢氣的充分收集又不影響熔煉操作，一般設計采用三面密閉，單面開口的大型集氣罩對熔鋁爐廢氣進行收集，根據爐口的尺寸設置罩寬，在不影響操作的情況下不宜過寬，左右兩側的密封擋板超出爐口1m左右，一般在總寬在5m～6m寬左右為宜；罩深須根據爐口的斜度進行設計，一般為4.5m～5.5m左右，如果斜度較大，且爐門上有排氣孔，應加大一點深度，保證不讓排氣孔噴出廢氣逃逸；罩口高度一般為3.5m～4m，以不影響機械車加料為宜，必要時可設計升降罩門，當無需機械加料車進出操作時，適當降低罩門可減少廢氣收集量但同時又保證了廢氣的充分收集；罩口頂部預留一定的儲氣空間，約1.5m～2m，集氣罩頂斗坡度不應小于45°。特別地，提升爐門的鏈條一般會穿后罩出爐頂，因而形成鏈條孔并造成廢氣泄漏，雖然鏈條孔的面積較小，約有0.1m2，但其漏出廢氣為高溫高濃度廢氣，擴散后仍然會形成比較大的影響，為此設計采用“套管+則吸”的收集方式可以比較完整地收集該股廢氣。

3 生產過程及工況

鋁的熔鑄過程一般為：配料裝爐→加熱升溫熔化→扒渣攪拌→二次投料→扒渣攪拌→調質精煉→扒渣→靜置→鑄造。每個階段產生的廢氣量及濃度均不相同，在冷爐并且剛開始加熱升溫時，如果采用的燃料為重油，還會由于爐體溫度較低，產生未完全燃燒重油煙霧，此時應適當減少噴油量，否則廢氣量相對較大，廢氣顆粒物濃度高；但當爐體溫度升高到300°以上時，加熱升溫時段的廢氣量和濃度均會有所減少；在投加打渣劑、精煉劑、進行扒渣、攪拌、精煉時會產生大量的白色廢氣；二次投料如果投入的是含雜質較多的回收廢鋁（如噴涂料、破碎料等），或含有大量包裝物的廢鋁合金材料，則會瞬間產生大量的濃黑廢氣，該過程廢氣產生量為平時燃燒計算燃燒廢氣量的3倍～5倍，而且濃度較大，廢氣溫度也會瞬間升至150℃以上；而調質結束后的靜置和鑄造過程則基本上不產生廢氣。基于以上工況的變化，在廢氣量及工程規模計算時，必須考慮最惡劣情況下（即投加劣質廢料時）的廢氣產生量及橫風對收集的影響，而不是以燃燒燃料的煙氣量進行計算，一般設計5萬m3/h～6萬m3/h.爐。

扒渣過程即是將熔煉過程中產生的雜質灰渣清理出爐堂，由于灰渣里面仍含有少量鋁，灰渣清理扒出后送入炒灰機進行渣鋁分離，該炒灰過程產生約1萬m3/h廢氣。分別設計前罩、炒鍋、后罩（出灰及攤灰）對產生的炒灰廢氣進行收集，并設置相應的支管閥門。炒灰廢氣的濃度較高，甚至含有大顆粒雜質，應設計旋風除塵器作為炒灰廢氣的預處理。抄灰結束后，需要對剩余灰渣進行冷卻，一般有就地攤灰和機械篩灰兩種形式，剩余灰渣的攤灰冷卻過程會產生少量廢氣，廢氣溫度相對較低且產生過程相對持久，因此應單獨設計半密閉收集罩，且盡量靠近攤灰地面，避免其擴散后難以收集。采用篩灰機冷卻的，直接接引冷卻區排氣管就行。

4 處理工藝及設備選用

熔鋁爐廢氣處理的工藝一般設計如下圖：

圖1 PPW/CDFM+MCS熔鋁爐廢氣處理項目工藝流程圖

抄灰機、攤灰過程產生的廢氣經集氣罩收集后先進入旋風除塵器進行預處理，去除大顆粒灰粉；然后與熔鋁爐集氣罩收集的廢氣一起進入沉降室，并在沉降室內得到緩沖降溫、去火花等預處理后再進入布袋除塵器；廢氣中幾乎所有粉塵顆粒物均在布袋除塵器中得到隔離去除；隨后廢氣經由風機鼓入噴淋吸收塔以脫除廢氣中含有的二氧化硫等酸性物質，最后經由煙囪達標排放。布袋除塵器根據建設場地條件的要求可選用PPW氣箱脈沖式或CDFM低壓行噴脈沖式，除塵布袋一般選擇采用經覆ptfe微孔薄膜的滌綸針刺氈布袋，布袋過濾風速設計為1.0m/min～1.2m/min。布袋除塵器一般應設置離線閥進行離線清灰，可以使清灰過程比較徹底，清理的灰塵自動落入布袋除塵器底部的灰斗，同時配合灰斗倉壁振動器和星形卸灰閥對灰斗儲灰進行卸灰。在廢氣收集管路上設計3個溫度探測點，并分別在沉降室，除塵設備進風口處設計3級降溫系統對收集的高溫廢氣進行降溫；在布袋除塵器的箱室間設計隔板，既保證其各箱室間不相互串風，又防止布袋發生著火燃燒時串燒至其他箱室。

布袋除塵器的清灰和卸灰過程均采用“觸摸屏+PLC”自動控制系統進行控制，布袋的清灰間隔、清灰強度，卸灰頻率，卸灰時間等運行參數可根據不同污染負荷對應進行調整。該自動控制系統同時對風機運行頻率、電流及各工藝部位廢氣溫度進行監控并形成曲線圖記錄，并對運行過程產生的超溫、故障進行報警并記錄。有利于使用單位和設計單位對系統運行狀態掌握，并及時對運行參數作相關調整。

鋁熔鑄爐廢氣經布袋除塵處理后，如果燃燒的是天然氣，廢氣經煙囪直接排放；如果使用的是其他含有硫的燃料，則需經脫硫噴淋吸收塔作進一步處理后再排入大氣，需要用到脫硫塔的一般采用多級旋流板噴淋吸收塔。鋁熔鑄爐廢氣經以上處理單元處理后，排放廢氣顆粒物實測濃度可以達到30mg/N.m3以下，二氧化硫濃度則可以達到10mg/N.m3以下，均優于國家排放標準。

5 節能設計

為保證熔鋁爐廢氣充分收集，除了對應廢氣產生量和性質，強化、細化集氣罩的設計外，設計還引入了“罩閥+變頻”自動控制系統，達到了充分節省運行成本的目的。其控制原理為：靜置和鑄造過程，無廢氣產生，關閉所有收集罩閥門，風機自動停止；升溫加熱時打開小閥門，收集燃燒廢氣；打渣精煉時及初始升溫時，開啟大閥門，收集大股廢氣；二次投加廢料時，大小閥門均開啟，強化該工況下產生的大量廢氣收集；抄灰機罩閥及攤灰罩閥開啟時相應增加一定的風機頻率。以上控制過程可通過在觸摸屏參數設置項中設定每一種工作狀態下，開啟的風機頻率，并可隨時根據實際工況進行調整，保證廢氣剛好收集而不至于浪費電能。

6 結論

熔鋁爐廢氣收集處理成敗的關鍵細節有：集氣罩、鏈條廢氣收集罩、抄灰機、攤灰區集氣罩的設計；沉降室及自動降溫除火花控制系統；布袋除塵器選用；布袋除塵器均風系統、離線閥及清灰系統、振動器、卸灰閥控制系統；脈沖清灰自動控制系統，“罩閥+變頻”自動控制系統等。實踐證明，以上處理單元有機組成了一套完整、高效的熔鋁爐廢氣處理系統。