熱處理車間油煙凈化技術與應用

樊哲亮，魏栓興，張俊德

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

液壓支架零件的熱處理工序有淬火、回火、正火等，冷卻介質為水、油。如液壓缸的熱處理為淬火+高溫回火，冷卻介質為水、油；連接銷軸的熱處理為淬火，冷卻介質為油。油冷工件在淬火、裝爐時產生大量油煙，油煙在車間內的彌散，對職工健康、設備運行等造成影響。油煙的無組織排放，使車間內外環境受到污染。為保障車間油煙污染物排放達到地方廢氣排放標準，需要對熱處理車間的油煙進行凈化處理。

1 熱處理車間工況

液壓支架零件根據材質和結構不同，選擇對應的熱處理冷卻介質。如淬透性一般的合金結構鋼，小規格、截面變化大、有突出尖角等易淬火開裂的工件采用油淬；大規格淬透性良好且需要保證淬硬層的合金結構鋼工件采用水淬+油冷工藝，油淬溫度控制不大于70℃。

工件在入油淬火瞬間產生大量油煙，在油池冷卻過程中也伴隨著少量油煙溢出。工件經淬火油冷卻入爐時，其表面附著淬火油因高溫燃燒，也會產生大量油煙。按照《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》、《環境空氣總懸浮顆粒物的測定重量法》、《環境空氣氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的測定鹽酸萘乙二胺分光光度法》、《環境空氣二氧化硫的測定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》等在車間內分別對工件淬火前后的顆粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物、非甲烷總烴等進行檢測。車間內廢氣排放濃度最高增長288.9%，最高減少9.1%。如表1 所示，車間內顆粒物TPS 在工件淬火后濃度增長113.6%，二氧化硫濃度下降9.1%，氮氧化物濃度增長12.2%，非甲烷總烴濃度增長288.9%。

表1 熱處理車間淬火前后廢氣監測濃度

2 熱處理油煙凈化

2.1 設備布局

熱處理車間的油煙凈化需要對產生的油煙進行收集后再進行統一凈化處理。車間產生油煙主要在淬火油槽、電爐臺車位置。由于液壓支架零件均為中大型零件，其工件在熱處理過程中均使用橋式起重機進行吊裝，所以油煙的收集裝置需考慮車間的設備布局和工件的裝爐量。（a）廠房：84000mm×24000mm×12000mm；（b）設備：回火電爐8 臺，其中1 臺180kW、4 臺150kW、2 臺45kW、1 臺90kW，分別位于車間兩端；（c）淬火油槽2 個，規格：3400mm×2600mm×1100mm、3600mm×2300mm×1100mm，油池嵌入地面，頂端距離地面高度1100mm，分別位于車間兩端。

2.2 油煙凈化方案

為充分提高油煙收集率，使整個車間凈化率在95%以上，油煙收集采用車間整體收集、電爐集氣罩收集、油池側面收集，油煙收集后并入主管道進入凈化裝置。將車間兩端電爐和淬火油槽分別并聯成2 組，使用2 套凈化系統、2 個煙筒。每臺電爐爐門前增設收集罩；油槽一側增設收集罩、另一側加裝風機，形成點對點收集油煙及吹吸式氣流方式；車間頂層在原天窗位置增設油煙收集裝置。各收集罩分支排煙管道上加裝電動調節閥，主排煙管道加裝消防濕式過濾除塵設施，整套系統與淬火工作狀態形成聯鎖狀態。

整個凈化系統由管道霧化噴淋系統、濕式除塵系統、油煙凈化系統等組成。系統按50000m3/h處理風量設計，電爐集氣罩按2000mm×1200mm、1200mm×1000mm、1600mm×1200mm 等3 種規格設計，車間頂層收集罩按天窗大小和走向布置。油煙凈化系統為初級除霧過濾（一級）+等離子靜電吸附（雙級）+催化氧化VOC 段+消防滅火裝置組成。

2.3 油煙凈化技術及原理

（1）工藝流程

油煙收集→支管道（電動調風閥）→濕式除塵器（防火降溫除塵）→離子靜電集塵設備→復合式催化氧化處理設備→變頻節能風機→煙筒。

工件淬火時，變頻節能風機啟動，離子靜電集塵設備去除氣溶膠及處理油煙顆粒物，復合式催化氧化處理設備處理油煙廢氣。運行過程中電動調節閥根據工作狀態調整，實現風機的變頻，停機時先停處理設備，再停風機；啟動時，先啟動處理設備，再啟動風機，以最經濟的能耗運行來保證系統收集風量和油煙的處理效果。

（2）管道霧化噴淋系統

利用高壓將水形成霧狀，使得液滴有較大的初速度來和粉塵、油霧、顆粒產生碰撞。藉由霧液的膜粘附效應，包覆粉塵增加重力，使其從空氣中分離出來；液滴在高速時形成的溫度差對蒸發在空氣中的少量油煙起到一定的降溫功效，從而凝結、匯聚油煙，有效除去直徑為0.1～20μm 的液態或固態粒子。通過物理降溫效果，即可阻燃防爆，也可以有效抑滅火花，減少明火的發生。同時，噴霧在圓管道內前進時呈旋轉運行，可以有效的在管道內表面形成一層水膜，減少油煙粘稠物的積掛，保持管道內壁的清潔。管道設計傾斜式，采用防漏油工藝，避免管道內積壓存油易引起的火災隱患。

（3）濕式除塵系統

在風機牽引力作用下，油煙切向進入高壓離心混流通道，在旋流液的高速翻滾旋轉狀態下，液體與油煙氣體充分溶合并相互吸附。由于含油煙氣流呈向心圓周做高速旋轉運動，通過離心力達到氣液分離，分離后的氣體進入耐高溫環保填料攔截層，油煙廢氣浸透在填料上，1μm 以上油煙顆粒物實現初級預處理凈化。旋流速度隨風量大小變化而變化，最大限度增加液氣接觸面積和傳質效率，通過圓周運動衰減旋流能量從而達到廢氣凈化目的。相對于早期旋流式濕式除塵系統，含塵氣流呈縱向軸流運動，氣體停留時間短暫，氣動壓力弱，凈化效果更好。

（4）油煙凈化系統

經降溫后的油煙在風機的作用下被吸入到凈化系統內，油煙中5μm 以上的顆粒物在凈化系統內先被初級過濾器凈化，1～3μm 的顆粒物則在二級均風導流過濾器中二次凈化，1μm 以下顆粒物最后進入機械過濾后排除凈化系統。凈化系統對油煙經過旋回式迷宮分離+機械式絲網板式除霧+等離子靜電ESP 除塵等實現煙霧凈化。系統采用的兩級靜電技術配備電離區和收塵區，雙區板式靜電電場(ESP)將油煙顆粒捕集于收塵區。其原理為電離區對顆粒荷電，電荷顆粒在靜電場的作用下從煙霧中分離，分離出的顆粒在收塵區靜電場的作用下，亞微米級的污染顆粒被收塵板捕集，經凈化后的空氣由風機作用經煙筒排出。

3 熱處理車間油煙凈化效果

在車間東西兩側安裝2 套油煙收集和凈化系統，并配有2 個20m 高煙筒和監測平臺。在安裝油煙凈化設備后，分別對2 個20m 高的煙筒的排放廢氣進行檢查。車間生產時排放標準滿足《北京大氣污染物綜合排放標準》DB11/501 第二時段大氣污染物排放限值。如表2 所示，顆粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物，其排放限值分別不高于1mg/m3、3mg/m3、3mg/m3，非甲烷總烴分別為5.04 mg/m3、5.62mg/m3。

表2 熱處理車間煙筒監測濃度

4 結論

（1）熱處理車間油煙經過凈化后，各監測污染物濃度得到降低，達到北京市大氣污染物綜合排放的標準，也符合國家環保要求。

（2）管道霧化噴淋系統、濕式除塵系統在整個凈化系統中不僅具備防火、防爆的作用，也起到除塵效果，實現油煙的預凈化。

（3）熱處理車間油煙凈化的實施，下一步可為熱處理廢氣排放納入地方或國家相應的行業大氣污染物排放標準起到參考作用。