炭素行業(yè)瀝青煙氣改造治理技術(shù)的探討

于英鵬，趙曉輝，孫 濤

（威海市正大環(huán)保設(shè)備股份有限公司，山東 威海 264400）

在鋁用炭素行業(yè)，高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝過(guò)程中，煅后焦經(jīng)過(guò)破碎、篩分、磨粉、再與經(jīng)破碎、篩分的殘極生碎等回收料配料后加入液體瀝青進(jìn)行混捏?；炷蠛玫暮辖?jīng)振動(dòng)成型機(jī)制成生陽(yáng)極塊。在工藝生產(chǎn)過(guò)程中，由于瀝青揮發(fā)產(chǎn)生瀝青煙氣，瀝青煙氣的主要成分為碳?xì)浠衔?，直徑?.1μm～1μm 的焦油顆粒，多環(huán)、雜環(huán)芳烴和苯并芘致癌物等。

瀝青煙氣直接排放會(huì)對(duì)工人工作環(huán)境及大氣產(chǎn)生污染，并引發(fā)多種職業(yè)危害。在新的環(huán)保形勢(shì)、更加嚴(yán)格的排放指標(biāo)要求下，炭素行業(yè)高樓部瀝青煙氣改造治理勢(shì)在必行。

目前國(guó)內(nèi)鋁用炭素行業(yè)高樓部生陽(yáng)極瀝青煙氣治理，根據(jù)生產(chǎn)工藝及污染物種類的不同，主要分三類：①焚燒凈化技術(shù)：主要以采用燃燒反應(yīng)器為主；②靜電捕集凈化技術(shù)：主要以電捕焦油器為主。③物料吸附凈化技術(shù)：主要以氧化鋁凈化技術(shù)和炭粉吸附凈化技術(shù)為主。

1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)有炭素行業(yè)瀝青煙氣治理技術(shù)分析

鋁用炭素行業(yè)高樓部生陽(yáng)極瀝青煙氣具有風(fēng)量大、污染物濃度低、煙氣溫度低、煙氣收塵點(diǎn)分布發(fā)散、位置距離較遠(yuǎn)等特點(diǎn)，為改善現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境和減少大氣污染排放，瀝青煙氣治理技術(shù)也在一步步完善改進(jìn)。

1.1 焚燒凈化技術(shù)

焚燒凈化技術(shù)主要采用燃燒反應(yīng)器，將煙氣中的有機(jī)物在高溫作用下分解為CO2和H2O 等無(wú)害的無(wú)機(jī)物，來(lái)保證煙氣的治理。焚燒凈化技術(shù)根據(jù)燃燒的溫度和介質(zhì)分為直接燃燒技術(shù)、催化燃燒技術(shù)、蓄熱燃燒技術(shù)、蓄熱催化燃燒技術(shù)。

1.1.1 直接燃燒技術(shù)

該工藝技術(shù)成熟，將瀝青煙氣通入燃燒反應(yīng)器，通過(guò)加入輔助燃料燃燒，在高溫燃燒過(guò)程中分解瀝青廢氣。煙氣污染物去除效率高，燃燒徹底，適用于中高濃度的有機(jī)廢氣治理，用于大風(fēng)量、濃度低的煙氣治理則能耗較大，運(yùn)行費(fèi)用較高。

1.1.2 催化燃燒技術(shù)

催化燃燒技術(shù)是在直接燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加催化劑催化作用，使低濃度有機(jī)煙氣只需在300℃～400℃的催化燃燒溫度進(jìn)行分解，燃料消耗較少。

由于瀝青煙氣的黏附性、低濃度的特性，使得該技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中存在一定的難度，瀝青煙氣積聚導(dǎo)致催化燃燒反應(yīng)器內(nèi)蜂窩狀催化劑堵塞，催化劑使用壽命短，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用較高。

1.1.3 蓄熱燃燒技術(shù)和蓄熱催化燃燒技術(shù)

蓄熱式燃燒技術(shù)主要設(shè)備由預(yù)處理、蓄熱室、燃燒室、燃燒機(jī)、切換閥組等組成。工作原理是將瀝青煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)處理，蓄熱室將煙氣預(yù)熱至750℃，在燃燒室加熱升溫至850℃，使瀝青煙氣中的有機(jī)物氧化分解成無(wú)害的CO2和H2O，高溫氣體氧化分解時(shí)的熱量被蓄熱室貯存起來(lái)，用于下一個(gè)循環(huán)的預(yù)熱，從而節(jié)省升溫所需要的燃料消耗、相對(duì)于直接燃燒技術(shù)和催化燃燒技術(shù)降低了運(yùn)行成本。

1.2 靜電捕集凈化技術(shù)

由于瀝青的比電阻適宜.對(duì)金屬無(wú)腐蝕作用.經(jīng)捕集后呈液體，靜電捕集法凈化瀝青煙氣有較好的效果。對(duì)瀝青煙氣靜電捕集主要采用電捕焦油器，其主要結(jié)構(gòu)為殼體、沉淀極、電暈極、支吊架、氣流均布板、出口槽形板、蒸汽吹掃管、高壓電源、絕緣箱等部件組成。工作原理是：當(dāng)瀝青煙氣進(jìn)入電捕焦油器內(nèi)后，在高壓靜電電場(chǎng)的作用下，將瀝青煙、焦油吸附在陽(yáng)極板排上，陽(yáng)極板排上吸附的焦油會(huì)自動(dòng)流下，達(dá)到凈化的目的。

靜電捕集凈化技術(shù)的煙氣捕集效率較低，制造、安裝調(diào)試精度要求較高，整體運(yùn)行費(fèi)用較高。

1.3 物料吸附凈化技術(shù)

1.3.1 氧化鋁吸附凈化技術(shù)

在鋁電解行業(yè)使用的砂狀氧化鋁，比表面積可以達(dá)到40m2/g～80m2/g，微孔數(shù)量巨大，可以保證對(duì)瀝青煙氣中的焦油顆粒、多環(huán)、雜環(huán)芳烴和苯并芘等有較強(qiáng)的吸附效果。氧化鋁吸附凈化技術(shù)主要是利用氧化鋁吸比表面積大、多微孔、吸附性強(qiáng)的特性。工作原理是：在反應(yīng)器加入砂狀氧化鋁粉末，大量氧化鋁吸附在焦油顆粒表面，形成較干燥的粉塵顆粒，使瀝青煙氣的狀態(tài)由氣液混合改變?yōu)闅夤袒旌?，最終由脈沖袋式除塵器進(jìn)行氣固分離。在運(yùn)行過(guò)程中可以設(shè)二次循環(huán)料，增加吸附料的使用效率。氧化鋁吸附凈化技術(shù)便捷、高效，可以有效的去除瀝青煙氣中的有害物質(zhì)，達(dá)到較高的排放效果。

在鋁用炭素行業(yè)附近有鋁用電解行業(yè)可以采取氧化鋁吸附凈化技術(shù)，降低投入運(yùn)行成本，但吸附完成的返回氧化鋁會(huì)將焦油等污染物帶入電解工段，增加運(yùn)輸成本及電解工段的環(huán)保設(shè)備壓力。

1.3.2 炭粉吸附凈化技術(shù)

在鋁用炭素行業(yè)，高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝過(guò)程中，球磨機(jī)產(chǎn)出的細(xì)粉料，粒徑：200 目占75%以上，它的空隙結(jié)構(gòu)非常發(fā)達(dá)，發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)就為其提供了大的比表面積，具有一種強(qiáng)烈的物理吸附特性，可以作為瀝青煙氣吸附的原料。工作原理是：在煙道各反應(yīng)器加入球磨粉，大量球墨粉吸附在焦油顆粒表面，形成較干燥的粉塵顆粒，使瀝青煙氣的狀態(tài)由氣液混合改變?yōu)闅夤袒旌希罱K由脈沖袋式除塵器進(jìn)行氣固分離。脈沖袋式除塵器捕集的回收粉料可以進(jìn)入高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)配料工藝，重新配比生產(chǎn)生陽(yáng)極炭塊，達(dá)到自產(chǎn)自銷的循環(huán)利用模式。

炭粉吸附凈化技術(shù)凈化效率高、吸附反應(yīng)徹底、返回料循環(huán)利用，不會(huì)產(chǎn)生二次搬運(yùn)、二次污染、設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)成本低、設(shè)備投資成本較少。

2 瀝青煙氣改造治理技術(shù)的選擇

綜上所述，焚燒凈化技術(shù)、靜電捕集凈化技術(shù)、物料吸附凈化技術(shù)針對(duì)高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的瀝青煙氣，所能達(dá)到的凈化標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)、投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用也各不相同。其中炭粉吸附凈化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，可以就地取材、建構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、投資費(fèi)用較低、凈化效果好，符合高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)實(shí)際，能夠徹底解決高樓部瀝青煙氣污染的問(wèn)題。

2.1 工藝流程

在高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝過(guò)程中將各個(gè)無(wú)組織排放的瀝青煙氣通過(guò)加設(shè)外置收塵罩或者密閉、半密閉式收塵罩進(jìn)行收集，關(guān)鍵工藝位置增加電動(dòng)閥門切換使用，各個(gè)工段收集的瀝青煙氣根據(jù)匯總位置進(jìn)入收塵主煙道，在收塵主煙道中，煙氣流向?yàn)椋河上轮辽?，在瀝青煙氣濃度較大的煙道設(shè)置吸附反應(yīng)器。

球磨粉倉(cāng)下部設(shè)置球磨粉緩沖倉(cāng)，專用于瀝青煙氣凈化系統(tǒng)加料使用，利用變頻下料裝置控制加料量，根據(jù)實(shí)際工藝工況條件調(diào)整下料參數(shù)。球磨粉通過(guò)高壓風(fēng)機(jī)吹入煙道吸附反應(yīng)器，在吸附反應(yīng)器中，加入的球磨粉被打散，快速的與瀝青煙氣中的焦油顆粒、多環(huán)、雜環(huán)芳烴和苯并芘等污染物進(jìn)行強(qiáng)物理吸附，形成較干燥的粉塵顆粒。吸附完成的煙氣追中進(jìn)入到脈沖袋式除塵器中進(jìn)行氣固分離，潔凈的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)排入至大氣中。

不同的地區(qū)，冬季環(huán)境溫度各不相同，在冬季環(huán)境氣溫過(guò)低時(shí)，為了防止瀝青焦油煙氣低溫冷凝，降低煙氣吸附反應(yīng)效率、在煙道內(nèi)壁形成黏附性粉塵、焦油等。設(shè)置導(dǎo)熱油換熱器，導(dǎo)熱油換熱器是利用高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝中導(dǎo)熱油進(jìn)油，通過(guò)換熱翅片管，進(jìn)行熱交換。開(kāi)啟導(dǎo)熱油換熱器，利用鼓風(fēng)機(jī)將室外潔凈空氣經(jīng)換熱器，加熱至100℃，鼓入主煙道，提高煙氣反應(yīng)溫度，可以維持高效吸附反應(yīng)。

2.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

（1）炭粉吸附凈化技術(shù)對(duì)比焚燒凈化技術(shù)、靜電捕集凈化技術(shù)，采用吸附劑對(duì)瀝青煙氣進(jìn)行物理吸附反應(yīng)，避免了助燃燃料及高壓電源的能源消耗，系統(tǒng)投資運(yùn)行成本低。

（2）采用生產(chǎn)工藝中的球磨粉料作為吸附劑，煙氣治理系統(tǒng)加入和產(chǎn)出的粉料均來(lái)自和供給生產(chǎn)工藝中，整套工藝配合高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝循環(huán)使用，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，無(wú)需倒運(yùn)吸附劑和返回料。

（3）導(dǎo)熱油換熱器具有安全可靠、能耗低、散熱效率高。相比于電加熱器，進(jìn)入加熱器的碳粉不會(huì)發(fā)生著火現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)發(fā)生隱患的可能性，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（4）主煙道垂直布置，避免煙氣在管道多次碰撞導(dǎo)致吸附劑掉落堆積在角落。分支煙道采用大角度傾斜及上下倒流方式，避免煙道內(nèi)球墨粉與焦油積存，在一定的溫度下，融化的焦油沿傾斜角度回流，保證煙道不出現(xiàn)焦油漏點(diǎn)。

2.3 瀝青煙氣治理效果

在正常選型設(shè)計(jì)及正常操作條件下，鋁用炭素行業(yè)高樓部生陽(yáng)極生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的瀝青煙氣等污染物經(jīng)過(guò)改造治理侯，各項(xiàng)污染物排放濃度可以達(dá)到《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修改單》表1 中大氣污染特別排放限值，七主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 大氣污染特別排放限值

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家政策對(duì)環(huán)保的要求日益加大，炭素行業(yè)瀝青煙氣改造治理技術(shù)的研究也得到了更大的機(jī)遇。各式各樣的治理技術(shù)針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，所能達(dá)到的排放效果也不盡相同。新型的炭粉吸附凈化技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的治理技術(shù)，能夠?qū)^為復(fù)雜的工況、大風(fēng)量低濃度的瀝青煙氣進(jìn)行有效的治理的同時(shí)，大大降低的企業(yè)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的成本費(fèi)用以及設(shè)備投資費(fèi)用，將是炭素行業(yè)瀝青煙氣改造治理的主流方向。各企業(yè)應(yīng)該針對(duì)自身的實(shí)際情況，選擇高效節(jié)能的治理技術(shù)，推動(dòng)企業(yè)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的改造升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益、環(huán)境效益、社會(huì)效益促進(jìn)共贏。