電熔棕剛玉冶煉會產(chǎn)生大量煙氣，是行業(yè)環(huán)保治理的重點和難點。
       《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》提出了“十二五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右，主要污染物排放總量減少10%的約束性指標。這是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇，也是企業(yè)推進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變增長方式的必由之路。因此，棕剛玉生產(chǎn)廠家要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，如何讓棕剛玉冶煉過程中產(chǎn)生的煙塵得到有效控制，做到全過程達標排放，便成了一道必須破解的難題。
       棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)在建設(shè)過程中按照“三同時”的原則，建設(shè)了配套環(huán)保除塵系統(tǒng)，達到了正常冶煉時煙氣基本不外溢的效果。但是，當冶煉結(jié)束傾倒時，產(chǎn)生的煙氣量仍然很大，主要原因有以下幾點：從倒包間及電極孔與小爐門外溢出的煙氣，不易實施控制；倒包出料煙氣從傾倒間外逸，配套的環(huán)保設(shè)施難以有效捕集，造成煙氣外排嚴重，污染了車間內(nèi)外的工作環(huán)境。棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)現(xiàn)多數(shù)采用局部通風(fēng)的原理，對冶煉爐倒包間外溢煙氣加以控制并進行凈化處理，基本實現(xiàn)了對倒包過程中倒包間外溢煙氣的治理。
       伴隨著國家環(huán)保標準的逐步提高，棕剛玉生產(chǎn)廠家(公司)面臨著必須保證實現(xiàn)整個冶煉期間無污染煙氣(主要是出爐時的無組織外逸煙氣)外排的要求。
       研究實施方案的選擇
       實施方案選擇的基本原則。研究人員在制訂方案時本著如下原則：嚴格執(zhí)行國家及地方各級環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定，確保治理后煙塵達標排放；在治理剛玉爐煙氣粉塵對環(huán)境污染的同時，實現(xiàn)對粉塵的回收再利用，以提高環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益；低成本，高效益。采用先進的除塵工藝技術(shù)，在確保達到設(shè)計指標的前提下，結(jié)合生產(chǎn)單位的實際情況，盡可能降低除塵工程的投資和運行費用；管理和維護方便，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；保證除塵系統(tǒng)長期運行且不出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象及堵塞現(xiàn)象；除塵系統(tǒng)使用壽命超過10年。
       但由于棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量一般與爐容量成線性關(guān)系，因此，在精煉期和倒包出料期間，冶煉爐排煙量將大幅上升。由于冶煉爐內(nèi)熱氣流呈正壓，且一般排煙罩設(shè)在冶煉爐上方邊側(cè)，離爐中心較遠，不能在爐中心部位形成有效的負壓，造成冶煉爐電極孔和操作門煙氣外排嚴重。若要有效排出這部分污染煙氣，可采用兩種方法。
       一是加大棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量。目前國內(nèi)棕剛玉傾倒式冶煉爐煙氣凈化系統(tǒng)均采用加大棕剛玉傾倒式冶煉爐排煙量來排出這部分污染煙氣，但由于排煙罩設(shè)在冶煉爐上方邊側(cè)，離爐中心較遠，若要在爐中心部位形成有效的負壓，必須大幅提高抽風(fēng)量，依單臺5000kVA棕剛玉傾倒式冶煉爐計算，需排風(fēng)量為100000～120000m3/h。隨之而來的是煙氣溫度的增高，煙氣處理系統(tǒng)不但規(guī)模較為龐大，而且還需增設(shè)降溫裝置，投資較大；同時，抽風(fēng)量大幅提高，將攜帶大量熱能外排，冶煉能耗勢必大幅增加。
       二是結(jié)合棕剛玉冶煉爐廠房結(jié)構(gòu)，采用 “堵”“疏”的原理，充分利用棕剛玉冶煉爐廠房三樓較大的空間，經(jīng)科學(xué)合理導(dǎo)流，將在精煉后期和倒爐時產(chǎn)生的無組織排煙在熱壓的作用下向上導(dǎo)流，經(jīng)由樓梯間、樓板預(yù)留電極口上升到三樓，將冶煉廠房三樓適當密封，形成一個大型的、高容留體積的集煙罩，使煙氣在三樓集聚。同時，在冶煉廠房屋頂設(shè)排煙口，變無組織排煙為有組織排煙，避免其集聚和溢出。
通過經(jīng)濟技術(shù)對比分析，此研究采用棕剛玉廠房密閉環(huán)保工藝路線。
       除塵器的選擇。對于棕剛玉冶煉爐除塵，要想獲得好的除塵效果，應(yīng)具備兩個主要條件：一方面是抽風(fēng)量的選取正確，另一方面是除塵設(shè)備的合理選型。除塵器清灰效果好，阻力低，能滿足實際所需的處理風(fēng)量，才能保證除塵效率和排放要求。結(jié)合除塵器的性能指標及粉塵的理化性質(zhì)，若保證長期達標排放和物料的有效回收，就需選用高效除塵設(shè)備。
       由剛玉冶煉爐煙塵成分可以看出，灰中Al2O3與SiO2 的含量占煙塵總量的90%以上。在此情況下，粉塵的比電阻偏高，若采用電除塵器收塵，會產(chǎn)生反電暈現(xiàn)象，收塵效率不高；同時，由于粉塵粒度小，小于5μm的粉塵占很大比例，粉塵堆比重僅為0.5t/m3，電除塵器振打清灰時會產(chǎn)生二次揚塵, 導(dǎo)致收塵效率下降(七砂曾采用電除塵器凈化剛玉冶煉爐煙氣，效果不佳，凈化效率小于95%，未能達到環(huán)保要求)。由此可見，不宜采用電除塵器作為煙氣凈化設(shè)備；粉塵粒度小，也不適合將機械除塵器作為煙氣凈化設(shè)備；濕法除塵又有可能造成廢水等二次污染，同時不利于粉塵的有效回收；方案選擇袋式除塵器，袋式除塵器不受粉塵比電阻的影響，對粒徑小的粉塵亦有極高的捕集率，是一種理想的凈化剛玉冶煉爐的除塵設(shè)備。實際工程中也大多采用袋式除塵器，且收塵效果良好，粉塵排放濃度可控制在50mg/m3以內(nèi)。針對剛玉冶煉爐粉塵細而黏的特點, 只有采用強力清灰方式, 才能將袋式除塵器設(shè)備阻力控制在設(shè)定范圍之內(nèi)。脈沖袋式除塵器的清灰能力強，其清灰能力大大高于反吹風(fēng)等弱清灰的袋式除塵器已是不爭的事實，因而成為許多爐窯煙氣凈化的首選設(shè)備。
       風(fēng)冷器的選擇。棕剛玉廠房密閉后，無組織煙氣與冶煉廠房內(nèi)的空氣混合后，其溫度大幅下降。根據(jù)對國內(nèi)某單位的實測，混合煙氣溫度約為50℃。煙氣溫度能滿足布袋除塵器的耐溫要求，因此廠房密閉環(huán)保系統(tǒng)無須配套降溫設(shè)施。
       廠房密閉的方式。在對廠房進行密封時，考慮到冶煉工藝操作等因素，冶煉平臺周邊廠房須存留部分敞口。但為防止煙氣下返溢出和室外干擾氣流的影響，存留部分敞口的進風(fēng)速度不得高于0.5m/s，敞口總面積應(yīng)是冶煉平臺周邊廠房總面積的5%。
       考慮冶煉平臺密封、采光、檢修要求，廠房密閉時上部采用透光材料進行密閉。
       為保證冶煉平臺煙氣順利排出，需在棕剛玉傾倒爐正上方三層樓板處開孔，開孔位置依現(xiàn)場地形而定；為保證運行操作人員安全，孔洞四周應(yīng)用耐火磚圍砌進行防護。
       風(fēng)機噪聲控制。為保證達到整個冶煉期間無污染煙氣外排的要求，除塵系統(tǒng)需配置雙風(fēng)機，以便于風(fēng)機的互為備用，保證除塵效果。但當風(fēng)機設(shè)備正常運轉(zhuǎn)時，由于雙風(fēng)機共用一根煙囪，必然產(chǎn)生較為強烈的疊加噪聲，會對周圍聲環(huán)境產(chǎn)生影響。
       通過對風(fēng)機噪聲特性分析，綜合考慮降噪頻譜、效果、資金、維修、運行等因素，可對氣動噪聲加以治理。
       根據(jù)氣動噪聲的特性，可采取加裝消聲器對氣動噪聲加以治理。消聲器是一種在允許氣流通過的同時，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。它是降低空氣動力性噪聲的主要技術(shù)措施，主要安裝在進、排氣口或氣流通過的管道中。這要滿足以下4項基本要求：在使用現(xiàn)場的正常工作狀況下，對所要求的頻帶范圍有足夠大的消聲量；要有良好的空氣動力性能，對氣流的阻力要小，阻力損失和功率損失要控制在實際允許的范圍內(nèi)，不影響氣動設(shè)備的正常工作；空間位置要合理，具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單的特點，便于制作安裝和維修；要價格便宜，經(jīng)久耐用。
       解決的主要技術(shù)難題
       煙氣量的確定。冶煉廠房內(nèi)的無組織煙氣來源有兩處：電極孔排煙和操作門排煙。煙氣量計算有兩種方法：熱壓計算法和換氣次數(shù)法。
       經(jīng)測算比較，取兩種計算法結(jié)果的較大值，該設(shè)計取無組織煙氣排風(fēng)量為133749m3/h。
       過濾面積與過濾風(fēng)速的選擇。根據(jù)煙塵的理化性質(zhì)和排放濃度的要求，本方案取凈過濾風(fēng)速為1.0m/min～1.2m/min 則凈過濾面積F＝1858m2～2229m2。
       煙氣的科學(xué)合理導(dǎo)流。為保證煙氣順利地上升至棕剛玉冶煉爐廠房三樓，避免在二樓集聚，必須經(jīng)科學(xué)合理導(dǎo)流。根據(jù)精煉后期和倒爐時產(chǎn)生的無組織排煙是在熱壓的作用向上流動這一原理，在煙氣到達三樓樓板的相對位置開設(shè)導(dǎo)流孔，導(dǎo)流孔應(yīng)設(shè)置在DC區(qū)域內(nèi)。
       熱射流在上升過程中，由于周圍空氣的卷入，流量和橫斷面積會不斷增大。該方案的取值為：熱源溫度為800℃，周圍空氣溫度為30℃，則熱源和周圍空氣的溫差為800-30=770℃，電極孔徑為?準700mm。爐頂面距三樓樓板約5.5m，考慮到橫向氣流的干擾，可在三樓樓板的相對DC位置開孔，對電極孔溢出煙氣進行科學(xué)合理導(dǎo)流，操作門溢出煙氣可經(jīng)由樓梯間上排。
       濾袋的選擇。根據(jù)棕剛玉冶煉爐煙塵特點，采用聚酯纖維濾袋。
       總結(jié)
       棕剛玉廠房密閉環(huán)保的工藝路線是在綜合了國內(nèi)棕剛玉冶煉爐環(huán)保除塵的各種形式并比較其優(yōu)劣、借鑒了成功的工程案例經(jīng)驗、結(jié)合現(xiàn)場情況而制定的。該工藝技術(shù)應(yīng)用全面通風(fēng)的原理治理棕剛玉冶煉爐煙氣，顛覆了長期以來應(yīng)用局部通風(fēng)治理棕剛玉冶煉爐煙氣的傳統(tǒng)理念，從根本上徹底解決了棕剛玉冶煉爐煙氣污染難題。
       棕剛玉廠房密閉環(huán)保是在滿足環(huán)保要求的前提下，對工藝路線選擇、主要設(shè)備優(yōu)化選型、降溫措施經(jīng)濟選用、維修管理方便簡單、節(jié)能降耗顯著、操作靈活可靠等諸方面要求都進行了多方案比較與優(yōu)選，使環(huán)保基本達到了主要設(shè)備布置規(guī)劃占地面積小(加長濾袋長度)、維修管理方便簡單(實現(xiàn)了在線檢修)、選用節(jié)能產(chǎn)品并合理配置(選用雙風(fēng)機配置)、風(fēng)機噪聲控制(采用高效消聲器等)的要求，具有較高的經(jīng)濟實用性。