至德鋼業(yè)不銹鋼無縫鋼管廠軋制煙塵處理設(shè)計及運行

  浙江至德鋼業(yè)有限公司針對不銹鋼無縫鋼管廠軋制煙塵的特殊性，采用一種全新的處理工藝流程高頻振動水膜法。運行實踐表明：該處理工藝技術(shù)先進，投資省，運行成本低，操作簡便，運行穩(wěn)定，除塵效果好。至德鋼業(yè)連軋管分廠連軋管生產(chǎn)線為當(dāng)今國內(nèi)最先進的一套不銹鋼無縫鋼管生產(chǎn)線，其中最關(guān)鍵的工序為連軋機。連軋機在軋制鋼管時，為了降低設(shè)備負(fù)荷，提高芯棒使用壽命，獲得良好的鋼管內(nèi)壁表面質(zhì)量，芯棒被涂上礦物油、石墨和其他成分配制而成的潤滑劑。在高溫和高速軋制時，部分潤滑劑會燃燒、蒸發(fā)凝聚產(chǎn)生一定含石墨的煙氣，這就使得作業(yè)區(qū)粉塵四處飄散，崗位粉塵質(zhì)量濃度較高，空氣污濁，能見度差，車間范圍內(nèi)設(shè)備及作業(yè)人員受軋制煙塵污染嚴(yán)重。監(jiān)測表明：連軋分廠作業(yè)區(qū)崗位粉塵質(zhì)量濃度在26mg/m³左右，而國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定車間空氣中石墨粉塵的最高容許質(zhì)量濃度為6mg/m³。為改善作業(yè)環(huán)境，保護職工身體健康，必須對連軋機生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙塵進行治理。

一、治理方案

 確定由于鋼管軋制產(chǎn)生的煙塵有其特殊性，所以其方案必須要有十分強的針對性。

 1. 軋制煙塵的特性

  軋制煙塵是鋼管軋制時石墨潤滑劑在燃燒過程中產(chǎn)生的塵粒和有害氣體，其成分復(fù)雜，既有碳粒完全燃燒產(chǎn)生的灰塵，也有不完全燃燒形成的小碳粒，還有樹脂、潤滑劑燃燒產(chǎn)生的有機氣體，以及水蒸氣等冷凝而成的微細(xì)粒子。

  2. 軋制煙塵的危害性

  石墨粉塵含有有害的無機物和有機物，成分復(fù)雜。它不僅嚴(yán)重危害人的健康，而且可以進入呼吸道深處和肺部，危害人體呼吸道，引發(fā)支氣管炎、肺炎、肺氣腫，甚至肺癌等。一部分粒徑較小的石墨塵粒有可能侵入肺組織而沉積在肺部，引起石墨塵肺。石墨粉塵粒徑越小，在空氣中停留時間越長，通過上呼吸道而被吸入肺部的機會越多。此外，石墨粉塵粒徑越小，其比表面積越大，在人體內(nèi)的化學(xué)活性越強，導(dǎo)致肺組織纖維化的作用也越明顯，其危害性也越大。我國2011年公布實施的《職業(yè)病范圍和職業(yè)病患者處理辦法的規(guī)定》中規(guī)定了#"種塵肺名單，其中石墨塵肺是法定職業(yè)病之一，其車間衛(wèi)生特征級別為"級。濕式電除塵除塵效率較高，但其致命缺點是工作可靠性差，電極極易粘塵，造成放電困難，電場不穩(wěn)，清灰不暢，而且二次污染嚴(yán)重；同時，濕式電除塵投資大，約為700萬元，運行成本高，維修量大，管理要求高。干法過濾普遍采用的是燒結(jié)板除塵器，燒結(jié)板除塵器除塵效率高，但其投資大，需900萬元，維護和管理要求高，一般企業(yè)難以接受。為找到一種既能有效地治理軋制煙塵又能減少投資的最佳途徑，我們提出“重點解決崗位粉塵污染、兼顧環(huán)保達標(biāo)”的治理思路，經(jīng)過反復(fù)比較，確定采用一種新的除塵技術(shù)高頻振動水膜法。高頻振動水膜法克服了上述兩種除塵方法投資大等不足，可有效地治理煙塵，滿足職業(yè)安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保要求。

二、高頻振動水膜法工作原理

  高頻振動水膜法工作原理是采用高頻振蕩水捕集煙塵，在除塵器內(nèi)含塵氣體與高頻振蕩水相碰撞時，石墨等塵粒發(fā)生凝聚，進而被液體介質(zhì)捕獲，達到除塵目的。氣體與水接觸有如下過程：塵粒與預(yù)先分散的水膜或霧狀液相接觸，含塵氣體沖擊水層產(chǎn)生鼓泡形成細(xì)小水滴或水膜，沉降在沖突網(wǎng)表面的液體粒子凝聚成大液滴或液膜；石墨粉塵粒徑較大（≥1um），在與水滴或水膜相接觸時通過慣性碰撞和截留被捕集，其捕集效率取決于粒子的慣性及擴散程度。當(dāng)含塵氣流通過濕潤的沖突網(wǎng)嵌板時，一方面因為水滴或水膜與氣流間有相對運動，并由于水滴或水膜周圍有環(huán)境氣膜作用，所以氣體與水滴或水膜接近時，氣體改變流向繞過水滴或水膜，而塵粒受慣性力和擴散的作用，保持原軌跡運動與水滴或水膜相碰撞；另一方面由于金屬沖突網(wǎng)的振動，強化了水霧霧粒及水膜與粉塵的碰撞、凝集作用，提高了對微細(xì)粉塵的捕獲能力。這樣，氣流中的部分塵?；驂m團被噴附在纖維上的水膜捕獲，隨水膜的加厚和因其自重形成下降水流；其余粉塵由于與纖維上的水膜相碰撞，然后由于水的作用凝聚成濕潤的大顆粒，進入分離器而被分離。這說明，水滴小且多，比表面積加大，接觸塵粒機會就多，產(chǎn)生碰撞、擴散、凝聚效率也高。凈化后的氣體從除塵器排風(fēng)口由30m高煙囪排放，污水從排污斗排出進入工業(yè)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)設(shè)計

  1. 設(shè)計原則

   a. 崗位粉塵質(zhì)量濃度≤6mg/m³。車間軋制煙塵質(zhì)量濃度執(zhí)行《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》修訂后新標(biāo)準(zhǔn)中《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》和《車間空氣中石墨粉塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

   b. 排放質(zhì)量濃度滿足國家或地方規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。連軋管車間是1991年設(shè)立的，其最高容許排放質(zhì)量濃度按《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定執(zhí)行，石墨粉塵最高允許排放質(zhì)量濃度不超過22mg/m³。

   c. 除塵系統(tǒng)的所有設(shè)計和布置要滿足現(xiàn)有軋管機軋制生產(chǎn)線工藝生產(chǎn)操作和設(shè)備維修方便的要求。

   d. 不產(chǎn)生二次污染。

   e. 在達到環(huán)境和職業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量減少設(shè)備的一次性投資和系統(tǒng)的運行成本。

   f. 便于維護和操作。

  2. 工藝流程

  連軋管機軋制過程中產(chǎn)生的軋制煙塵由連軋機整體密封罩前、后端側(cè)吸氣罩捕集后，經(jīng)煙道、離心通風(fēng)機進入濕式?jīng)_突網(wǎng)除塵器，凈化后通過煙囪排至高空。

  3. 設(shè)計特點

  連軋車間連軋管機軋制過程中產(chǎn)生的軋制煙塵，采用高頻振動水膜除塵器除塵系統(tǒng)，并配套相應(yīng)的供水系統(tǒng)和除油系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)充分體現(xiàn)“高效、穩(wěn)定”特性，每一單元充分體現(xiàn)“可靠、實用”特性。

  a. 捕集罩

   根據(jù)現(xiàn)場產(chǎn)塵點和工藝設(shè)備布置等具體情況，捕集罩設(shè)置階段，即連軋機前、連軋機后、連軋機本體。連軋機前、后端吸氣罩采用側(cè)吸氣方式，對產(chǎn)生粉塵的連軋機整體密封。側(cè)吸氣方式較頂吸氣有許多優(yōu)點：一是可減少系統(tǒng)風(fēng)量，如國內(nèi)某連軋機采用頂吸氣，設(shè)計風(fēng)量為20萬m³/小時，而采用側(cè)吸氣，可以最大限度地將吸氣口靠近塵源點，因而風(fēng)量大大減少，本系統(tǒng)設(shè)計風(fēng)量為10萬m³/小時。二是吸氣效果好，由于側(cè)吸氣做成半封閉式，煙氣向外漂移得到有效控制。三是不影響工藝操作，由于側(cè)吸氣罩做得比較矮，不會影響行車吊裝。但由于側(cè)吸氣罩座在輸送輥上，對設(shè)備檢修造成一定不便。為保證正常生產(chǎn)，連軋機整體密封罩頂部活動板在保證剛性強度的同時，采用輕質(zhì)材料，側(cè)部密封材料采用耐火、耐溫軟材料。為便于生產(chǎn)和維修，連軋機前、后端側(cè)吸氣罩頂部蓋板采用電動翻動。各吸風(fēng)罩安裝風(fēng)門，用于控制吸風(fēng)罩的風(fēng)量，各支管分別安裝風(fēng)門，用于分配風(fēng)量。電機軟啟動，減少對電網(wǎng)的沖擊。

  b. 風(fēng)機

  風(fēng)機選用高效低噪音離心風(fēng)機，風(fēng)機布置在除塵器前，這主要是考慮保證除塵器在正壓狀態(tài)下工作，提高振動?xùn)诺恼駝宇l率和捕集效果，同時亦可減小水霧對風(fēng)機和電機的影響，延長設(shè)備使用壽命。

  c. 除塵器

   高頻振動水膜除塵器是一種新型捕集器，其工作原理新穎，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，對粒徑在3.0um以上的顆粒物有較高的去除率。同時該設(shè)備局部阻力小，運行能耗低。高頻振動水膜除塵器主要由噴霧管、起粉塵凝聚作用的不銹鋼沖突網(wǎng)嵌板、分離器組成。

  d. 系統(tǒng)風(fēng)管

   風(fēng)管設(shè)計充分考慮經(jīng)濟和實用性及美觀因素，根據(jù)具體情況布管，做到不影響工藝操作，不影響設(shè)備維護檢修，不影響行人安全。

   e. 供水系統(tǒng)

   高頻振動水膜除塵器供水采用分廠工業(yè)濁環(huán)水處理系統(tǒng)出水，經(jīng)管道泵加壓、過濾器過濾后進入除塵器，從除塵器出來的污水經(jīng)管道匯入分廠集水池，進入工業(yè)濁環(huán)水處理系統(tǒng)。整個系統(tǒng)不會產(chǎn)生二次污染。

   f. 除油系統(tǒng)

  由于軋制煙塵為中等黏性顆粒，加之含有礦物油，為防止其在管道和設(shè)備內(nèi)沉降、粘附，以免造成管道和設(shè)備的堵塞，增加風(fēng)阻，降低除塵效率，專門配套了除油系統(tǒng)，除油劑噴點沿除塵管線分布，用于清除除塵系統(tǒng)管道、風(fēng)機及除塵器內(nèi)壁上的油及石墨粉塵。制好的藥劑，經(jīng)離心泵加壓打入除塵器及風(fēng)管噴嘴，霧化后的清洗劑與除塵器及風(fēng)管內(nèi)油性粉塵結(jié)合、剝離，流入除塵器排污口。除油系統(tǒng)每天自動工作一次，每次工作10分鐘。

  g. 電氣控制系統(tǒng)

  采用變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)風(fēng)量，高效節(jié)能，根據(jù)不同的工況調(diào)節(jié)電機頻率，從而控制系統(tǒng)風(fēng)量，達到節(jié)能的目的。水泵和風(fēng)機之間實行電氣連鎖，保證水泵運行后風(fēng)機才可以運轉(zhuǎn)，風(fēng)機停運后，水泵才停止，杜絕高頻振動水膜除塵器無水運行。

四、運行實踐

  1. 本系統(tǒng)使用的電機為非變頻電機，變頻器變幅不能太大，不能在30Hz以下工作，否則影響電機狀態(tài)，造成電機發(fā)熱嚴(yán)重。

  2. 不能在工作狀態(tài)下調(diào)節(jié)風(fēng)機前主閥，否則可能損壞設(shè)備。

  3. 軋制煙塵濃度和成分是變化的，當(dāng)軋制參數(shù)變化或品種規(guī)格不同或潤滑劑品質(zhì)不同時，煙塵濃度和成分亦隨之改變，除塵效率亦有所變化。

  4. 供水系統(tǒng)水源污濁時，應(yīng)打開水質(zhì)過濾器排污閥排出污物，以防堵塞，影響供水噴霧；斷水不但影響除塵效果，而且影響振動?xùn)诺氖褂脡勖?/span>

  5. 必須定期清除設(shè)備及氣體輸送管道內(nèi)部的灰塵、油污及水垢等雜質(zhì)，不及時清除污垢，不但增加系統(tǒng)阻力，影響除塵效果，而且會銹蝕風(fēng)管。

五、運行效果及測試結(jié)果

   連軋管機軋制煙塵除塵系統(tǒng)自2003年3月安裝完成后即投入運行，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，集塵效果顯著，車間作業(yè)區(qū)再也沒有明顯的粉塵飛揚現(xiàn)象，崗位工人的勞動條件得到極大改善。

六、結(jié)論

 1. 采用高頻振動水膜除塵器治理軋制煙塵，投資低、運行成本低，運行安全、穩(wěn)定，操作與維修簡便。

 2. 系統(tǒng)耗水量少，只有10噸/小時，高頻振動水膜除塵器產(chǎn)生的污水匯入分廠原工業(yè)濁環(huán)水處理系統(tǒng)處理，實現(xiàn)閉路循環(huán)，不產(chǎn)生二次污染。

 3. 高頻振動水膜除塵器體積小，整個除塵系統(tǒng)設(shè)于連軋機平臺下，不影響車間整體布局。

 4. 除塵系統(tǒng)效果較好。由監(jiān)測結(jié)果可以看出，石墨粉塵崗位平均質(zhì)量濃度只有3.24mg/m³，排放質(zhì)量濃度為18.62mg/m³，均達到了國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。減少了石墨粉塵對環(huán)境的污染，改善了作業(yè)環(huán)境，取得了良好的環(huán)境效益和社會效益。