至德鋼業不銹鋼無縫鋼管廠軋制煙塵處理設計及運行

  浙江至德鋼業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：該處理工藝技術先進，投資省，運行成本低，操作簡便，運行穩定，除塵效果好。至德鋼業連軋管分廠連軋管生產線為當今國內最先進的一套不銹鋼無縫鋼管生產線，其中最關鍵的工序為連軋機。連軋機在軋制鋼管時，為了降低設備負荷，提高芯棒使用壽命，獲得良好的鋼管內壁表面質量，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、蒸發凝聚產生一定含石墨的煙氣，這就使得作業區粉塵四處飄散，崗位粉塵質量濃度較高，空氣污濁，能見度差，車間范圍內設備及作業人員受軋制煙塵污染嚴重。監測表明：連軋分廠作業區崗位粉塵質量濃度在26mg/m³左右，而國家標準規定車間空氣中石墨粉塵的最高容許質量濃度為6mg/m³。為改善作業環境，保護職工身體健康，必須對連軋機生產過程中產生的煙塵進行治理。

一、治理方案

 確定由于鋼管軋制產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生的塵粒和有害氣體，其成分復雜，既有碳粒完全燃燒產生的灰塵，也有不完全燃燒形成的小碳粒，還有樹脂、潤滑劑燃燒產生的有機氣體，以及水蒸氣等冷凝而成的微細粒子。

  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，成分復雜。它不僅嚴重危害人的健康，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，在人體內的化學活性越強，導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《職業病范圍和職業病患者處理辦法的規定》中規定了#"種塵肺名單，其中石墨塵肺是法定職業病之一，其車間衛生特征級別為"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，清灰不暢，而且二次污染嚴重；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板除塵器，燒結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、兼顧環保達標”的治理思路，經過反復比較，確定采用一種新的除塵技術高頻振動水膜法。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，滿足職業安全衛生標準和環保要求。

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，在除塵器內含塵氣體與高頻振蕩水相碰撞時，石墨等塵粒發生凝聚，進而被液體介質捕獲，達到除塵目的。氣體與水接觸有如下過程：塵粒與預先分散的水膜或霧狀液相接觸，含塵氣體沖擊水層產生鼓泡形成細小水滴或水膜，沉降在沖突網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。當含塵氣流通過濕潤的沖突網嵌板時，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，產生碰撞、擴散、凝聚效率也高。凈化后的氣體從除塵器排風口由30m高煙囪排放，污水從排污斗排出進入工業濁環水處理系統。

三、系統設計

  1. 設計原則

   a. 崗位粉塵質量濃度≤6mg/m³。車間軋制煙塵質量濃度執行《工業企業設計衛生標準》修訂后新標準中《工作場所有害因素職業接觸限值》和《車間空氣中石墨粉塵衛生標準》的要求。

   b. 排放質量濃度滿足國家或地方規定的排放標準。連軋管車間是1991年設立的，其最高容許排放質量濃度按《大氣污染物綜合排放標準》的規定執行，石墨粉塵最高允許排放質量濃度不超過22mg/m³。

   c. 除塵系統的所有設計和布置要滿足現有軋管機軋制生產線工藝生產操作和設備維修方便的要求。

   d. 不產生二次污染。

   e. 在達到環境和職業衛生標準的前提下，盡量減少設備的一次性投資和系統的運行成本。

   f. 便于維護和操作。

  2. 工藝流程

  連軋管機軋制過程中產生的軋制煙塵由連軋機整體密封罩前、后端側吸氣罩捕集后，經煙道、離心通風機進入濕式沖突網除塵器，凈化后通過煙囪排至高空。

  3. 設計特點

  連軋車間連軋管機軋制過程中產生的軋制煙塵，采用高頻振動水膜除塵器除塵系統，并配套相應的供水系統和除油系統等。整個系統充分體現“高效、穩定”特性，每一單元充分體現“可靠、實用”特性。

  a. 捕集罩

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

  b. 風機

  風機選用高效低噪音離心風機，風機布置在除塵器前，這主要是考慮保證除塵器在正壓狀態下工作，提高振動柵的振動頻率和捕集效果，同時亦可減小水霧對風機和電機的影響，延長設備使用壽命。

  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，結構簡單，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嵌板、分離器組成。

  d. 系統風管

   風管設計充分考慮經濟和實用性及美觀因素，根據具體情況布管，做到不影響工藝操作，不影響設備維護檢修，不影響行人安全。

   e. 供水系統

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

   f. 除油系統

  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備內沉降、粘附，以免造成管道和設備的堵塞，增加風阻，降低除塵效率，專門配套了除油系統，除油劑噴點沿除塵管線分布，用于清除除塵系統管道、風機及除塵器內壁上的油及石墨粉塵。制好的藥劑，經離心泵加壓打入除塵器及風管噴嘴，霧化后的清洗劑與除塵器及風管內油性粉塵結合、剝離，流入除塵器排污口。除油系統每天自動工作一次，每次工作10分鐘。

  g. 電氣控制系統

  采用變頻調速器調節風量，高效節能，根據不同的工況調節電機頻率，從而控制系統風量，達到節能的目的。水泵和風機之間實行電氣連鎖，保證水泵運行后風機才可以運轉，風機停運后，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，造成電機發熱嚴重。

  2. 不能在工作狀態下調節風機前主閥，否則可能損壞設備。

  3. 軋制煙塵濃度和成分是變化的，當軋制參數變化或品種規格不同或潤滑劑品質不同時，煙塵濃度和成分亦隨之改變，除塵效率亦有所變化。

  4. 供水系統水源污濁時，應打開水質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，而且影響振動柵的使用壽命。

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

五、運行效果及測試結果

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

六、結論

 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、穩定，操作與維修簡便。

 2. 系統耗水量少，只有10噸/小時，高頻振動水膜除塵器產生的污水匯入分廠原工業濁環水處理系統處理，實現閉路循環，不產生二次污染。

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

 4. 除塵系統效果較好。由監測結果可以看出，石墨粉塵崗位平均質量濃度只有3.24mg/m³，排放質量濃度為18.62mg/m³，均達到了國家規定的排放標準。減少了石墨粉塵對環境的污染，改善了作業環境，取得了良好的環境效益和社會效益。