電熔棕剛玉冶煉會產生大量煙氣，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”期間單位國內生產總值能耗降低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)推進經濟結構調整、轉變增長方式的必由之路。因此，棕剛玉生產廠家要實現可持續(xù)發(fā)展，如何讓棕剛玉冶煉過程中產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。
棕剛玉生產廠家(公司)在建設過程中按照“三同時”的原則，建設了配套環(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，當冶煉結束傾倒時，產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)保設施難以有效捕集，造成煙氣外排嚴重，污染了車間內外的工作環(huán)境。棕剛玉生產廠家(公司)現多數采用局部通風的原理，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，棕剛玉生產廠家(公司)面臨著必須保證實現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，實現對粉塵的回收再利用，以提高環(huán)境效益、社會效益和經濟效益;低成本，高效益。采用先進的除塵工藝技術，在確保達到設計指標的前提下，結合生產單位的實際情況，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)長期運行且不出現結垢現象及堵塞現象;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。由于冶煉爐內熱氣流呈正壓，且一般排煙罩設在冶煉爐上方邊側，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，但由于排煙罩設在冶煉爐上方邊側，離爐中心較遠，若要在爐中心部位形成有效的負壓，必須大幅提高抽風量，依單臺5000kVA棕剛玉傾倒式冶煉爐計算，需排風量為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，而且還需增設降溫裝置，投資較大;同時，抽風量大幅提高，將攜帶大量熱能外排，冶煉能耗勢必大幅增加。
二是結合棕剛玉冶煉爐廠房結構，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，經科學合理導流，將在精煉后期和倒爐時產生的無組織排煙在熱壓的作用下向上導流，經由樓梯間、樓板預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。
通過經濟技術對比分析，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，應具備兩個主要條件：一方面是抽風量的選取正確，另一方面是除塵設備的合理選型。除塵器清灰效果好，阻力低，能滿足實際所需的處理風量，才能保證除塵效率和排放要求。結合除塵器的性能指標及粉塵的理化性質，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，會產生反電暈現象，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生二次揚塵, 導致收塵效率下降(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備;粉塵粒度小，也不適合將機械除塵器作為煙氣凈化設備;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。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備阻力控制在設定范圍之內。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備。
風冷器的選擇。棕剛玉廠房密閉后，無組織煙氣與冶煉廠房內的空氣混合后，其溫度大幅下降。根據對國內某單位的實測，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速度不得高于0.5m/s，敞口總面積應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，開孔位置依現場地形而定;為保證運行操作人員安全，孔洞四周應用耐火磚圍砌進行防護。
風機噪聲控制。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)需配置雙風機，以便于風機的互為備用，保證除塵效果。但當風機設備正常運轉時，由于雙風機共用一根煙囪，必然產生較為強烈的疊加噪聲，會對周圍聲環(huán)境產生影響。
通過對風機噪聲特性分析，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，不影響氣動設備的正常工作;空間位置要合理，具有體積小、重量輕、結構簡單的特點，便于制作安裝和維修;要價格便宜，經久耐用。
解決的主要技術難題
煙氣量的確定。冶煉廠房內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法。
經測算比較，取兩種計算法結果的較大值，該設計取無組織煙氣排風量為133749m3/h。
過濾面積與過濾風速的選擇。根據煙塵的理化性質和排放濃度的要求，本方案取凈過濾風速為1.0m/min～1.2m/min 則凈過濾面積F=1858m2～2229m2。
煙氣的科學合理導流。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，必須經科學合理導流。根據精煉后期和倒爐時產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導流孔，導流孔應設置在DC區(qū)域內。
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合理導流，操作門溢出煙氣可經由樓梯間上排。
濾袋的選擇。根據棕剛玉冶煉爐煙塵特點，采用聚酯纖維濾袋。
總結
棕剛玉廠房密閉環(huán)保的工藝路線是在綜合了國內棕剛玉冶煉爐環(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驗、結合現場情況而制定的。該工藝技術應用全面通風的原理治理棕剛玉冶煉爐煙氣，顛覆了長期以來應用局部通風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、主要設備優(yōu)化選型、降溫措施經濟選用、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)?；具_到了主要設備布置規(guī)劃占地面積小(加長濾袋長度)、維修管理方便簡單(實現了在線檢修)、選用節(jié)能產品并合理配置(選用雙風機配置)、風機噪聲控制(采用高效消聲器等)的要求，具有較高的經濟實用性。
