淺談冶煉廠車間氣流誘導及有害氣體凈化方法

關永軍

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

1 技術背景

冶煉廠生產車間安裝有多臺生產設備，車間生產中將產生大量的有毒有害、富含粉塵的氣體，設備配有凈化系統，設備因操作等因素，總有一些粉塵或有毒有害氣體外溢，無組織排放至冶煉廠車間外大氣中，對冶煉廠車間周邊區域的環境造成嚴重污染。對于企業而言，并未找到很好的解決問題的辦法。有人認為，可以考慮在冶煉廠車間屋頂通風器增設噴淋系統，通過水洗的方法，將煙氣中的有毒有害物質及粉塵收集下來，但又存在著漏液的問題，一旦漏液，對生產，可能產生災難性后果。為解決這一問題，設計了冶煉廠車間氣流誘導及有害氣體凈化方法，具體方法是，通過風機引導氣流至冶煉廠車間外側，在冶煉廠車間外側，噴淋系統(借助脫硫脫硝化學藥劑)，對外排氣流中的有毒有害物質及粉塵進行捕集和吸收，達到脫硫脫硝，收集外排粉塵的目的。該方法同樣適用于其它有類似工況的冶煉廠車間。

2 分析問題

傳統的冶煉廠車間廠房結構截面為中間高兩側低，這種廠房結構，冶煉廠車間擁有一定溫度的有毒有害氣體都集中于廠房中間區域的高點處，為方便冶煉廠車間有毒有害氣體的外排，冶煉廠車間的屋頂通風器通常安裝于廠房的中部。脫硫脫硝常用的方法為濕法，通過化學藥劑吸收達到目的，為解決脫硫脫硝問題，本可以在此處的屋頂通風器增設噴淋系統，將通過此處外排的含硫含硝的氣體進行水洗，進行捕集，達到脫硫脫硝的目的。

在屋頂通風器處安裝脫硫脫硝的噴淋系統將存在如下問題：

（1）脫硫、脫硝通常采用化學藥劑進行噴淋，并設有收集盤，對噴淋產生的液體進行收集，因此處工況復雜，噴淋產生的液體極易進入冶煉廠車間，對冶煉廠車間的設備及工藝產生不利影響；

（2）所設的液體收集盤因腐蝕等原因，極易損壞，產生漏液現象。化學藥劑進入冶煉廠車間，對冶煉廠車間內作業的工人和設備造成傷害，甚至產生災難性后果；

（3）噴淋系統安裝于屋頂通風器處，噴淋系統運行一段時間，難免需要維修，因此處位于冶煉廠車間最高點，風速較高，化學藥劑極易飛濺至冶煉廠車間內。因風速較高，給維修帶來諸多不便。

3 解決問題

通過上文分析，將脫硫脫硝噴淋系統安裝于冶煉廠車間的兩側，即可解決上文所述方法存在的諸多不足。廠房屋頂截面結構成菱形狀，廠房屋頂外面與普通冶煉廠車間一樣，中間高兩側低，有利于排水，冶煉廠車間內，正好相反，中間低，兩側高，設有上導流板和下導流板，在冶煉廠車間屋頂的兩側留有通風口，有利于冶煉廠車間氣流通過冶煉廠車間兩側外排。為確保冶煉廠車間擁有良好的采光，在上下導流板合適位置，安裝透光效果較好的采光板，但須保證上下層采光板能有效的將室外的光導入冶煉廠車間。

冶煉廠車間屋頂做導流設計，同時配備風機，促使冶煉廠車間內氣流有組織地向冶煉廠車間兩側排出。應用氣流引射原理，在高速引流風的帶動下，將引流風周邊的氣流快速引出，風速越高引出的風量也越大，廠房中部最高點區域的負壓也將越高。冶煉廠車間氣流外排時，噴淋系統將化學藥劑以霧狀或微小液滴狀向外噴出，噴出的化學藥劑對外排氣流進行水洗、化學反應等，對外排氣流中夾帶的粉塵進行捕集，這樣就達到了脫硫脫硝的目的，同時也捕集了外排氣流中夾帶的粉塵。因噴淋系統的影響，外排氣流流出的阻力加大，通過引流風機的作用來降低這一阻力對外排氣流的影響。

4 冶煉廠車間氣流誘導及有害氣體凈化方法的具體實施

圖1 車間剖面圖

圖2 噴淋局部放大圖

圖3 噴淋系統圖

在冶煉廠車間屋頂的兩側，設有噴淋系統所需的管路系統、噴嘴、積液槽、積液回收管路等。對冶煉廠車間而言，車間外的風對噴淋系統影響很大，若出現逆氣流現象，噴淋系統很難正常工作。

為保證復雜工況下，噴淋系統仍能正常工作，將車間外界工況分為正常工況和非正常工況，正常工況為冶煉廠車間外的氣流對噴淋系統無影響，如車間外風向為冶煉廠車間縱向；非正常工況為車間外的氣流對噴淋系統有影響且較大，如車間外的風向為冶煉廠車間橫向。

正常工況下，冶煉廠車間內煙氣在上、導流板及輔助導流板的作用下，借助風機的作用，通過車間兩側排出，在D、E區域的煙氣可通過下導流板所開的通風口排出冶煉廠車間外，冶煉廠車間兩側噴淋系統啟動，進入脫硫、脫硝工作狀態。非正常工況下，車間外的風向為冶煉廠車間橫向，車間的兩側屋頂設風速風向傳感器，若風向由A側向B側時，風速達到某一設定值時，A側噴淋系統停止運行，防止噴淋液滴被帶入冶煉廠車間，同時關閉吹向A側的風機，此時，車間截面氣流通道成三通結構，冶煉廠車間外的風從A側吹向B側，在冶煉廠車間屋頂中部最低點處，形成負壓，此時吹向B側的風機可以關閉。同理，若風向相反，則B側噴淋系統停止運行，同時關閉吹向B側的風機。在風機、噴淋系統、風速風向傳感器間設連鎖控制，冶煉廠車間兩側的風機與噴淋系統間自動切換，不需人為干預，實現系統運行的自動化。當冶煉廠車間所處工況為正常工況時，控制系統可根據接收到的風速風向傳感器發回的信號，將噴淋系統運行狀態切換至正常工況狀態運行模式。

冶煉廠車間兩側風口設風閥，當遇到雨天，風閥需要轉某一角度，以防止雨水進入車間，風閥的旋轉也可通過控制系統自動完成。

5 冶煉廠車間誘導通風及有害氣體凈化方法實施的意義

冶煉廠車間誘導通風及有害氣體凈化方法和熱車間選用屋頂通風器來實現全面通風相比，在風機誘導作用下，特別在通過貼附射流作用下，車間跨度有效地拓寬，解決了大跨度車間通風效果差的問題。實際工程設計上，由于風壓的不穩定性，主要考慮車間熱壓的作用，然而車間內外空氣密度差極小，熱壓值約50Pa，其形成的氣流組織較誘導風機的擾動能力弱，因此采用車間誘導通風及有害氣體凈化方法形成的氣流組織更為有序、合理，通風效果更好。車間誘導通風及有害氣體凈化方法和冷車間選用機械通風實現全面通風相比，車間誘導通風及有害氣體凈化方法采用誘導通風方案，其作用范圍更廣，完全滿足大跨度車間的要求；再者，和吸風氣流衰減很快相比，采用誘導通風時氣流衰減緩慢，在車間內形成良好的氣流組織，較好的解決以往冷車間氣流紊亂的問題；另外，誘導通風采用小風量、高風速射流，其能耗較機械通風低，車間誘導通風及有害氣體凈化方法實現了最佳的室內氣流組織，達到了高效經濟的通風換氣效果。

6 結語

文中所述的冶煉廠車間氣流誘導及有害氣體凈化方法已申請國家發明專利，該方法通過流體模擬分析軟件進行了大量的模擬，同時也做了小范圍的實踐和實驗，均取得令人滿意的效果。脫硫脫硝噴淋系統在脫硫脫硝的同時，可對外排氣流中的粉塵進行捕集。該系統設置冶煉廠車間外側進行處理，可方便系統維護，防止漏液等對冶煉廠車間內設備的不利影響，防止安全事故發生，系統運行更安全，更可靠。該系統可采用PLC進行系統控制，實現無人值守，節省人力。該系統因結構簡單、運行維護成本低，具有很好的推廣前景。