淺析碳化硅冶煉尾氣回收處理關(guān)鍵技術(shù)

王力紳

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)碳化硅冶煉生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，碳化硅因其特有優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于電熱元件、高級(jí)耐火材料、煉鋼脫氧劑等產(chǎn)品中，具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、較好的耐磨性能以及穩(wěn)定的化學(xué)性能等特點(diǎn)，常被用作高質(zhì)量的工業(yè)原材料或化學(xué)產(chǎn)品。在碳化硅冶煉過程中，會(huì)產(chǎn)生CO，SO2及CO2等廢氣，這不僅會(huì)危害職工的身體健康，而且會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。文章簡(jiǎn)要介紹了碳化硅冶煉尾氣回收處理的重要性，重點(diǎn)分析了碳化硅冶煉尾氣回收處理的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)，以期提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：碳化硅冶煉;尾氣回收;關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)如今，大部分冶煉企業(yè)在處理碳化硅冶煉尾氣時(shí)，都是在爐表面點(diǎn)燃CO，將有毒的CO轉(zhuǎn)化為無毒的CO2進(jìn)行無組織排放。出爐時(shí)，采用噴淋裝置進(jìn)行噴水降溫、降塵，但由于噴水量和操作不當(dāng)，降塵效果有限且不穩(wěn)定。環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，應(yīng)用尾氣處理裝置能夠?qū)崿F(xiàn)將碳化硅冶煉尾氣無組織排放變?yōu)橛薪M織達(dá)標(biāo)排放，落實(shí)污染防治措施，滿足企業(yè)環(huán)保生產(chǎn)要求。

1 ? ?碳化硅冶煉尾氣回收處理的背景

碳化硅冶煉生產(chǎn)的尾氣回收和處理，一直是國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)難題，通過多年的科學(xué)研究，目前，國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了尾氣回收和資源化利用，主要用于發(fā)電。在生產(chǎn)過程中，碳化硅冶煉主要產(chǎn)生CO，SO2，CO2、煙塵、氮氧化物等有害物質(zhì)，如果無組織排放，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的污染，同時(shí)，影響企業(yè)職工的身體健康。

采用普通的除塵器處理煙塵即可，但是對(duì)尾氣中CO的處理，目前，國(guó)內(nèi)還沒有成熟、可靠的方法。在碳化硅冶煉過程中，碳化硅結(jié)晶物與CO氣體的質(zhì)量比可以達(dá)到1∶1.4，而CO是一種有毒氣體，如果不及時(shí)處理掉，就會(huì)引起車間內(nèi)CO濃度升高，威脅操作人員的身體健康。另外，CO具有可燃性，受碳化硅冶煉過程中爐內(nèi)高溫的影響，如果不及時(shí)進(jìn)行有效處理，就會(huì)存在燃?xì)獗ǖ奈ｋU(xiǎn)。隨著環(huán)保相關(guān)法律法規(guī)的不斷完善，企業(yè)的環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，為落實(shí)污染防治措施，確保冶煉爐廢氣污染物有組織達(dá)標(biāo)排放，對(duì)傳統(tǒng)的冶煉車間冶煉尾氣回收處理的改造工作勢(shì)在必行。

2 ? ?碳化硅冶煉尾氣回收處理的難點(diǎn)

歐美國(guó)家主要采用的爐型為山型爐和U型爐，我國(guó)的碳化硅冶煉、加工、制造以直型爐為主。在碳化硅冶煉生產(chǎn)的尾氣回收和處理方面普遍采用直接點(diǎn)燃尾氣法，這會(huì)使生產(chǎn)車間內(nèi)溫度過快升高，而且車間內(nèi)的CO濃度得不到有效降低。在碳化硅冶煉尾氣回收處理過程中，受技術(shù)水平的限制，仍存在眾多技術(shù)難點(diǎn)，具體如下：

（1）尾氣回收危險(xiǎn)性高。化硅冶煉過程中會(huì)生成CO，屬于有毒、易爆炸的氣體，在回收過程中容易發(fā)生人員中毒和CO爆炸的危險(xiǎn)。常溫下，CO與空氣混合的爆炸極限為 12.5%～74%，爆炸范圍較寬，不安全系數(shù)較高。由于爐氣中混有油焦的揮發(fā)份（碳?xì)浠衔铮厥諘r(shí)，爐內(nèi)氣體的溫度高于室溫，可能導(dǎo)致爐氣的爆炸極限發(fā)生變化，危險(xiǎn)系數(shù)進(jìn)一步提高。

（2）事故處理難度較大。噴爐是碳化硅冶煉的正常現(xiàn)象，噴爐事故發(fā)生時(shí)往往沒有前兆，很難預(yù)測(cè)，在不回收爐氣的情況下發(fā)生噴爐，采取的措施是立即停止送電，用抓斗壓料后送電冶煉;在回收爐氣的情況下，噴出的炙熱爐料很可能將爐罩燒穿，空氣可能進(jìn)入爐罩內(nèi)，有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。爐罩的存在使壓爐的可行性和及時(shí)性得不到保證。

（3）應(yīng)急方案難以實(shí)施。應(yīng)用新工藝發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)在甚至不到1 s時(shí)間內(nèi)快速作出反應(yīng)，且可靠性要求較高，防止事故造成重大損失。

3 ? ?碳化硅冶煉尾氣回收處理關(guān)鍵技術(shù)

3.1 ?安全集氣措施

在碳化硅冶煉過程中，爐內(nèi)的溫度很高，伴生氣體又具有可燃、可爆的特點(diǎn)，再加上碳化硅冶煉過程中又可能發(fā)生噴爐事故，因而在集氣過程中需要特別注意防范燃?xì)獗āＯ胍獙?shí)現(xiàn)安全集氣，需要注意以下幾個(gè)方面：

（1）控制爐內(nèi)溫度。研究表明，CO，CH4和H2的燃爆極限與溫度成直線關(guān)系，系統(tǒng)溫度升高，燃?xì)獗ㄏ孪拗底兊汀⑸舷拗底兏撸谷急瑯O限范圍擴(kuò)大，燃?xì)獗ㄎｋU(xiǎn)性提高。在生產(chǎn)過程中，可以通過加快集氣罩內(nèi)熱風(fēng)與外界冷風(fēng)的換熱速率來實(shí)現(xiàn)降溫，縮小燃?xì)獗ǖ臏囟确秶?/p>

（2）控制可燃?xì)怏w濃度。可燃物質(zhì)與空氣或氧氣必須在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源才會(huì)發(fā)生爆炸。控制氣體收集速度，使集氣罩內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度降至爆炸極限以下，可有效避免尾氣發(fā)生爆炸事故，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。

（3）降低噴爐發(fā)生率。研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)說明，降低送電功率可以有效降低噴爐事故發(fā)生。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)操作人員的技能培訓(xùn)，合理控制冶煉送電功率，同時(shí)，在發(fā)生噴爐事故時(shí)，應(yīng)立即停爐，并停止收集尾氣。

3.2 ?集氣罩結(jié)構(gòu)和材料的選擇

集氣罩是直型爐尾氣點(diǎn)燃后，再收集處理系統(tǒng)中的核心部件，在集氣罩的結(jié)構(gòu)和材料的選擇方面，應(yīng)全面考慮碳化硅冶煉的特點(diǎn)以及尾氣處理的功能要求。

（1）結(jié)構(gòu)方面：集氣罩應(yīng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)、定可靠，最重要的是不得影響車間的工藝布局，并盡可能地降低對(duì)生產(chǎn)上的影響。在制作集氣罩時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合冶煉車間的廠房布局情況，保證集氣罩結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性和使用上的安全性。

（2）材料方面：應(yīng)考慮碳化硅冶煉過程中溫度高、氣體具有腐蝕性的特點(diǎn)，在保證材料可靠性的基礎(chǔ)上，綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素，盡可能地避免出現(xiàn)“一爐一換”的現(xiàn)象。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在碳化硅冶煉尾氣回收處理過程中，不僅要注意對(duì)集氣的安全管控，而且要充分考慮集氣罩的結(jié)構(gòu)和材料選擇，采取科學(xué)、有效的尾氣回收處理方法，改變現(xiàn)有國(guó)內(nèi)碳化硅企業(yè)僅將尾氣在爐料表面點(diǎn)燃而不進(jìn)行后處理的粗放式生產(chǎn)，使回收的尾氣得到充分利用，減輕企業(yè)的環(huán)保壓力，減少環(huán)境污染，保障職員的人身健康。

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