竇忠友
(中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471003)
90年代以后隨著國內(nèi)市場對高質(zhì)量鋁板帶材的需求不斷增長,軋機設(shè)備的研發(fā)和制造不斷朝著大型化、高速化、寬幅化方向發(fā)展[1]。在軋制過程中會因軋制介質(zhì)產(chǎn)生的大量油霧且濃度高,由此產(chǎn)生的環(huán)境影響也越來越大。2004年國家頒布實施的《有色金屬工業(yè)環(huán)境保護設(shè)計技術(shù)規(guī)范》(YS5017-2004),對板帶軋制過程中油霧的排放標準限制為120mg/m3,這就對油霧凈化回收裝置的必要性和凈化效果提出了新的要求。在設(shè)計油霧凈化裝置時,必須準確計算、合理配置。
(1)軋機排煙量的確定。軋機軋制過程中產(chǎn)生的油霧由排煙罩收集,排煙罩的排煙量大小直接影響到對油霧的收集效果。目前,排煙量如何確定還沒有對應(yīng)的計算公式,一般根據(jù)日方推薦的排煙量計算經(jīng)驗公式(見下)確定:
式中:Q—排煙量,Nm3/min;A—排煙罩(含前、后罩)排煙口的橫截面積,m2;W—板帶材帶寬,m;H—軋制線至排煙罩口下緣的垂直距離,m;VC—最高軋制速度,m/min;C—速度系數(shù),0.03m~0.1m-1,VC>1200m/min時,易取大值。
(2)含油濃度的確定。軋制生產(chǎn)過程中,在排煙量一定的情況下,影響油霧濃度的因素很多,如軋機是否可逆、軋制前后的板帶材厚度、軋制速度、軋制力、軋制油溫度及噴油量、環(huán)境溫度等,這些因素還相互影響[2]。目前,具體數(shù)據(jù)還無法計算,經(jīng)過對系統(tǒng)的多次測試,發(fā)現(xiàn)排煙罩排出油霧的濃度平均為100mg/m3~300mg/m3。
(3)含油氣體速度的確定。排煙罩收集后的含油氣體需通過過濾絲網(wǎng)的過濾才能被回收,達到國家規(guī)定的環(huán)境標準。氣體通過過濾絲網(wǎng)的速度應(yīng)選取適宜。氣速過低,霧沫在氣體中的慣性太小,處于漂浮狀態(tài),通過絲網(wǎng)層時不能除凈;氣速太高,聚集的液滴不易從絲網(wǎng)中下落,造成液泛,使被捕捉的液滴又飛濺起來,又被氣體夾帶走,從而降低除油效果。以下是操作氣體速度和除油效果的關(guān)系(見圖1)及相關(guān)計算。
圖1 操作氣體速度和除油效果關(guān)系
相關(guān)計算如下:
①極限速度(米/秒):
②操作氣體速度(米/秒):
式中:ρg—氣體密度(kg/m3);ρ1—液體密度(kg/m3);K1—系數(shù)(K1值與表面張力、粘度、霧沫粒徑和絲網(wǎng)編制形式等因數(shù)有關(guān),一般選用見表1)。
表1 K1,C系數(shù)的選取
根據(jù)公式(b)(c):
由此可見,操作氣體速度在2.2m/s~3.2m/s范圍內(nèi)可獲得較高的除油效果。
除油過濾絲網(wǎng)面積的大小,與所需的氣體處理量(排煙量)和操作氣體實際速度有關(guān)。
若過濾絲網(wǎng)為圓形,其直徑按以下公式計算確定:
式中:Q—氣體設(shè)計流量(排煙量)(m3/s);Vg—操作氣體速度(m/s)。
若過濾絲網(wǎng)為長方形,其A、B兩邊長的關(guān)系為:
除油絲網(wǎng)層的適宜厚度應(yīng)根據(jù)工藝條件通過試驗確定。除油霧要求嚴格的,可以增大厚度或采用兩段絲網(wǎng)層。
當操作氣體速度在適宜的范圍內(nèi),油霧量不是很大,且油霧粒度小于等于5微米時,絲網(wǎng)過濾的除油效率是很高的,一般可達98%以上。
有關(guān)凈化裝置的效率計算公式如下:
(g)~(j)式中 :Ef—總效率 ;C—系數(shù)(參見表1);η—基本效率;K—碰撞系數(shù);d1—霧沫粒度(m);ρ1—液體密度(kg/m3);ρg—氣體密度(kg/m3);dw—絲網(wǎng)絲徑(m);μG—氣體粘度(kg/m.h);n—絲網(wǎng)層數(shù);Φ—參量
含油氣體通過過濾絲網(wǎng)后會有壓力損失,可有如下公式計算確定:
式中:f—摩擦系數(shù)(對金屬絲網(wǎng)一般取1.5);Gc—重力加速度(9.8m/s2);Vg—操作氣體速度(m/s);H—絲網(wǎng)層厚度(m);ρg—氣體密度(kg/m3);ε—空隙率(見表1);dw—絲網(wǎng)直徑(m)
油霧凈化設(shè)備完成后需有相應(yīng)的風機與之配套,這樣才能形成負壓分離出油霧。配套風機的選擇一般遵循以下原則:①所選風機的流量要和排煙風量相對應(yīng),若選的太大,就會造成氣流過快,被捕捉的液滴會重新被抽走排放到大氣中,不僅起不到凈化效果,還污染周圍環(huán)境;若選的太小,就使氣流過緩,霧沫都處于懸浮狀態(tài),起不到凈化效果。②風機的全壓大小要適宜。由于從排煙罩到凈化設(shè)備的煙道布置各不相同,壓力損失也不一樣,必須選擇大小合適的全壓才能有效的抵消壓降,凈化油霧。
經(jīng)油霧凈化設(shè)備收集后的廢油要通過油管進行回收,這樣能最大限度的降低成本和防止污染環(huán)境。回油管路采用U型油封設(shè)計,避免收集到的廢油經(jīng)油封又以高速噴至出風段,隨排風段排到大氣中。建議回油管路施工時應(yīng)嚴格遵循設(shè)計要求進行,提高回收效率。
軋機排放的油霧經(jīng)油霧凈化設(shè)備凈化處理后,不僅能回收一定量的廢油,為企業(yè)節(jié)省了成本,同時符合了國家環(huán)境保護的有關(guān)規(guī)定。但隨著軋機設(shè)計制造水平的不斷提升和軋機高速化、寬幅化的發(fā)展趨勢,油霧凈化設(shè)備的設(shè)計在以后的工作中還需要不斷地提高和完善。