樊哲亮，魏栓興，張俊德

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

液壓支架零件的熱處理工序有淬火、回火、正火等，冷卻介質為水、油。如液壓缸的熱處理為淬火+高溫回火，冷卻介質為水、油；連接銷軸的熱處理為淬火，冷卻介質為油。油冷工件在淬火、裝爐時產(chǎn)生大量油煙，油煙在車間內(nèi)的彌散，對職工健康、設備運行等造成影響。油煙的無組織排放，使車間內(nèi)外環(huán)境受到污染。為保障車間油煙污染物排放達到地方廢氣排放標準，需要對熱處理車間的油煙進行凈化處理。

1 熱處理車間工況

液壓支架零件根據(jù)材質和結構不同，選擇對應的熱處理冷卻介質。如淬透性一般的合金結構鋼，小規(guī)格、截面變化大、有突出尖角等易淬火開裂的工件采用油淬；大規(guī)格淬透性良好且需要保證淬硬層的合金結構鋼工件采用水淬+油冷工藝，油淬溫度控制不大于70℃。

工件在入油淬火瞬間產(chǎn)生大量油煙，在油池冷卻過程中也伴隨著少量油煙溢出。工件經(jīng)淬火油冷卻入爐時，其表面附著淬火油因高溫燃燒，也會產(chǎn)生大量油煙。按照《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定氣相色譜法》、《環(huán)境空氣總懸浮顆粒物的測定重量法》、《環(huán)境空氣氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的測定鹽酸萘乙二胺分光光度法》、《環(huán)境空氣二氧化硫的測定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》等在車間內(nèi)分別對工件淬火前后的顆粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物、非甲烷總烴等進行檢測。車間內(nèi)廢氣排放濃度最高增長288.9%，最高減少9.1%。如表1 所示，車間內(nèi)顆粒物TPS 在工件淬火后濃度增長113.6%，二氧化硫濃度下降9.1%，氮氧化物濃度增長12.2%，非甲烷總烴濃度增長288.9%。

表1 熱處理車間淬火前后廢氣監(jiān)測濃度

2 熱處理油煙凈化

2.1 設備布局

熱處理車間的油煙凈化需要對產(chǎn)生的油煙進行收集后再進行統(tǒng)一凈化處理。車間產(chǎn)生油煙主要在淬火油槽、電爐臺車位置。由于液壓支架零件均為中大型零件，其工件在熱處理過程中均使用橋式起重機進行吊裝，所以油煙的收集裝置需考慮車間的設備布局和工件的裝爐量。（a）廠房：84000mm×24000mm×12000mm；（b）設備：回火電爐8 臺，其中1 臺180kW、4 臺150kW、2 臺45kW、1 臺90kW，分別位于車間兩端；（c）淬火油槽2 個，規(guī)格：3400mm×2600mm×1100mm、3600mm×2300mm×1100mm，油池嵌入地面，頂端距離地面高度1100mm，分別位于車間兩端。

2.2 油煙凈化方案

為充分提高油煙收集率，使整個車間凈化率在95%以上，油煙收集采用車間整體收集、電爐集氣罩收集、油池側面收集，油煙收集后并入主管道進入凈化裝置。將車間兩端電爐和淬火油槽分別并聯(lián)成2 組，使用2 套凈化系統(tǒng)、2 個煙筒。每臺電爐爐門前增設收集罩；油槽一側增設收集罩、另一側加裝風機，形成點對點收集油煙及吹吸式氣流方式；車間頂層在原天窗位置增設油煙收集裝置。各收集罩分支排煙管道上加裝電動調(diào)節(jié)閥，主排煙管道加裝消防濕式過濾除塵設施，整套系統(tǒng)與淬火工作狀態(tài)形成聯(lián)鎖狀態(tài)。

整個凈化系統(tǒng)由管道霧化噴淋系統(tǒng)、濕式除塵系統(tǒng)、油煙凈化系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)按50000m3/h處理風量設計，電爐集氣罩按2000mm×1200mm、1200mm×1000mm、1600mm×1200mm 等3 種規(guī)格設計，車間頂層收集罩按天窗大小和走向布置。油煙凈化系統(tǒng)為初級除霧過濾（一級）+等離子靜電吸附（雙級）+催化氧化VOC 段+消防滅火裝置組成。

2.3 油煙凈化技術及原理

（1）工藝流程

油煙收集→支管道（電動調(diào)風閥）→濕式除塵器（防火降溫除塵）→離子靜電集塵設備→復合式催化氧化處理設備→變頻節(jié)能風機→煙筒。

工件淬火時，變頻節(jié)能風機啟動，離子靜電集塵設備去除氣溶膠及處理油煙顆粒物，復合式催化氧化處理設備處理油煙廢氣。運行過程中電動調(diào)節(jié)閥根據(jù)工作狀態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)風機的變頻，停機時先停處理設備，再停風機；啟動時，先啟動處理設備，再啟動風機，以最經(jīng)濟的能耗運行來保證系統(tǒng)收集風量和油煙的處理效果。

（2）管道霧化噴淋系統(tǒng)

利用高壓將水形成霧狀，使得液滴有較大的初速度來和粉塵、油霧、顆粒產(chǎn)生碰撞。藉由霧液的膜粘附效應，包覆粉塵增加重力，使其從空氣中分離出來；液滴在高速時形成的溫度差對蒸發(fā)在空氣中的少量油煙起到一定的降溫功效，從而凝結、匯聚油煙，有效除去直徑為0.1～20μm 的液態(tài)或固態(tài)粒子。通過物理降溫效果，即可阻燃防爆，也可以有效抑滅火花，減少明火的發(fā)生。同時，噴霧在圓管道內(nèi)前進時呈旋轉運行，可以有效的在管道內(nèi)表面形成一層水膜，減少油煙粘稠物的積掛，保持管道內(nèi)壁的清潔。管道設計傾斜式，采用防漏油工藝，避免管道內(nèi)積壓存油易引起的火災隱患。

（3）濕式除塵系統(tǒng)

在風機牽引力作用下，油煙切向進入高壓離心混流通道，在旋流液的高速翻滾旋轉狀態(tài)下，液體與油煙氣體充分溶合并相互吸附。由于含油煙氣流呈向心圓周做高速旋轉運動，通過離心力達到氣液分離，分離后的氣體進入耐高溫環(huán)保填料攔截層，油煙廢氣浸透在填料上，1μm 以上油煙顆粒物實現(xiàn)初級預處理凈化。旋流速度隨風量大小變化而變化，最大限度增加液氣接觸面積和傳質效率，通過圓周運動衰減旋流能量從而達到廢氣凈化目的。相對于早期旋流式濕式除塵系統(tǒng)，含塵氣流呈縱向軸流運動，氣體停留時間短暫，氣動壓力弱，凈化效果更好。

（4）油煙凈化系統(tǒng)

經(jīng)降溫后的油煙在風機的作用下被吸入到凈化系統(tǒng)內(nèi)，油煙中5μm 以上的顆粒物在凈化系統(tǒng)內(nèi)先被初級過濾器凈化，1～3μm 的顆粒物則在二級均風導流過濾器中二次凈化，1μm 以下顆粒物最后進入機械過濾后排除凈化系統(tǒng)。凈化系統(tǒng)對油煙經(jīng)過旋回式迷宮分離+機械式絲網(wǎng)板式除霧+等離子靜電ESP 除塵等實現(xiàn)煙霧凈化。系統(tǒng)采用的兩級靜電技術配備電離區(qū)和收塵區(qū)，雙區(qū)板式靜電電場(ESP)將油煙顆粒捕集于收塵區(qū)。其原理為電離區(qū)對顆粒荷電，電荷顆粒在靜電場的作用下從煙霧中分離，分離出的顆粒在收塵區(qū)靜電場的作用下，亞微米級的污染顆粒被收塵板捕集，經(jīng)凈化后的空氣由風機作用經(jīng)煙筒排出。

3 熱處理車間油煙凈化效果

在車間東西兩側安裝2 套油煙收集和凈化系統(tǒng)，并配有2 個20m 高煙筒和監(jiān)測平臺。在安裝油煙凈化設備后，分別對2 個20m 高的煙筒的排放廢氣進行檢查。車間生產(chǎn)時排放標準滿足《北京大氣污染物綜合排放標準》DB11/501 第二時段大氣污染物排放限值。如表2 所示，顆粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物，其排放限值分別不高于1mg/m3、3mg/m3、3mg/m3，非甲烷總烴分別為5.04 mg/m3、5.62mg/m3。

表2 熱處理車間煙筒監(jiān)測濃度

4 結論

（1）熱處理車間油煙經(jīng)過凈化后，各監(jiān)測污染物濃度得到降低，達到北京市大氣污染物綜合排放的標準，也符合國家環(huán)保要求。

（2）管道霧化噴淋系統(tǒng)、濕式除塵系統(tǒng)在整個凈化系統(tǒng)中不僅具備防火、防爆的作用，也起到除塵效果，實現(xiàn)油煙的預凈化。

（3）熱處理車間油煙凈化的實施，下一步可為熱處理廢氣排放納入地方或國家相應的行業(yè)大氣污染物排放標準起到參考作用。