硅系铁合金环保设施的建设和运营

硅系铁合金环保设施的建设和运营硅系铁合金行业属于高耗能、高污染行业，国内各铁合金企业大多数在建厂初期未能考虑环境保护问题，未配备相应的环保设施。在冶金工业几十年发展过程中。各铁合金企业在铁合金冶炼工艺和设备方面进行了大量深入研究和实践。取得很大的成绩，达到较高水平。但是对硅系统铁合金环境保护技术未能进行深入的研究和开发。随着国家环境保护力度的加大本文来自中华环评网，和环境标准规范的严格，许多铁合金厂都在进行除尘系统改造或重新建设配备。但由于近几年铁合金行业受国内外市场的影响，全行业整体效益都不是很佳。铁合金企业都力争拿出有限的资金投入到环境保护设施建设中和改造中，有些企业投入后环保设施做到连续正常和低成本运营，取得良好的社会环境保护和一定的经济效益。有部分企业反而因为未能在设计阶段对环保设施采用的技术工艺进行认真验证和研讨，加之建成后未能对环保设施进行强化管理和运营。背上了沉重的包袱。究其成功与失败之案例。结合青海山川铁合金股份有限公司叁台125KVA硅铁矿热炉烟气净化改造工程实践经验，针对硅系铁合金企业进行环保设施建设中影响设施运营效益的几个因素进行如下探讨分析。1、硅系铁合金环保改造的工艺方向：从环保系统工程设计工艺布置上来说有正压系统和负压系统之分。简单来言。正压系统即主风机布置在除尘器前，负压系统即主风机布置在除尘器后：正压系统从原理来言应属邢能型工艺，因其不仅节省环保设施占地面积。而且在系统工程设计与负压相比较上可以节省风机功率达8%15%。国内原有硅系铁合金环保系统大多采用负压系统是因为当时风机行业整体技术水平不能满足铁合金环保工艺要求。系统采用正压后，面临问题是风机叶轮粘烟灰。从而造成风机叶轮动态不平衡。由此带来较大振动问题，导致整个系统不能正常工作。近几年来随着风机行业研究开发进步和技术不平不断提高，对铁合金专用的风机在叶轮形状和转速都做了深入研究和实验。目前开发的锅炉引风机应用于铁合金系统基本上无粘灰现象。青海蓝天环保科技有限公司为青海某厂设计建设的6300KVA硅铁炉烟气净化正压系统采用锅炉引风机连续运转五个月。未发现叶轮粘灰和振动现象。国外硅系铁合金厂如日本、挪威等其铁合金附尘系统均采用正压工艺布置。负压系统的优点是主风机叶轮处于清洁空气中，避免了叶轮粘灰和动态不平衡。但是由于负压系统除尘器制作中，其漏风率平均在8%15%之间，因此系统中无功功率要增加8%15%。因此对长年连续运转的净化系统来言。是不节能的。青海山川铁合金股份有限公司叁台12500KVA硅铁矿热炉烟气净化改造工程建设中，采用正压过滤工艺，经过三年多的连续正常运转实践证明，正压工艺系统完全可以满足硅系铁合金环境保护的要求，并且节能效果明显。以一台125KVA硅铁炉净化系统为例：如采用负压系统则设计主风机配套功率为N=550KW如采用正压系统则设计主风机配套功率为N=450KW其正负压功率差为N=100KW年多耗电 100KW2411r360=86.4万度电年多耗电费用 86.4万度0.3元/度=25.92万元因此从节能和节省投资两方面而言在铁合金环保设施设计中应推广使用正压过滤工艺。2、硅系铁合金除尘系统的除尘方式：除尘系统从除尘方式上来讲有干法和湿法之分。湿法是指除尘系统中采用水做为降温过滤介质和烟气进行接触来使粉尘沉降和预处理。干法是指不采用水做为系统中过滤介质来处理烟气。硅系铁合金冶炼烟气中主要粉体成分主要是二氧化硅微粉。而该微硅粉属于水硬性粉尘，一接触水分便会发生化学变化形成硅酸盐，产生硬化、结块、膨胀等现象。因此在采用湿法过滤系统中收回的微硅粉已失去其本来所具有的高比表面积和微粒效应，从而也失去工来再利用价值。同时时法系统中粉尘进入后续滤料内部，因弱酸腐蚀、硬化、膨胀、堵塞等产生对滤料的破坏。导致系统过滤作用的失效和失控。青海山川铁合金股份有限公司1984年设计配套的原12500KVA硅铁矿热炉烟气净化系统采用湿法喷雾降湿、玻纤扁袋负压除尘系统在运行一年后即开始失控和失控就是其一个明证。国内某些厂采用湿法沉淀过滤烟尘，除尘效果虽说可以，但同时却将有再利用价值的微硅粉变成工业废渣，无法再次利用，而且增加热电厂污费用（仅指工来排渣）。并且随着国家供水政策的变化，水价格在不断上升，最终导致企业带来秀大的环保设施运营费用负担。 干法除尘系统因工艺过程中烟气不与水发生任何接触，故不存在烟尘硬化、结块、膨胀等现象。并且系统回收的微硅粉保持了其微粉特 性。可广泛应用于耐火材料、水泥行业、高速和高等级公路、水电站、油田、高级窑具行业、及防腐蚀行业等。干法回收的二氧化硅微粉是介于纳米与微米之间的一种新型粉体材料。其微硅粉的使用大大促进相关应用进行的技术水平提高和发展。3、关于烟气再线预处理：前几年，铁合金行业对烟气净化除尘系统回收的微硅粉中二氧化硅含量没有很深入的认识。因为几年前硅系铁合金企业配备有除尘系统的矿热炉不多。并且能正常运行和生产的系统也不多。生产量不大。加之国内对微硅粉这种粉体材料的认识不足。生产企业和应用企业沟通不够。生产出的产品送到应用厂家。应用厂一做试验，认为效果不理想，便中止进一步的应用实验。随着国内耐火材料、水泥行业、高速和高等级公路、水电站、油田、高级窑具行业、及防腐蚀行业等应用行业的技术进步和国内外技术交流的扩大。各应用厂逐渐认识到微硅粉是一种具有粉体材料特性的极好的添加剂，并且应用到样关行业可产生具大的产品提质效果。如不定型耐火材料行业。以前高档不定型耐火材料均采用进口二氧化硅微粉（SiO294%）；水泥行业制造强度大于110MPa高强混凝土最理想的添加剂便是微硅粉：在运贵高原，青藏高原砂中泥土含量高，修奸高速公路和桥梁为在到设计强度，最佳的添加剂量是微硅粉。其可平均提高混凝土强度二个级别；北京建工集团18个小时建成一层高楼便归功于使用高质量微硅粉。再如海上防腐建筑、青藏湖公路。海上机场等都需要使用高质量微硅粉来保证和提高其使用寿命。精细陶瓷行业窑具隔炎板未使用高质量微硅粉之前，其平均寿命只有6个月。而使用高质量微硅粉后其寿命提高到12个月。从而大大降低了陶瓷行业的生产成本。国内大部份铁合金厂家生产的微硅粉中二氧化硅平均含量在88%99%之间（青海某工业硅厂生产的微硅粉二氧化硅平均含量只在91左右），并且质量不稳定。究其原因是采用预处理设备处理效果不理想。国内大部分预处理设备为常规的旋风除尘器，原理为重力自由沉降式。其预处理效果受风量、风压、温度、碳粉含量等因素的影响，只要其中一个因素变化其处理效果便发生变化，故收回微硅粉质量变动动范围较大。因此对微硅应用行业带来一系列的难题，因为微硅粉是做为添加剂进入各应用行业，其成分的波动导致最手出厂产品的质量波动，而使其在各行业广泛应用受到很大限制。从而阻碍应用行业相关技术人员对国产微硅粉应用机理的深入研究和开发，一些关键产品只能使用从国外高价进口的微硅粉。青海山川铁合金股份有限公司研制的专利产品可调式铁合金烟气在线预处理器采用独特的高效旋风强制分离原理。使微硅粉中杂质碳粉量最大限度的从产品中被强制分离出去，硅铁烟尘二氧化硅含量可稳定达92%96%之间（其变动取决于原材料的变动）；如金属硅烟尘二氧化硅含量可稳定达97%98%之间。青海山川铁合金股份有限公司叁台12500KVA硅铁矿热炉烟气净化改造工程建设中，采用可调式铁合金烟气在线预处理器回收的微硅粉中二氧化硅含量平均在93.5%94.5%之间，质量极期稳定，三年来二氧化硅含量偏差率小于1个百分点。98年山川微硅粉问世以来，经国内各有关单位使用,其提质效果明显,部份用户已用山川微硅粉替代进口埃肯微硅粉产品。山川微硅粉产品质量已达到欧洲可销粉尘一等品标准。目前山川微硅粉应用邻域在不断扩大，其产品价格也排列在全国微硅粉销售价格的前列。该产品如应用于工业硅行业可生二氧化硅含量在97%98%高级微硅粉。从而可代替进口产品。其回收的高级微硅粉可应用于化学、电子、纳米材料的原材料等。故建议在硅系铁合金行业推广应用青海山川铁合金股份有限公司研制的专利产品可调式铁合金烟气在线预处理器，这样不仅能大幅度提高回收微硅粉的质量，而且可有效保护后续除尘滤料和除尘设备配件，从而带来了综合的环保设施运营效益。4、防尘器设计应用：（一）、关于除尘器的清灰方式国内常规的除尘器的清灰方式大致可分为三种：即机械振打式、反吹清灰和脉冲清灰。 机械振打式是利用偏心原理通过机械结构进行频繁振打，使滤料上积累的粉尘撒落进入贮灰斗。 其缺点是机械结构易出故障，维修量较大。 反吹清灰是采用过滤系统的清洁热空气经反吹风机引入过滤室对滤料进行反向过滤，使滤料上积累的粉尘通过自然沉降进入贮灰斗。在硅系铁合金除尘系统中，因为二氧化硅微粉属于粘性很强的水硬性粉尘，并且粉尘特别细，平均料径在0.10.2um之间。如采用机械振打式时对滤料破坏冲击力较大，通常使用寿命都较低，平均在6个月左右，并且因机械维修量太大，因此不适合铁合金行业采用。采用脉冲清灰在其喷射瞬间产生压缩空气膨胀过程中，压缩空气中的水分便会析出。极易造成喷口结块堵塞，并且因每个袋口都有一个喷吹口、故维修量大。脉冲清灰时因大多采用带骨架的玻纤膨体纱、针织毡、针织铌等滤料。因其微硅粉粉尘特别细、粘性很强故实际使用证明清灰效果不理想。脉冲清灰时喷吹压力较大（292*10M）达5KG/CM2左右，极易造成滤料损坏。同时因为过滤速度大（V=1.2m/min），从而事业来滤料压力上升速度快，反吹频率高，决定了其滤料寿命低。经国内外铁合金厂家使用证明，硅系铁合金除尘系统采用脉冲清灰方式维修量和运行费用均高于反吹风除尘器系统。反吹清灰是采用过滤系统的清洁热空气经反吹风机引入过滤室对滤料进行反向过滤,其特点有(1)利用过滤后清洁热空气,不会产生析水与粉尘吸水硬化现象,且反吹清灰压低,最高为1.0KG左右。（2）采用反过滤方式清灰，对滤料自身损坏性能减小。（3）反吹用热风只通过风机风管导入，维修量极小。（4）过滤速度低（v0.5m/min），反吹频率小，对提高滤料寿命有保证作用。基于此况，故目前国内外硅系铁合金除尘器系统均采用反吹风方式。（二）、关于除尘器进风系统：国内常规除尘器采用单室单进风布置，此种进风布置对正常过滤没有太大影响，但在清灰过程结束后，再镒进入烟气时对滤料影响很大。常规除尘器进风阀采用电动执行阀或气功执行阀，该阀门起开关作用。在10秒左右内阀门打开瞬间，过滤室内烟气量由零猛增大为满负荷工作风量。此种状态时滤料突然承受巨大的冲击力，在清灰过程中频繁承受该冲击易造成滤料损坏。具体体现在滤料与支承环相接触的部位经常损坏，青海山川铁合金股份有限公司开发的专利产品二次进风布袋除尘器，对进风原理进行改革，在常规反吹清灰结束后，进风阀开启时，进行二次进风工作，先让除尘室进入正常过滤风量的50%，待滤料完成膨胀过程后，再次进入正常过滤风量的50%，这样操作的结果是滤料承受的直接冲击力大大减小，滤料折弯变形速度减慢。从而减少冲击破坏力强度，保护了滤料，延长了滤料的使用寿命，青海山川铁合金股份公司叁台12500KVA硅铁热炉烟气净化系统采用此种操作工艺和布置。充分证明了其操作工艺的有效性。值得在铁合金环保设计的建设中推广采用。硅系铁合金除尘系统具有烟量大、温度高、浓度大、粉尘细等性质。从系统设计中温低流量节能角度来言，由于二氧化硅微粉特殊性，系统设计温度不能低于130度，最佳温度工作点就在180210之间。温度太高则处理风量大、部分外购设备需采用特殊材料专门制造。加大设备投资成本；温度太低则微硅粉流动性能太差，造成粉尘输送不畅。导致系统无法正常工作。从目前国内滤料发展而言，最适合硅系铁合金除尘系统使用的滤料是涂膜玻纤滤料，该滤料目前国内供货厂有美戈尔公司、上海BHV公司、上海凌桥环保设备厂等生产。使用该种滤料，设备一次性投资少、除尘器阻力少、节能效果明显。但在硅系铁合金行业经济效益不理想的现况下，采用涂膜玻纤滤料对企业运营环保设施运营费用太高。以292*10M玻纤布袋为例，美国戈尔公司中国市场销售价为3400元/条；上海BHV公司中国市场销售价为2800元/条；上海凌桥环保设备厂中国市场销售价为1800元/条。按目前国产400元/条国产无碱石墨硅油处理滤料来言，在青海山川铁合金股份有限公司烟气净化系统中使用寿命可达二年以上，按二年核算，年滤料费用为200元/条。而用涂膜玻纤滤料核算则 最低寿命应为1800/200=9年，即涂膜玻纤滤料如能保持使用寿命在9年以上，才能保持铁合金企业在环保设施运营上滤料成本与普通无碱玻纤滤料持平。而目前涂膜玻纤滤料能否保证9年使用寿命，国内还未能有厂家验证。故对铁合金厂家来言应慎重选择使用。从常规国产玻纤滤料来言适合硅系铁合金行业的有无碱石墨硅油处理滤料和中碱石墨硅油处理滤料，其无碱石墨硅油处理滤料单条价格要比中碱石墨硅油处理滤料高100元左右。从山川公司的使用经验来看都能满足使用工艺要求。只是在耐高温冲击方面无碱滤料在优于中碱滤料，同时从寿命上有部分厂家使用证明碱滤料要低于无碱滤料，故各铁合金企业可选择中碱滤料进行试验。从山川公司的使用证明只要系统设计合理，维修管理到位。中碱石墨硅硅处理滤料有可能达到二年的使用寿命。现在随着技术进步。部分针织毡、针织铌经表面处理也可满足180200高温要求。但其应用通常在脉冲系统中，矿硅系铁合金环保设计应用中不推荐使用。 （四）、除尘系统运营成本分析：青海山川铁合金股份有限公司叁台12500KVA硅铁矿热炉烟气净化系统自1998年元月投产以来经过三年多的连续运行证明，只要系统设计合理。工艺先进，管理到位，则硅系铁合金环保设施在保证环境保护社会利益的前题下，以低成本运营。从而可以取得良好的环保设施运颧经济效益。现将山川公司叁台125KVA硅铁矿热炉烟气净化系统运营成本作如下分析：烟气净化工段定员：57人月产微硅粉： 400吨月工资总额： 32000元 80元/吨吨微硅粉电耗： 1600度 按0.3元/度核算则为480元/吨设备折旧： 14000000元/10年/4800吨/年=297元/吨税费： 0元年电气、机械、压缩空气总额：2.3万元 4.8元/吨包装： 53条/吨*0.20元=106元/吨 出入库运输费： 20元/吨出厂总成本： 年生产量为4800吨销售价格出厂价为1089.9元/吨按目前市场销价格：出厂价1500元/吨核算年利润： （1500-1089.9）元/吨*4800吨=196.84万元由此可得出结论：如系统设计参数合理、工艺先进、运营管理到位则铁合金环保设施不但能带来环境保护社会性效益而且具备有一定的经济效益。如将其应用于工业硅行业,则按目前的96%微硅粉出厂价4000元/吨,核算叁台12500KVA金属硅炉烟气净化系统。应用山川技术单台12500KVA金属硅炉烟气净化系统总投资为200万元，故一年内收回全部投资外，还可当年创利166万元。（五）、遗留问题及解决思路：1、微硅粉加密问题：硅铁环保设施生产的高质量策硅粉平均散装比重为0。1左右。现铁路运输用60吨封闭车厢，装满山川微硅粉只能装20吨，其平均运费为500元/吨，国内策硅粉使用密度可达0.3左右，出口需要可达0.5左右，故微硅粉加密技术及设备开发已成为当务之急.青海蓝天环保科技有限公司已开发成功机械加密技术及设备,现正在准备生产应用,只要资金到位,则叁个月内即将投入生产应用.如能将微硅粉加密到0.3，则微硅粉的铁路运费将下降到1/3-1/2，为200-350元/吨左右。2、微硅粉包装技术：铁合金企业目前微硅粉多为人工包装，部份企业采用机械包装。到目前为止采用国外进口包装设备的企业，其运行状况还可以。但采用国产设备的厂家共应用效果极不理想，现有待开发研制，如能实现国产化将大大减轻装袋工人的劳动强度，改善工人的劳动环境。3、微硅粉提纯新技术：为使硅系铁合金环保产品微硅粉产生更大的经济效益，微硅粉提纯技术开发是个关键。目前青海蓝天环保科技有限公司正在和相关院样研究院进行合作进行微硅提纯试验，已取得初步试验结论和效果，如能生产应用成功则将保证硅铁行业微硅粉达成95%以上，工业硅微粉达到98%以上。