浅谈冶炼厂车间气流诱导及有害气体净化方法

关永军

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

1 技术背景

冶炼厂生产车间安装有多台生产设备，车间生产中将产生大量的有毒有害、富含粉尘的气体，设备配有净化系统，设备因操作等因素，总有一些粉尘或有毒有害气体外溢，无组织排放至冶炼厂车间外大气中，对冶炼厂车间周边区域的环境造成严重污染。对于企业而言，并未找到很好的解决问题的办法。有人认为，可以考虑在冶炼厂车间屋顶通风器增设喷淋系统，通过水洗的方法，将烟气中的有毒有害物质及粉尘收集下来，但又存在着漏液的问题，一旦漏液，对生产，可能产生灾难性后果。为解决这一问题，设计了冶炼厂车间气流诱导及有害气体净化方法，具体方法是，通过风机引导气流至冶炼厂车间外侧，在冶炼厂车间外侧，喷淋系统(借助脱硫脱硝化学药剂)，对外排气流中的有毒有害物质及粉尘进行捕集和吸收，达到脱硫脱硝，收集外排粉尘的目的。该方法同样适用于其它有类似工况的冶炼厂车间。

2 分析问题

传统的冶炼厂车间厂房结构截面为中间高两侧低，这种厂房结构，冶炼厂车间拥有一定温度的有毒有害气体都集中于厂房中间区域的高点处，为方便冶炼厂车间有毒有害气体的外排，冶炼厂车间的屋顶通风器通常安装于厂房的中部。脱硫脱硝常用的方法为湿法，通过化学药剂吸收达到目的，为解决脱硫脱硝问题，本可以在此处的屋顶通风器增设喷淋系统，将通过此处外排的含硫含硝的气体进行水洗，进行捕集，达到脱硫脱硝的目的。

在屋顶通风器处安装脱硫脱硝的喷淋系统将存在如下问题：

（1）脱硫、脱硝通常采用化学药剂进行喷淋，并设有收集盘，对喷淋产生的液体进行收集，因此处工况复杂，喷淋产生的液体极易进入冶炼厂车间，对冶炼厂车间的设备及工艺产生不利影响；

（2）所设的液体收集盘因腐蚀等原因，极易损坏，产生漏液现象。化学药剂进入冶炼厂车间，对冶炼厂车间内作业的工人和设备造成伤害，甚至产生灾难性后果；

（3）喷淋系统安装于屋顶通风器处，喷淋系统运行一段时间，难免需要维修，因此处位于冶炼厂车间最高点，风速较高，化学药剂极易飞溅至冶炼厂车间内。因风速较高，给维修带来诸多不便。

3 解决问题

通过上文分析，将脱硫脱硝喷淋系统安装于冶炼厂车间的两侧，即可解决上文所述方法存在的诸多不足。厂房屋顶截面结构成菱形状，厂房屋顶外面与普通冶炼厂车间一样，中间高两侧低，有利于排水，冶炼厂车间内，正好相反，中间低，两侧高，设有上导流板和下导流板，在冶炼厂车间屋顶的两侧留有通风口，有利于冶炼厂车间气流通过冶炼厂车间两侧外排。为确保冶炼厂车间拥有良好的采光，在上下导流板合适位置，安装透光效果较好的采光板，但须保证上下层采光板能有效的将室外的光导入冶炼厂车间。

冶炼厂车间屋顶做导流设计，同时配备风机，促使冶炼厂车间内气流有组织地向冶炼厂车间两侧排出。应用气流引射原理，在高速引流风的带动下，将引流风周边的气流快速引出，风速越高引出的风量也越大，厂房中部最高点区域的负压也将越高。冶炼厂车间气流外排时，喷淋系统将化学药剂以雾状或微小液滴状向外喷出，喷出的化学药剂对外排气流进行水洗、化学反应等，对外排气流中夹带的粉尘进行捕集，这样就达到了脱硫脱硝的目的，同时也捕集了外排气流中夹带的粉尘。因喷淋系统的影响，外排气流流出的阻力加大，通过引流风机的作用来降低这一阻力对外排气流的影响。

4 冶炼厂车间气流诱导及有害气体净化方法的具体实施

图1 车间剖面图

图2 喷淋局部放大图

图3 喷淋系统图

在冶炼厂车间屋顶的两侧，设有喷淋系统所需的管路系统、喷嘴、积液槽、积液回收管路等。对冶炼厂车间而言，车间外的风对喷淋系统影响很大，若出现逆气流现象，喷淋系统很难正常工作。

为保证复杂工况下，喷淋系统仍能正常工作，将车间外界工况分为正常工况和非正常工况，正常工况为冶炼厂车间外的气流对喷淋系统无影响，如车间外风向为冶炼厂车间纵向；非正常工况为车间外的气流对喷淋系统有影响且较大，如车间外的风向为冶炼厂车间横向。

正常工况下，冶炼厂车间内烟气在上、导流板及辅助导流板的作用下，借助风机的作用，通过车间两侧排出，在D、E区域的烟气可通过下导流板所开的通风口排出冶炼厂车间外，冶炼厂车间两侧喷淋系统启动，进入脱硫、脱硝工作状态。非正常工况下，车间外的风向为冶炼厂车间横向，车间的两侧屋顶设风速风向传感器，若风向由A侧向B侧时，风速达到某一设定值时，A侧喷淋系统停止运行，防止喷淋液滴被带入冶炼厂车间，同时关闭吹向A侧的风机，此时，车间截面气流通道成三通结构，冶炼厂车间外的风从A侧吹向B侧，在冶炼厂车间屋顶中部最低点处，形成负压，此时吹向B侧的风机可以关闭。同理，若风向相反，则B侧喷淋系统停止运行，同时关闭吹向B侧的风机。在风机、喷淋系统、风速风向传感器间设连锁控制，冶炼厂车间两侧的风机与喷淋系统间自动切换，不需人为干预，实现系统运行的自动化。当冶炼厂车间所处工况为正常工况时，控制系统可根据接收到的风速风向传感器发回的信号，将喷淋系统运行状态切换至正常工况状态运行模式。

冶炼厂车间两侧风口设风阀，当遇到雨天，风阀需要转某一角度，以防止雨水进入车间，风阀的旋转也可通过控制系统自动完成。

5 冶炼厂车间诱导通风及有害气体净化方法实施的意义

冶炼厂车间诱导通风及有害气体净化方法和热车间选用屋顶通风器来实现全面通风相比，在风机诱导作用下，特别在通过贴附射流作用下，车间跨度有效地拓宽，解决了大跨度车间通风效果差的问题。实际工程设计上，由于风压的不稳定性，主要考虑车间热压的作用，然而车间内外空气密度差极小，热压值约50Pa，其形成的气流组织较诱导风机的扰动能力弱，因此采用车间诱导通风及有害气体净化方法形成的气流组织更为有序、合理，通风效果更好。车间诱导通风及有害气体净化方法和冷车间选用机械通风实现全面通风相比，车间诱导通风及有害气体净化方法采用诱导通风方案，其作用范围更广，完全满足大跨度车间的要求；再者，和吸风气流衰减很快相比，采用诱导通风时气流衰减缓慢，在车间内形成良好的气流组织，较好的解决以往冷车间气流紊乱的问题；另外，诱导通风采用小风量、高风速射流，其能耗较机械通风低，车间诱导通风及有害气体净化方法实现了最佳的室内气流组织，达到了高效经济的通风换气效果。

6 结语

文中所述的冶炼厂车间气流诱导及有害气体净化方法已申请国家发明专利，该方法通过流体模拟分析软件进行了大量的模拟，同时也做了小范围的实践和实验，均取得令人满意的效果。脱硫脱硝喷淋系统在脱硫脱硝的同时，可对外排气流中的粉尘进行捕集。该系统设置冶炼厂车间外侧进行处理，可方便系统维护，防止漏液等对冶炼厂车间内设备的不利影响，防止安全事故发生，系统运行更安全，更可靠。该系统可采用PLC进行系统控制，实现无人值守，节省人力。该系统因结构简单、运行维护成本低，具有很好的推广前景。