超高功率石墨電極項目的大氣環境影響及對策

杜 娟

（山西省環境科學研究院，山西 太原 030027）

石墨電極是一種以石油焦、瀝青焦為骨料，煤瀝青為黏結劑，經過成型、焙燒、浸漬、再焙燒、石墨化和機械加工工序而制成的耐高溫的石墨質導電材料。石墨電極具有適用溫度范圍廣、耐高溫、機械強度高、熱膨脹系數低、導熱系數高、電阻率較低等特性，是目前在電弧爐煉鋼中唯一能承受陰極斑點高溫的導電材料。超高功率石墨電極是石墨電極眾多品種中的一員，主要用于超高功率煉鋼電弧爐，因其高的體積密度、低的電阻率以及優良的熱力學性能而區別于普通功率和高功率石墨電極。從20世紀80年代起，發達國家開始限制小規格電極及普通功率石墨電極等技術含量較低產品的生產，石墨電極生產開始由發達國家向發展中國家轉移。隨著我國國民經濟的快速發展，鋼鐵產量逐年增加，已成為世界上石墨電極生產和消耗最多的國家之一［1－2］。超高功率石墨電極項目工業化進程的不斷加快，也帶來了一定程度的環境影響問題。其中，以大氣環境影響問題較為突出。在深度了解超高功率石墨電極項目工藝過程的基礎上，識別出其可能產生的大氣環境影響問題，進而有針對性地提出切實可行的防治對策，將成為超高功率石墨電極項目發展過程中的一項重要任務。

1 工藝過程

1.1 生產原料

生產超高功率石墨電極的原料主要為煤系針狀焦、石油系針狀焦以及改質瀝青。煤系針狀焦的主要技術條件參數見表1［3］，改質瀝青的主要技術條件參數見表2［4］。

表1 原料煤系針狀焦的主要技術參數

表2 原料改質瀝青的主要技術參數

1.2 工藝過程

超高功率石墨電極生產系統主要由原料儲運工段、破碎配料混捏工段、壓型工段、一次焙燒工段、高壓浸漬工段、二次焙燒工段、石墨化工段、機加工工段以及一些輔助系統組成［3－4］。具體工藝過程見圖1。

圖1 超高功率石墨電極生產的一般工藝流程

2 大氣環境影響問題

與傳統的炭素項目相比，雖然新型的超高功率石墨電極項目在工藝技術、設備選型等方面都體現了一定的環保理念，但其生產過程中存在的大氣環境影響問題仍不容忽視。

超高功率石墨電極生產過程中的大氣污染物排放節點及各節點產生的主要污染物如下（按工段分）：

1）針狀焦貯運工段

針狀焦各貯倉下部設排料口及振動給料機，針狀焦經振動輸送機從貯倉送至破碎配料工段。針狀焦排料、輸送過程中產生的主要污染物為粉塵。

2）破碎篩分工段

本工段用于處理原料針狀焦以及焙燒后的返回料。物料在破碎、篩分、磨粉過程中產生的主要污染物為粉塵。

3）配料工段

本工段主要是將預處理后的一定粒度的針狀焦與受熱后的改質瀝青按一定比例進行配比混合。該過程中產生的污染物主要為粉塵及少量瀝青煙。

4）混捏涼料、壓型工段

混捏涼料工段是將配制好的混合料在強力混捏機中進行均勻混捏，之后對糊料進行冷卻［5］。壓型是將涼料后的物料在壓型機中擠壓成型。該工段主要產生含粉塵、瀝青煙、B［a］P廢氣。

5）焙燒工段

一次焙燒爐、二次焙燒爐若以煤、煤氣為燃料，其產生的廢氣中主要污染物包括煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2。

6）浸漬工段

將一次焙燒后的成品放入瀝青罐中進行浸漬，浸漬過程中將揮發產生瀝青煙和B［a］P。

7）石墨化工段

石墨化爐的填充料焦粉在裝、出爐時均會有一定的顆粒物逸出爐外，造成粉塵污染。

8）機加工工段

機加工生產線主要是將石墨化后的電極毛坯按質量標準中規定的形狀和尺寸進行機械加工，制成符合使用要求的電極本體和接頭。包括車外圓、端面加工、內外螺紋加工等操作單元。操作過程中會有粉塵產生。

9）輔助工程

超高功率石墨電極生產的輔助系統之一為導熱油爐加熱系統，主要用于瀝青保溫、混捏、浸漬等工段。導熱油爐產生的廢氣中，主要污染為煙塵、SO2、NOx等。

針對超高功率石墨電極項目生產過程中存在的上述大氣環境影響問題，必須采取有效的大氣污染防治對策［6］。

3 大氣環境影響問題的防治對策

超高功率石墨電極項目在生產運營過程中所產生的大氣環境影響問題不容忽視，針對其環境污染或環境影響問題的特點，提出從污染源源頭治理、污染物減排、資源與能源回收利用等不同層次的對策或措施，對大氣污染物進行無害化或資源化處理，以減輕對大氣環境的影響。下面就不同類型的污染物分別給出可參考的防治對策。

1）粉塵防治對策

針狀焦貯倉排料及輸送，破碎篩分，配料工段，石墨化系統填充料裝、出爐及機加工工段產生的粉塵分別采用集氣管收集含塵廢氣，再進入除塵器進行處理?？煽紤]選用布袋除塵器，其設計除塵效率可達99%。收集后的粉塵，除石墨化工段的粉塵返回填充料系統再利用外，其余的均可返回針狀焦原料系統進行再加工，從而實現廢物的回收利用，減少大氣污染物的外排。

2）瀝青煙防治對策

瀝青貯罐、混捏涼料、壓型工段以及浸漬罐將產生少量的瀝青煙，其廢氣特點表現為，排出的焦油總量少，但瞬時濃度很高，波動較大。目前，國內的處理技術有水洗法和焦粉吸附法2類。

水洗法：用清水洗滌，并定期將洗滌水送水處理站處理。水洗法工藝簡單，但存在二次污染，廢水產生量大，需配套廢水處理設施。

焦粉吸附法：國內一般采用固定床。固定床加焦粉，在形成均勻床層后可進行過濾，吸附瀝青煙氣，凈化效率可達80%～85%。此法應配套除塵設備及焦粉回收系統。

3）焙燒煙氣的防治對策

焙燒爐產生煙氣中的主要污染物有煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2。其中，以瀝青煙和B［a］P的污染較為嚴重。目前，國內的凈化技術有濕法捕集、干法吸附、干式電捕凈化等。

濕法捕集凈化技術：煙氣引入重力除塵器去除大顆粒后，進入氫氧化鈉溶液洗滌塔；之后，引入濕式電收塵器，進一步凈化處理后排入大氣。該工藝的凈化效率可達90%以上，但其工藝流程比較復雜，存在廢水二次污染。

干法吸附凈化技術：煙氣經全蒸發冷卻塔降溫后加入Al2O3，以吸附煙氣中的瀝青焦油，用布袋除塵器進行氣固分離，凈化后的廢氣排入大氣，廢Al2O3作為電解鋁原料回收利用。該工藝的凈化效率可達95%以上，流程簡單，無二次污染，但投資較大。

臥式電收塵技術：該法目前在國內的應用較為廣泛，煙氣通過噴嘴噴水霧化降溫，去除大顆粒，并將瀝青焦油由氣態轉變為液態；然后，進入臥式高壓靜電除塵器，煙氣中的瀝青焦油及粉塵電荷富集在陰極及陽極板上，尾氣排放。該工藝凈化效率達90%以上，流程簡單，無二次污染。

4）輔助加熱系統煙氣的防治對策

超高功率石墨電極生產過程中的各類導熱油爐及其他加熱燃燒裝置，應考慮采用煤氣、天然氣等清潔燃料，以減少煙塵、SO2、NOx等的排放。

4 結語

超高功率石墨電極項目在國內方興未艾。本文系統地介紹了該項目帶來的大氣環境影響問題，并提出了相應的防治對策。

1）排料輸送、破碎篩分、配料填料及機加工工段均會產生粉塵污染物，收集后由除塵器進行處理，不但實現了廢物的回收利用，而且減少了大氣污染物的外排。

2）瀝青貯罐、混捏涼料、浸漬罐及壓型工段均會產生少量瀝青煙，采用水洗法或焦粉吸附法均能有效地去除這些污染物，達到保護環境的目標。

3）焙燒煙氣是該類項目最主要的大氣污染源，主要污染物有煙塵、SO2、B［a］P、瀝青煙、NO2，采用濕法捕集、干法吸附或干式電捕等凈化技術均能除去90%以上的污染物，減少對大氣環境的影響。

4）輔助加熱系統煙氣中的污染物主要有煙塵、SO2、NOx等，應考慮采用清潔燃料或設置煙氣凈化裝置進行處理。

5）充分識別生產過程中的污染源產生環節及主要污染物，并采取有效的防治對策，對于項目的正常運營及環境與經濟的協調發展具有不可忽視的作用。

［1］ 張勇.Φ700mm超高功率石墨電極接頭的研制［D］.天津：天津大學，2004.

［2］ 于嗣東，賈慶遠，陳文來，等.超高功率石墨電極產品技術指標分析［J］.炭素，2011（2）：15－18.

［3］ 華澤友，張云峰，姜艷軍，等.國產宏特針狀焦生產Φ350mm超高功率石墨電極［J］.炭素技術，2008，27（6）：33－35.

［4］ 馮建國，陳振強.煤系針狀焦生產Φ550mmUHP石墨電極的技術研究［J］.炭素技術，2010，29（1）：41－44.

［5］ 劉運平，陳文來，袁強.UHP石墨電極糊料混捏技術［J］.炭素技術，2009，28（2）：60－61.

［6］ 陳建，田建華，馬歷喬，等.淺談煉鋼用超高功率石墨電極的生產［J］.炭素，2010（1）：14－17.