提供工業(yè)硅電爐煙氣的凈化技術
工業(yè)硅又稱結晶硅或金屬硅。工業(yè)硅是一種高耗能，高污染的冶煉產品。我國目前工業(yè)硅生產技術大多采用蘇聯(lián)50年代工藝技術，產品質量低，消耗高、污染嚴重，市場無競爭能力。近年來，各級政府認真貫徹國家宏觀調控政策，牢固樹立科學的發(fā)展觀，對于浪費資源，污染環(huán)境的企業(yè)進行清理整治，促進了工業(yè)硅冶煉企業(yè)進行環(huán)保治理工作。但是，近兩年筆者到過國內近百家企業(yè)進行考察，大都沒有采取環(huán)保治理措施，有的企業(yè)被政府環(huán)保部門下令停產治理，促進了部分企業(yè)進行煙氣凈化治理，在治理過程中，由于對工業(yè)硅煙氣治理技術缺乏系統(tǒng)研究，使得工業(yè)硅煙氣治理技術效果不佳，有的廠家6300KVA電爐投資200多萬元搞煙氣凈化，經生產實踐無法達到排放標準，且投資大，設備維修困難，耗電量大，造成資源的極大浪費。因此，對工業(yè)硅電爐煙氣治理回收進行經濟技術研究工作刻不容緩。筆者對工業(yè)硅煙氣的性質進行分析，認真對國內外治理技術進行比較，請教在國外的老師，引用其他行業(yè)的先進技術原理，研究出一套較適合我國的中小型工業(yè)硅廠家的投資少，設備簡單，耗電少，操作維修方便，凈化效果好的電爐煙氣溫度，采用大布袋除塵器。6300KVA電爐煙氣粒，降低煙氣溫度，采用大布袋除塵器。6300KVA電爐煙氣凈化投資，一般投資134至150萬元，可以完全達到排放標準。
二、 工業(yè)硅冶煉原理
工業(yè)硅冶煉是用硅石和炭質原料在電弧爐中靠電弧放電作用，把電能轉變成熱能，供給加熱熔煉物料所需的熱生產的，煉硅的過程是無渣過程。在工業(yè)硅冶煉過程中，應嚴格保持爐料中碳與二氧化硅的分子比等于2。這樣在冶煉過程中就不會出現(xiàn)剩余SiC和SiO2，可保證冶煉過程中有高的硅產出率。正確的配料是保證爐況穩(wěn)定的先決條件。爐料配比應根據(jù)化學成分、粒度、含水量及爐況經計算及經驗而定。電爐生產工業(yè)硅時，爐況容易被動，較難控制。因此，必須正確判斷，及時處理。爐況正常的標志是：電極深而穩(wěn)地插入爐料，電流電壓穩(wěn)定，爐內電弧聲響低而穩(wěn)，冒火區(qū)域大而均勻，爐料透氣性好，料面松軟而有一定的燒結性，各處爐料燒空程度相差不大，燜燒時間穩(wěn)定，基本上無刺火踏料現(xiàn)象，電爐煙氣量小，消耗低。出硅時，爐眼好開，流頭開始較大，然后均勻變小，產品質量穩(wěn)定，經濟效果較佳。

三、 電爐煙氣產生的原因

還原電爐是工業(yè)硅的主要冶煉設備，其主要原料是硅礦石和炭質還原劑。原料入爐后，在礦熱爐高達攝氏2000多度的高溫下，呈還原反應，工業(yè)硅冶煉產生煙氣是必然的。冶煉過程中的煙氣其主要參數(shù)有煙氣量、溫度、含塵量、化學成分等。參數(shù)值的波動主要受冶煉爐況和半封閉煙罩操作門開閉狀況的影響。當出現(xiàn)刺火和踏料時，煙氣量將大幅度上升，煙氣溫度可上升到600-900℃。電爐煙氣量還與采用的還原劑種類有關。工業(yè)硅煙氣的主要部分由無定形二氧化硅組成。有關資料表明，大部分粉塵的直徑為0.25um，并由球形微粒和這些微粒的球團組成，氣流中的部分粉塵尺寸小于1um，平均直徑為0.4um-0.5um。粉塵的化學組成（百分比）為；SiO2占90.6-94.1；MgO占0.18-0.34；CaO占0.37-1.34；Fe2O3占0.14-0.30；Al2O3占0.11-1.00；P2O3占0.11-0.20；Na2O占0.06-0.14；C總占6.17-6.50。當爐料中有木炭（特別是木屑）時，未燃盡的小炭塊和小木片會從爐面逸出并在煙氣流中燃燒。煙塵的濕潤性布好，電阻系數(shù)高，容易結團。由于煙塵的分散性高容易堵住過濾材料的孔，降低其透氣性，過濾材料的表面會形成流體阻力很高的厚而致密的煙塵層。

工業(yè)硅電爐煙塵混合物的組成和物理化學性質決定著它的過濾性。氣相的主要組分是空氣，它是經過爐罩上的開口被吸入路面上熱對流中去的。煙氣中含有少量爐料中碳質物燃燒的產物：CO2低于百分之二，CO約每立方10mg。氣體中SO2的含量不大于每立方5mg。煙塵混合物的溫度為100-250℃。電爐煙氣溫度取決于爐子的容量、爐料組成、路面狀態(tài)和加料周期。煙塵混合物的溫度在很大程度上決定了風機的排氣量。

四、 工業(yè)硅電爐煙氣的凈化技術

工業(yè)硅電爐煙氣凈化，『挪威』埃爾肯姆公司從1950年就從事研究，并與1966年購買一臺靜電除塵器，除塵效率低，由于二氧化硅粉電阻系數(shù)大，不能采用靜電除塵器。經20多年的研究實踐，從1975年開始設計埃爾肯姆袋室除塵器。除塵器是正壓式，分成許多隔室。布袋的清洗用反吹風方法進行。其特點是投資大，工藝復雜，耗電量大，維護保養(yǎng)困難。我國民和鎂廠，4臺6300KVA工業(yè)硅電爐于1994年12月采用了正壓大布袋除塵器，取得了較好的效果。2001年吉林翔豪實業(yè)股份公司由沈陽鋁鎂設計院引進挪威埃爾肯姆公司的凈化技術進行設計，四臺6300KVA礦熱爐煙氣凈化投資高達2600萬元，于2002年12月12日建成運行。貴州某廠2臺6300KVA的工業(yè)硅電爐投資220萬元，進行凈化處理未達到排放標準。目前，我國工業(yè)硅廠家大多以小公司或個人投資為主，現(xiàn)在主要以6300KVA工業(yè)硅冶煉爐居多，工廠規(guī)模小，生產分散。如都采用埃爾肯姆公司的技術方法，投資大，維修困難，采用其它方法效果差。結合我國目前工業(yè)硅廠家的實際情況，從經濟技術效益的角度，根據(jù)工業(yè)硅冶煉煙氣的特性，研究出投資少，設備簡單，操作維修方便，凈化效果豪的煙氣凈化技術，具有現(xiàn)實意義。
1、 工業(yè)硅電爐煙氣的特點
一是煙氣量和熱含量大，煙氣帶走的熱量約為輸入能量的百分之33；二是煙塵極細，小于1um的占百公之90左右，且煙塵容量較輕，僅為每立方200kg；三是煙塵的主要成分為SiO2。
2、 煙氣凈化回收工藝
電爐的除塵裝置系統(tǒng)為：將來自工業(yè)硅生產電爐的煙氣，在離心式主風機的抽吸作用下，煙氣由半封閉式電爐內引出，沿著煙道首先進入一個二次燃燒室及預除塵器；把粗粒和火星分離開來，使其煙塵充分燃燒，燃燒后的煙氣進入一個熱交換器降低煙氣溫度，然后用風機送入袋式除塵器，粉塵滯留在濾袋里，凈化的煙氣經除塵器頂部排入大氣，灰斗下的微粉由人工或機械入袋輸出。其工藝流程圖如下：
3、 煙氣凈化技術
工業(yè)硅電爐的煙氣治理，目前各級政府高度重視，各廠家急需解決的首要問題。一談到煙氣治理，大家就想到先進的治理技術和投資，如何去治理的問題。根據(jù)多年的生產實踐經驗證明，煙氣量產生的大小與廠家的技術和管理關系很大。生產技術穩(wěn)定、管理先進的企業(yè)，產品質量高，消耗低，除塵效果好，排放達標。技術管理差的企業(yè)，產品質量差，消耗高，污染嚴重。在生產過程中，除設備結構影響外，生產操作技術的控制直接影響電爐煙氣量的大小。目前研究回收一噸硅微粉價值的人多，研究在爐內變成一噸硅價值多少的人少。要解決工業(yè)硅廠家的經濟技術問題，徹底治理煙氣，提高經濟社會效率，其措施是：
（1） 減少煙氣量，提高生產操作技術水平。操作技術不當是造成煙氣量增大的主要原因。大多廠家存在的問題是電爐結構參數(shù)不匹配，高電壓、高產量、超負荷錯誤用電造成了嚴重刺火，配比不嚴格，冶煉方法不當造成嚴重的刺火。工業(yè)硅熔煉是在電爐埋弧狀態(tài)下連續(xù)進行的。操作中要做到閉弧操作，適時加料和搗爐，調整爐料電阻和電流電壓的比值。閉弧操作的優(yōu)點是：爐內料層結構能形成一個完整的體系，爐料依次下沉；弧光不外露，保持高爐溫；電極消耗平衡穩(wěn)定，避免發(fā)生電極折斷；料面溫度較低，提高電爐設備的利用率；粉塵量較少，可使電爐操作有一個較好的環(huán)境。無論電爐容量大小，都能做到閉弧操作，這是減少煙氣量，提高硅回收率，降低消耗，解決操作和煙塵凈化之間惡性循環(huán)的重要措施。
（2） 煙氣凈化設備的選擇。熔煉一噸工業(yè)硅約產生2000－2600立方米的煙氣，經爐口燃燒后混入大量冷空氣，硅微粉在空氣中停留時間長，不易沉降，比電阻大，硅粉帶油性，粘度隨溫度的增高而增大。因此，要凈化收集硅微粉，就要必須對煙氣進行二次燃燒降溫和預除塵等一系列處理。6300KVA電爐的二次燃燒室選擇25－30立方米；預除塵器采用二級旋風除塵器；熱交換器采用循環(huán)給水控制；風機功率選用180－250KVA；除塵器采用正壓大布袋除塵器，設備根據(jù)實際情況，大多采用非標準件。
（3） 凈化原理。采用火花捕集裝置進行充分燃燒，將未燃盡帶有火花的炭粒收集下來，消除了火花燒壞濾袋的可能性，在旋風除塵器中將一些粗大顆粒分離出來，減少粉塵量；通過熱交換器進行降溫，降低硅塵粘度，然后用風機送入袋式除塵器，硅塵在布袋內過濾，濾后的純凈氣體排空。
（4） 投資估算：總的投資費用包括鋼制煙道、二次燃燒室、換熱器、濾袋室、濾袋、輔助設備和土建工程。以6300KVA工業(yè)硅爐為例，一般投資只需160--180萬元左右，設備主要有一臺高溫引風機1臺，180－250KVA功率電機。其他設施根據(jù)現(xiàn)場實際，采用磚混結構和非標準鋼制，建設周期2個月－3個月