超高功率石墨电极项目的大气环境影响及对策

杜 娟

（山西省环境科学研究院，山西 太原 030027）

石墨电极是一种以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂，经过成型、焙烧、浸渍、再焙烧、石墨化和机械加工工序而制成的耐高温的石墨质导电材料。石墨电极具有适用温度范围广、耐高温、机械强度高、热膨胀系数低、导热系数高、电阻率较低等特性，是目前在电弧炉炼钢中唯一能承受阴极斑点高温的导电材料。超高功率石墨电极是石墨电极众多品种中的一员，主要用于超高功率炼钢电弧炉，因其高的体积密度、低的电阻率以及优良的热力学性能而区别于普通功率和高功率石墨电极。从20世纪80年代起，发达国家开始限制小规格电极及普通功率石墨电极等技术含量较低产品的生产，石墨电极生产开始由发达国家向发展中国家转移。随着我国国民经济的快速发展，钢铁产量逐年增加，已成为世界上石墨电极生产和消耗最多的国家之一［1－2］。超高功率石墨电极项目工业化进程的不断加快，也带来了一定程度的环境影响问题。其中，以大气环境影响问题较为突出。在深度了解超高功率石墨电极项目工艺过程的基础上，识别出其可能产生的大气环境影响问题，进而有针对性地提出切实可行的防治对策，将成为超高功率石墨电极项目发展过程中的一项重要任务。

1 工艺过程

1.1 生产原料

生产超高功率石墨电极的原料主要为煤系针状焦、石油系针状焦以及改质沥青。煤系针状焦的主要技术条件参数见表1［3］，改质沥青的主要技术条件参数见表2［4］。

表1 原料煤系针状焦的主要技术参数

表2 原料改质沥青的主要技术参数

1.2 工艺过程

超高功率石墨电极生产系统主要由原料储运工段、破碎配料混捏工段、压型工段、一次焙烧工段、高压浸渍工段、二次焙烧工段、石墨化工段、机加工工段以及一些辅助系统组成［3－4］。具体工艺过程见图1。

图1 超高功率石墨电极生产的一般工艺流程

2 大气环境影响问题

与传统的炭素项目相比，虽然新型的超高功率石墨电极项目在工艺技术、设备选型等方面都体现了一定的环保理念，但其生产过程中存在的大气环境影响问题仍不容忽视。

超高功率石墨电极生产过程中的大气污染物排放节点及各节点产生的主要污染物如下（按工段分）：

1）针状焦贮运工段

针状焦各贮仓下部设排料口及振动给料机，针状焦经振动输送机从贮仓送至破碎配料工段。针状焦排料、输送过程中产生的主要污染物为粉尘。

2）破碎筛分工段

本工段用于处理原料针状焦以及焙烧后的返回料。物料在破碎、筛分、磨粉过程中产生的主要污染物为粉尘。

3）配料工段

本工段主要是将预处理后的一定粒度的针状焦与受热后的改质沥青按一定比例进行配比混合。该过程中产生的污染物主要为粉尘及少量沥青烟。

4）混捏凉料、压型工段

混捏凉料工段是将配制好的混合料在强力混捏机中进行均匀混捏，之后对糊料进行冷却［5］。压型是将凉料后的物料在压型机中挤压成型。该工段主要产生含粉尘、沥青烟、B［a］P废气。

5）焙烧工段

一次焙烧炉、二次焙烧炉若以煤、煤气为燃料，其产生的废气中主要污染物包括烟尘、SO2、B［a］P、沥青烟、NO2。

6）浸渍工段

将一次焙烧后的成品放入沥青罐中进行浸渍，浸渍过程中将挥发产生沥青烟和B［a］P。

7）石墨化工段

石墨化炉的填充料焦粉在装、出炉时均会有一定的颗粒物逸出炉外，造成粉尘污染。

8）机加工工段

机加工生产线主要是将石墨化后的电极毛坯按质量标准中规定的形状和尺寸进行机械加工，制成符合使用要求的电极本体和接头。包括车外圆、端面加工、内外螺纹加工等操作单元。操作过程中会有粉尘产生。

9）辅助工程

超高功率石墨电极生产的辅助系统之一为导热油炉加热系统，主要用于沥青保温、混捏、浸渍等工段。导热油炉产生的废气中，主要污染为烟尘、SO2、NOx等。

针对超高功率石墨电极项目生产过程中存在的上述大气环境影响问题，必须采取有效的大气污染防治对策［6］。

3 大气环境影响问题的防治对策

超高功率石墨电极项目在生产运营过程中所产生的大气环境影响问题不容忽视，针对其环境污染或环境影响问题的特点，提出从污染源源头治理、污染物减排、资源与能源回收利用等不同层次的对策或措施，对大气污染物进行无害化或资源化处理，以减轻对大气环境的影响。下面就不同类型的污染物分别给出可参考的防治对策。

1）粉尘防治对策

针状焦贮仓排料及输送，破碎筛分，配料工段，石墨化系统填充料装、出炉及机加工工段产生的粉尘分别采用集气管收集含尘废气，再进入除尘器进行处理。可考虑选用布袋除尘器，其设计除尘效率可达99%。收集后的粉尘，除石墨化工段的粉尘返回填充料系统再利用外，其余的均可返回针状焦原料系统进行再加工，从而实现废物的回收利用，减少大气污染物的外排。

2）沥青烟防治对策

沥青贮罐、混捏凉料、压型工段以及浸渍罐将产生少量的沥青烟，其废气特点表现为，排出的焦油总量少，但瞬时浓度很高，波动较大。目前，国内的处理技术有水洗法和焦粉吸附法2类。

水洗法：用清水洗涤，并定期将洗涤水送水处理站处理。水洗法工艺简单，但存在二次污染，废水产生量大，需配套废水处理设施。

焦粉吸附法：国内一般采用固定床。固定床加焦粉，在形成均匀床层后可进行过滤，吸附沥青烟气，净化效率可达80%～85%。此法应配套除尘设备及焦粉回收系统。

3）焙烧烟气的防治对策

焙烧炉产生烟气中的主要污染物有烟尘、SO2、B［a］P、沥青烟、NO2。其中，以沥青烟和B［a］P的污染较为严重。目前，国内的净化技术有湿法捕集、干法吸附、干式电捕净化等。

湿法捕集净化技术：烟气引入重力除尘器去除大颗粒后，进入氢氧化钠溶液洗涤塔；之后，引入湿式电收尘器，进一步净化处理后排入大气。该工艺的净化效率可达90%以上，但其工艺流程比较复杂，存在废水二次污染。

干法吸附净化技术：烟气经全蒸发冷却塔降温后加入Al2O3，以吸附烟气中的沥青焦油，用布袋除尘器进行气固分离，净化后的废气排入大气，废Al2O3作为电解铝原料回收利用。该工艺的净化效率可达95%以上，流程简单，无二次污染，但投资较大。

卧式电收尘技术：该法目前在国内的应用较为广泛，烟气通过喷嘴喷水雾化降温，去除大颗粒，并将沥青焦油由气态转变为液态；然后，进入卧式高压静电除尘器，烟气中的沥青焦油及粉尘电荷富集在阴极及阳极板上，尾气排放。该工艺净化效率达90%以上，流程简单，无二次污染。

4）辅助加热系统烟气的防治对策

超高功率石墨电极生产过程中的各类导热油炉及其他加热燃烧装置，应考虑采用煤气、天然气等清洁燃料，以减少烟尘、SO2、NOx等的排放。

4 结语

超高功率石墨电极项目在国内方兴未艾。本文系统地介绍了该项目带来的大气环境影响问题，并提出了相应的防治对策。

1）排料输送、破碎筛分、配料填料及机加工工段均会产生粉尘污染物，收集后由除尘器进行处理，不但实现了废物的回收利用，而且减少了大气污染物的外排。

2）沥青贮罐、混捏凉料、浸渍罐及压型工段均会产生少量沥青烟，采用水洗法或焦粉吸附法均能有效地去除这些污染物，达到保护环境的目标。

3）焙烧烟气是该类项目最主要的大气污染源，主要污染物有烟尘、SO2、B［a］P、沥青烟、NO2，采用湿法捕集、干法吸附或干式电捕等净化技术均能除去90%以上的污染物，减少对大气环境的影响。

4）辅助加热系统烟气中的污染物主要有烟尘、SO2、NOx等，应考虑采用清洁燃料或设置烟气净化装置进行处理。

5）充分识别生产过程中的污染源产生环节及主要污染物，并采取有效的防治对策，对于项目的正常运营及环境与经济的协调发展具有不可忽视的作用。

［1］ 张勇.Φ700mm超高功率石墨电极接头的研制［D］.天津：天津大学，2004.

［2］ 于嗣东，贾庆远，陈文来，等.超高功率石墨电极产品技术指标分析［J］.炭素，2011（2）：15－18.

［3］ 华泽友，张云峰，姜艳军，等.国产宏特针状焦生产Φ350mm超高功率石墨电极［J］.炭素技术，2008，27（6）：33－35.

［4］ 冯建国，陈振强.煤系针状焦生产Φ550mmUHP石墨电极的技术研究［J］.炭素技术，2010，29（1）：41－44.

［5］ 刘运平，陈文来，袁强.UHP石墨电极糊料混捏技术［J］.炭素技术，2009，28（2）：60－61.

［6］ 陈建，田建华，马历乔，等.浅谈炼钢用超高功率石墨电极的生产［J］.炭素，2010（1）：14－17.