热处理车间油烟净化技术与应用

樊哲亮，魏栓兴，张俊德

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

液压支架零件的热处理工序有淬火、回火、正火等，冷却介质为水、油。如液压缸的热处理为淬火+高温回火，冷却介质为水、油；连接销轴的热处理为淬火，冷却介质为油。油冷工件在淬火、装炉时产生大量油烟，油烟在车间内的弥散，对职工健康、设备运行等造成影响。油烟的无组织排放，使车间内外环境受到污染。为保障车间油烟污染物排放达到地方废气排放标准，需要对热处理车间的油烟进行净化处理。

1 热处理车间工况

液压支架零件根据材质和结构不同，选择对应的热处理冷却介质。如淬透性一般的合金结构钢，小规格、截面变化大、有突出尖角等易淬火开裂的工件采用油淬；大规格淬透性良好且需要保证淬硬层的合金结构钢工件采用水淬+油冷工艺，油淬温度控制不大于70℃。

工件在入油淬火瞬间产生大量油烟，在油池冷却过程中也伴随着少量油烟溢出。工件经淬火油冷却入炉时，其表面附着淬火油因高温燃烧，也会产生大量油烟。按照《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定气相色谱法》、《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法》、《环境空气氮氧化物（一氧化氮和二氧化氮）的测定盐酸萘乙二胺分光光度法》、《环境空气二氧化硫的测定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》等在车间内分别对工件淬火前后的颗粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物、非甲烷总烃等进行检测。车间内废气排放浓度最高增长288.9%，最高减少9.1%。如表1 所示，车间内颗粒物TPS 在工件淬火后浓度增长113.6%，二氧化硫浓度下降9.1%，氮氧化物浓度增长12.2%，非甲烷总烃浓度增长288.9%。

表1 热处理车间淬火前后废气监测浓度

2 热处理油烟净化

2.1 设备布局

热处理车间的油烟净化需要对产生的油烟进行收集后再进行统一净化处理。车间产生油烟主要在淬火油槽、电炉台车位置。由于液压支架零件均为中大型零件，其工件在热处理过程中均使用桥式起重机进行吊装，所以油烟的收集装置需考虑车间的设备布局和工件的装炉量。（a）厂房：84000mm×24000mm×12000mm；（b）设备：回火电炉8 台，其中1 台180kW、4 台150kW、2 台45kW、1 台90kW，分别位于车间两端；（c）淬火油槽2 个，规格：3400mm×2600mm×1100mm、3600mm×2300mm×1100mm，油池嵌入地面，顶端距离地面高度1100mm，分别位于车间两端。

2.2 油烟净化方案

为充分提高油烟收集率，使整个车间净化率在95%以上，油烟收集采用车间整体收集、电炉集气罩收集、油池侧面收集，油烟收集后并入主管道进入净化装置。将车间两端电炉和淬火油槽分别并联成2 组，使用2 套净化系统、2 个烟筒。每台电炉炉门前增设收集罩；油槽一侧增设收集罩、另一侧加装风机，形成点对点收集油烟及吹吸式气流方式；车间顶层在原天窗位置增设油烟收集装置。各收集罩分支排烟管道上加装电动调节阀，主排烟管道加装消防湿式过滤除尘设施，整套系统与淬火工作状态形成联锁状态。

整个净化系统由管道雾化喷淋系统、湿式除尘系统、油烟净化系统等组成。系统按50000m3/h处理风量设计，电炉集气罩按2000mm×1200mm、1200mm×1000mm、1600mm×1200mm 等3 种规格设计，车间顶层收集罩按天窗大小和走向布置。油烟净化系统为初级除雾过滤（一级）+等离子静电吸附（双级）+催化氧化VOC 段+消防灭火装置组成。

2.3 油烟净化技术及原理

（1）工艺流程

油烟收集→支管道（电动调风阀）→湿式除尘器（防火降温除尘）→离子静电集尘设备→复合式催化氧化处理设备→变频节能风机→烟筒。

工件淬火时，变频节能风机启动，离子静电集尘设备去除气溶胶及处理油烟颗粒物，复合式催化氧化处理设备处理油烟废气。运行过程中电动调节阀根据工作状态调整，实现风机的变频，停机时先停处理设备，再停风机；启动时，先启动处理设备，再启动风机，以最经济的能耗运行来保证系统收集风量和油烟的处理效果。

（2）管道雾化喷淋系统

利用高压将水形成雾状，使得液滴有较大的初速度来和粉尘、油雾、颗粒产生碰撞。藉由雾液的膜粘附效应，包覆粉尘增加重力，使其从空气中分离出来；液滴在高速时形成的温度差对蒸发在空气中的少量油烟起到一定的降温功效，从而凝结、汇聚油烟，有效除去直径为0.1～20μm 的液态或固态粒子。通过物理降温效果，即可阻燃防爆，也可以有效抑灭火花，减少明火的发生。同时，喷雾在圆管道内前进时呈旋转运行，可以有效的在管道内表面形成一层水膜，减少油烟粘稠物的积挂，保持管道内壁的清洁。管道设计倾斜式，采用防漏油工艺，避免管道内积压存油易引起的火灾隐患。

（3）湿式除尘系统

在风机牵引力作用下，油烟切向进入高压离心混流通道，在旋流液的高速翻滚旋转状态下，液体与油烟气体充分溶合并相互吸附。由于含油烟气流呈向心圆周做高速旋转运动，通过离心力达到气液分离，分离后的气体进入耐高温环保填料拦截层，油烟废气浸透在填料上，1μm 以上油烟颗粒物实现初级预处理净化。旋流速度随风量大小变化而变化，最大限度增加液气接触面积和传质效率，通过圆周运动衰减旋流能量从而达到废气净化目的。相对于早期旋流式湿式除尘系统，含尘气流呈纵向轴流运动，气体停留时间短暂，气动压力弱，净化效果更好。

（4）油烟净化系统

经降温后的油烟在风机的作用下被吸入到净化系统内，油烟中5μm 以上的颗粒物在净化系统内先被初级过滤器净化，1～3μm 的颗粒物则在二级均风导流过滤器中二次净化，1μm 以下颗粒物最后进入机械过滤后排除净化系统。净化系统对油烟经过旋回式迷宫分离+机械式丝网板式除雾+等离子静电ESP 除尘等实现烟雾净化。系统采用的两级静电技术配备电离区和收尘区，双区板式静电电场(ESP)将油烟颗粒捕集于收尘区。其原理为电离区对颗粒荷电，电荷颗粒在静电场的作用下从烟雾中分离，分离出的颗粒在收尘区静电场的作用下，亚微米级的污染颗粒被收尘板捕集，经净化后的空气由风机作用经烟筒排出。

3 热处理车间油烟净化效果

在车间东西两侧安装2 套油烟收集和净化系统，并配有2 个20m 高烟筒和监测平台。在安装油烟净化设备后，分别对2 个20m 高的烟筒的排放废气进行检查。车间生产时排放标准满足《北京大气污染物综合排放标准》DB11/501 第二时段大气污染物排放限值。如表2 所示，颗粒物TPS、二氧化硫、氮氧化物，其排放限值分别不高于1mg/m3、3mg/m3、3mg/m3，非甲烷总烃分别为5.04 mg/m3、5.62mg/m3。

表2 热处理车间烟筒监测浓度

4 结论

（1）热处理车间油烟经过净化后，各监测污染物浓度得到降低，达到北京市大气污染物综合排放的标准，也符合国家环保要求。

（2）管道雾化喷淋系统、湿式除尘系统在整个净化系统中不仅具备防火、防爆的作用，也起到除尘效果，实现油烟的预净化。

（3）热处理车间油烟净化的实施，下一步可为热处理废气排放纳入地方或国家相应的行业大气污染物排放标准起到参考作用。