鋁冶煉煙氣凈化余熱利用技術(shù)的探討

侯健

摘要：自20世紀(jì)80年代我國在有色金屬行業(yè)提出“優(yōu)先發(fā)展鋁工業(yè)”的戰(zhàn)略發(fā)展方針以來 ，我國鋁工業(yè)有了長足的發(fā)展。2003年，國內(nèi)冶煉鋁產(chǎn)量達(dá)到了520萬t，居世界第一位，我國已經(jīng)成為世界鋁工業(yè)大國。國內(nèi)鋁冶煉行業(yè)在規(guī)模、槽型、布局、節(jié)能、環(huán)保上存在先天不足，原料質(zhì)量差、管理水平比較低，同時(shí)能耗高、污染嚴(yán)重。一方面冶煉煙氣的余熱利用效果不佳，另一方面煙氣的除塵凈化更是難中之難、重中之重。

關(guān)鍵詞：鋁冶煉；煙氣排放；利用余熱；

前言

關(guān)于鋁冶煉煙氣凈化處理的工藝方法，國內(nèi)外大都采用干法凈化方式，即首先用新鮮的氧化鋁吸附煙氣中的有害物質(zhì)，然后通過布袋過濾，最后將低于國標(biāo)準(zhǔn)的煙氣排入大氣。由于在煙氣凈化中一味追求凈化和物料回收效果，對利用高溫?zé)煔庵袛y帶的熱能考慮甚少，造成煙氣中的大量的熱能白白浪費(fèi)。

一、國內(nèi)鋁冶煉煙氣治理存在的問題

（一）由大數(shù)據(jù)可以看出，鋁冶煉煙氣溫度高，風(fēng)量大，成分復(fù)雜，不同槽型的煙氣特征差別很大。同時(shí)粉塵的性質(zhì)比較特殊，粉塵顆粒細(xì)，比表面積大，比重輕，同時(shí)還具有一定的粘性，難以清灰；粉塵中含有較多的瀝青粉塵，磨蝕性比較強(qiáng)；粉塵中的比電阻也比較高，治理難度比較大。國內(nèi)鋁冶煉行業(yè)為治理鋁冶煉煙氣進(jìn)行了大規(guī)模、長時(shí)間、形式多樣、堅(jiān)持不懈的煙氣凈化試驗(yàn)研究及實(shí)踐。但鋁冶煉煙氣凈化方面的總體狀況堪憂。許多鋁冶煉企業(yè)只片面追求經(jīng)濟(jì)效益，根本沒有煙氣凈化系統(tǒng)；即使已建立了系統(tǒng)的企業(yè)，由于投入不足，也存在不少問題?，F(xiàn)有系統(tǒng)的凈化指標(biāo)達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)；大多數(shù)企業(yè)進(jìn)行電解系列擴(kuò)容改造后，沒有對凈化系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，更不具有煙氣余熱利用系統(tǒng)。

（二）中鋁平果分公司，共有2個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，3個(gè)電解車間，共288臺預(yù)焙陽極電解槽，3個(gè)凈化除塵系統(tǒng)。預(yù)焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合進(jìn)入各自的干法煙氣凈化裝置，廠房環(huán)境效果良好，沒有煙氣余熱利用系統(tǒng)。

（三）化隆先奇鋁業(yè)有限責(zé)任公司，共有1個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，2個(gè)電解車間，共有108臺預(yù)焙陽極電解槽，年產(chǎn)量5萬t。設(shè)計(jì)方案有兩套煙氣凈化系統(tǒng)，但未實(shí)際建設(shè)。這種情況在國內(nèi)較普遍，沒有煙氣余熱利用系統(tǒng)。自焙槽由于煙氣疲軟度高，無法直接應(yīng)用袋除塵器或電除塵器，比較好的如長青鋁業(yè)公司利用煙氣烘焦炭后除塵，但也未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于自焙槽污染大，煙氣治理難，能耗高，“九五”以后國家將通過政策逐步予以淘汰，預(yù)計(jì)到2006年后將全部關(guān)閉。國內(nèi)鋁冶煉行業(yè)，無論是國內(nèi)自行設(shè)計(jì)的還是從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的，基本沒有應(yīng)用鋁冶煉煙氣余熱利用技術(shù)，沒有解決節(jié)能問題。雖然有少數(shù)企業(yè)對鋁冶煉煙氣的部分熱能進(jìn)行了利用，但效果均不佳。我國是一個(gè)嚴(yán)重缺能的國家，對如何有效的積極的利用能源，特別是再生能源顯得越來越具有經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

二、煙氣減排的途徑

（一）優(yōu)化凈化設(shè)備的過濾及吸附效果

凈化工藝流程從功能上主要包括集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)五個(gè)部分。鋁液混合產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過支煙管進(jìn)入水平煙道總管到反應(yīng)器，煙氣在總管與來自氧化鋁儲槽下部電磁振動(dòng)給料機(jī)的新鮮氧化鋁接觸混合，經(jīng)反應(yīng)器吸附反應(yīng)，袋式除塵器捕集后的含塵氧化鋁用風(fēng)動(dòng)流槽輸送到運(yùn)輸車，凈化后的煙氣由排煙機(jī)抽送到煙囪排入大氣，該工藝俗稱干法凈化技術(shù)。干法凈化就是以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)（鋁冶煉企業(yè)一般采用氧化鋁作為吸附質(zhì)），做為吸附劑吸附煙氣中的有毒氣體和粉塵等污染物來完成對煙氣的凈化。

（二）采用砂狀氧化鋁為吸附劑

氧化鋁分為粉狀氧化鋁和砂狀氧化鋁氧化鋁的比表面積的大小，不僅影響氧化鋁的熔解性能，而且也影響對CO的吸附效率。氧化鋁是一種多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有很大的內(nèi)表面積，這給吸附物和吸附劑之間提供了接觸機(jī)會(huì)。所以氧化鋁的比表面積越大，接收吸附物的能力就越大，吸附量也隨比表面積的增加而增加。砂狀氧化鋁的比表面積比粉狀氧化鋁的比表面積大的多，所以砂狀氧化鋁是理想的吸附劑。因此為達(dá)到污染物減排的目標(biāo)，電解生產(chǎn)過程中采用砂狀氧化鋁將是較好的實(shí)施途徑。

三、鋁冶煉的煙氣凈化工藝

（一）工藝流程

干法凈化工藝流程從功能上主要包括冶煉槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)五個(gè)部分。冶煉槽產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過直徑 600mm 的支煙管進(jìn)入水平排煙總管到地下煙道。煙氣在地下煙道與來自氧化鋁儲槽下部電磁振動(dòng)給料機(jī)的新鮮氧化鋁接觸混合，經(jīng)文丘里管吸附反應(yīng)，袋式除塵器捕集后的含氟氧化鋁用風(fēng)動(dòng)流槽、斗式提升機(jī)輸送至含氟氧化鋁儲槽供冶煉槽使用。凈化后的煙氣由排煙機(jī)抽送到 70m 高的煙囪排入大氣。

（二）煙氣特征

鋁冶煉從槽型上來說分為自焙槽和預(yù)焙槽兩種。槽型不同，其煙氣性質(zhì)完全不同。自焙槽煙氣量大，煙溫低，一般不超過200℃；預(yù)焙槽煙溫較高，一般達(dá)到 400℃以上，煙氣量大幅降低。除與爐型有關(guān)外，不同的地區(qū)、工藝流程、操作手段、原材料都對冶煉槽的煙氣特征產(chǎn)生影響。

四、鋁冶煉煙氣余熱的利用

冶煉產(chǎn)生的煙氣由導(dǎo)煙管引入余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，溫度降至150℃后進(jìn)入主煙道與氧化鋁進(jìn)行吸附反應(yīng)，然后進(jìn)針刺布袋除塵器除塵，凈化后煙氣由排煙機(jī)送入煙囪排放。余熱鍋爐采用單氣包自然循環(huán)直立煙道式，用落丸清灰技術(shù)有效解決了鍋爐受熱面的清灰難題；鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、熱工制度穩(wěn)定，保證煙氣出口溫度穩(wěn)定在150℃以下，滿足了袋除塵器的要求。根據(jù)鋁冶煉煙氣特點(diǎn)設(shè)計(jì)的袋除塵器采用了一些最新技術(shù)，重點(diǎn)考慮了氣流分布、清灰方式、卸灰方式、溫度控制、設(shè)備鎖風(fēng)等技術(shù)，并考慮了加強(qiáng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及整體熱應(yīng)力消除技術(shù)。由于采用負(fù)壓流程，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的煙氣已經(jīng)得到凈化，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性大大加強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制方面實(shí)現(xiàn)了各工藝過程主要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，鍋爐受熱面和針刺袋清灰的自動(dòng)控制，落丸清灰系統(tǒng)過程監(jiān)控。主要工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)曲線或數(shù)據(jù)顯示，并可以根據(jù)需要隨時(shí)查詢打印。煙氣溫度必須超過300℃才能產(chǎn)生過熱蒸汽；煙氣量不能太大，否則經(jīng)濟(jì)上沒有可行性；煙氣中不能有焦油，否則余熱鍋爐和針刺袋除塵器都將失效；煙氣中一氧化碳必須小于一定比例，否則進(jìn)余熱鍋爐容易產(chǎn)生爆炸。這樣的應(yīng)用條件對于自焙槽鋁冶煉行業(yè)來說是無法達(dá)到的，該槽型約占總數(shù)的15%。另外該技術(shù)一次投資太大，以年產(chǎn)10萬t的鋁冶煉企業(yè)為例，煙氣凈化余熱利用系統(tǒng)一次投資約4000萬元。

結(jié)束語

鋁冶煉行業(yè)總體環(huán)保與節(jié)能的水平較低，如果政府不給優(yōu)惠電價(jià)，鋁冶煉生產(chǎn)就要虧本；如果環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，鋁冶煉廠就必須停產(chǎn)。所以環(huán)保與節(jié)能是關(guān)系到鋁冶煉企業(yè)發(fā)展的重大問題。

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