鋁用炭素廠瀝青熔化車間瀝青煙焚燒處理技術(shù)應(yīng)用研究

羅宏武，邊振濤，金明虎

（1.中國(guó)鋁業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100089；2.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900）

目前，我國(guó)大部分的電解鋁廠使用預(yù)焙陽(yáng)極炭塊，預(yù)焙陽(yáng)極炭塊是以石油焦為原料，以煤瀝青為黏結(jié)劑，經(jīng)過(guò)石油焦煅燒、中碎、篩分、細(xì)碎、瀝青的熔化、配料、混捏、成型和焙燒等工序加工制作而成。作為黏結(jié)劑，固體瀝青在熔化和液體瀝青的儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的瀝青煙。研究表明，瀝青煙中含有大量的烷烴和苯類物質(zhì)，不僅會(huì)污染環(huán)境，對(duì)人體也會(huì)產(chǎn)生巨大的危害，其中瀝青煙中所含的3,4-苯并芘是引起皮膚癌、肺癌、胃癌和食道癌的主要原因之一[1]。隨著近年來(lái)電解鋁行業(yè)的快速發(fā)展，瀝青煙的排放量大大增加，同時(shí)由于國(guó)家及政府對(duì)環(huán)境保護(hù)要求的日益提高以及人們環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)的日益增強(qiáng)，對(duì)瀝青熔化過(guò)程及液體瀝青儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生的瀝青煙的治理提出了更高的要求。本文主要針對(duì)電解鋁行業(yè)炭素廠瀝青熔化車間固體瀝青熔化及液體瀝青的儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生的瀝青煙的處理技術(shù)進(jìn)行研究分析。

1 傳統(tǒng)的瀝青煙治理工藝

目前，我國(guó)針對(duì)瀝青煙的治理已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，使用較多的主要為靜電捕集法、吸收法和干式吸附法[2]。

1.1 靜電捕集法

靜電捕集法主要是瀝青煙中的大分子和顆粒物在高壓靜電場(chǎng)的作用下進(jìn)行捕集和去除。靜電捕集法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)瀝青煙的去除效率高，去除效率可達(dá)95%。缺點(diǎn)是對(duì)瀝青煙中的苯并[a]芘幾乎無(wú)去除，同時(shí)靜電捕集法在去除瀝青煙的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電捕焦油，電捕焦油屬于危險(xiǎn)廢物，在一定程度上增加了二次污染。

1.2 吸收法

吸收法主要是利用水、汽油和柴油等有機(jī)類液體作為吸收劑，在瀝青煙和吸收劑的逆向接觸過(guò)程中去除瀝青煙。吸收法的主要缺點(diǎn)是在去除瀝青煙的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量廢液，造成二次污染，廢液的處理難度大，處理費(fèi)用高，同時(shí)對(duì)設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重[3]。

1.3 干式吸附法

干式吸附法主要是使用如活性炭、氧化鋁等具有大表面積的物質(zhì)作為吸附劑對(duì)瀝青煙進(jìn)行去除。干式吸附法的優(yōu)點(diǎn)是流程簡(jiǎn)單，煅燒后的煅燒焦可以作為吸附劑去除瀝青煙，吸附瀝青煙后的煅燒焦可返回配料工序循環(huán)使用，在一定程度上做到資源循環(huán)利用。吸附法的缺點(diǎn)是瀝青煙中含的焦油等物質(zhì)易堵塞吸附劑，吸附劑更換頻率較高，后期投資較大。

2 焚燒爐焚燒法瀝青煙處理技術(shù)

2.1 焚燒法處理瀝青煙原理

焚燒法是利用瀝青煙具有可燃的特性，在一定的條件下，利用高溫把瀝青煙燃燒處理生成CO2和H2O[4]。研究表明，瀝青煙中含有大量的可燃性物質(zhì)，其主要成分為碳?xì)浠衔?，燃燒溫度控制?00～1000℃，氧氣充足，瀝青煙的停留時(shí)間在0.5 s左右時(shí)，瀝青煙中的烴類物質(zhì)可得到充分的燃燒，其去除效率可達(dá)到99%。同時(shí)，瀝青煙中難去除的苯并[a]芘也可以得到充分的去除，其去除效率可達(dá)99%。

2.2 蘭鋁焚燒法去除瀝青煙應(yīng)用分析

當(dāng)前，人們的環(huán)保意識(shí)日益提高，中國(guó)鋁業(yè)蘭州分公司（以下簡(jiǎn)稱“蘭鋁”）二廠區(qū)現(xiàn)有的電捕焦設(shè)備已不能滿足現(xiàn)行環(huán)保要求，從環(huán)保角度及企業(yè)實(shí)際情況考慮，蘭鋁決定對(duì)二廠區(qū)電捕焦設(shè)備進(jìn)行改造，采用焚燒爐焚燒法對(duì)瀝青熔化車間瀝青煙進(jìn)行治理，以期達(dá)到現(xiàn)行環(huán)保要求。

針對(duì)蘭鋁二廠區(qū)實(shí)際情況，對(duì)于蘭鋁二廠區(qū)瀝青熔化車間，采取焚燒爐焚燒加余熱導(dǎo)熱油爐的工藝。處理系統(tǒng)主要包括瀝青煙焚燒爐、余熱油導(dǎo)熱爐和蒸汽蒸發(fā)器等。收集的瀝青煙首先經(jīng)過(guò)焚燒爐焚燒處理，焚燒處理后的煙氣和焚燒爐天然氣燃燒產(chǎn)生的廢氣一起進(jìn)入余熱導(dǎo)熱油爐和蒸汽蒸發(fā)器進(jìn)行余熱利用，最終經(jīng)過(guò)新建的15 m高的煙囪排放，其工藝流程如圖1所示。

圖1 瀝青煙治理系統(tǒng)工藝流程

2.2.1 系統(tǒng)工藝參數(shù)

余熱導(dǎo)熱油爐和蒸汽蒸發(fā)器的工藝參數(shù)分別如表1、表2所示。

表1 余熱導(dǎo)熱油爐工藝參數(shù)

表2 蒸汽蒸發(fā)器工藝參數(shù)

2.2.2 去除效果分析

經(jīng)過(guò)焚燒爐和余熱利用后，瀝青煙和苯并[a]芘的去除效率可達(dá)到99%，其排放能夠滿足《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25465-2010）及修改單中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)焚燒爐和余熱利用系統(tǒng)處理前后，瀝青煙的濃度、排放速率和去除效率如表3所示。

2.2.3 與傳統(tǒng)電捕焦處理工藝對(duì)比分析

蘭鋁二廠區(qū)瀝青熔化車間現(xiàn)有電捕焦設(shè)備對(duì)瀝青煙和苯并[a]芘的處理情況如表4所示。

由表4可以看出，電捕焦設(shè)備對(duì)瀝青煙的去除效率可達(dá)到97%，去除效果較好，但是對(duì)苯并[a]芘的去除效率只有21%，去除效果較差。

與傳統(tǒng)的電捕焦設(shè)備相比，焚燒爐焚燒處理和余熱利用法具有以下優(yōu)點(diǎn)：焚燒爐焚燒和余熱利用法對(duì)瀝青煙和苯并[a]芘的去除效率較高，尤其是對(duì)苯并[a]芘的去除效率較為明顯；焚燒法在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物，而電捕焦設(shè)備處理瀝青煙和苯并[a]芘會(huì)產(chǎn)生大量的電捕焦油，電捕焦油屬于危險(xiǎn)廢物，電捕焦油處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染；焚燒爐焚燒法在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的余熱可以得到充分利用，達(dá)到資源節(jié)約和循環(huán)利用的目的；焚燒爐焚燒和余熱利用法，其不足之處在于焚燒爐使用天然氣作為燃料，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定廢氣，其成本相對(duì)較高，中小企業(yè)應(yīng)用有一定的難度[5]。

表3 瀝青煙和苯并[a]芘產(chǎn)排濃度及去除效率

表4 現(xiàn)有電捕焦設(shè)備對(duì)瀝青煙和苯并[a]芘的去除效果

3 結(jié)論

炭素廠瀝青熔化車間產(chǎn)生的瀝青煙和苯并[a]芘經(jīng)過(guò)焚燒爐焚燒和余熱利用后，其排放濃度能夠滿足《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25465-2010）及修改單中相應(yīng)的限值要求，余熱能夠得到充分的利用。利用焚燒爐焚燒和余熱利用法對(duì)瀝青煙和苯并[a]芘去除，能夠獲得較好的環(huán)境效益，同時(shí)資源節(jié)約和循環(huán)利用效果較好，其在炭素廠瀝青煙和苯并[a]芘的去除上具有廣闊的應(yīng)用前景。