電解鋁生產(chǎn)氟化物總量排放控制措施

趙濤

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

國家經(jīng)濟的快速發(fā)展與工程建設需求逐漸增多，我國電解鋁行業(yè)投產(chǎn)量大，項目建設多。但電解鋁過程所產(chǎn)生的有害電解煙氣對作業(yè)人員的身心健康和環(huán)境的影響不可忽視，我國對電解鋁所產(chǎn)生的有害煙氣治理力度逐漸嚴格細化。目前，以干法凈化技術進行煙氣治理被多數(shù)國內(nèi)電解鋁企業(yè)所采用，可以達到煙氣排放國家標準。本設計以青海某企業(yè)的電解車間建設工程的煙氣凈化為設計背景，設計一套煙氣凈化控制系統(tǒng)，這樣可以提高煙氣凈化過程中的自動化水平，為環(huán)境治理和企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的基礎。設計采用集散控制系統(tǒng)結構，以“集中管理，分散控制，數(shù)據(jù)共享”原則，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制、自動報警、自動凋節(jié)，對鋁電解廠內(nèi)各系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、重要設備進行計算機在線集中實時監(jiān)控，從而確保電解鋁煙氣排放達到國家允許排放標準。

一、電解鋁生產(chǎn)過程中所存在的污染分析

就我國電解鋁工業(yè)目前的情況進行分析，絕大多數(shù)企業(yè)均使用了干法凈化和大型預焙槽。在電解鋁的生產(chǎn)過程中，所產(chǎn)出的固態(tài)廢物通常為廢內(nèi)襯等材料；排放的液體基本滿足生活污水的標準；排放的氣體為二氧化硫和無機氟化物。在鋁溶液凈化過程中，最主要的污染源為廢氣粉塵，其主要成分為鐵、硅、銅、鈣、鉛、三氧化二鋁、二氧化碳甲烷等，這些粉塵直徑通常都在5微米以下。就全國范圍內(nèi)的電解鋁生產(chǎn)企業(yè)所排放的煙氣進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，所排放的粉塵平均密度為34.2mg/m3，超過國家規(guī)定的5mg/m3約6倍。

二、控制氟化物總量排放的技術措施

（一）高位分區(qū)集氣技術

傳統(tǒng)的電解槽采用水平罩板下的V型集氣結構，僅通過改變沿電解槽長軸方向靠近集氣罩上方的開洞大小來調(diào)節(jié)罩內(nèi)的集氣均勻度。這種傳統(tǒng)的集氣結構已很難滿足電解槽均勻集氣的要求。針對傳統(tǒng)集氣結構存在的缺陷，東大院研發(fā)出分區(qū)高位集氣結構。該結構利用電解槽上部料箱之間的空間作為集氣罩；同時應用“計算流體動力學（CFD）模擬技術”對排煙結構進行模擬計算，使得電解槽出鋁端和煙氣段負壓分布均勻。在已投運的新建工程及改造工程中的實際應用表明：通過采用分區(qū)高位集氣技術，在電解槽排煙量較傳統(tǒng)集氣結構降低20%的情況下，仍能保持98.5%以上的集氣效率。

（二）新型兩端干法凈化技術

目前國內(nèi)電解煙氣凈化系統(tǒng)的工藝流程大致可歸納為如下兩種：第一種：新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時加入反應器內(nèi)，完成反應后的載氟氧化鋁通過布袋除塵器進行氣固分離。第二種：在反應器上游管路加入循環(huán)使用的載氟氧化鋁、而新鮮氧化鋁則直接加入到反應器內(nèi)（以下簡稱傳統(tǒng)兩段反應），完成反應后一起進入過濾器通過布袋除塵器進行氣固分離。無論采用上述哪種傳統(tǒng)電解鋁煙氣干法凈化工藝，其本質(zhì)特點都是新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁完成吸附反應后同時進入布袋除塵器。該工藝流程存在的主要缺點如下：①沒有充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁吸附HF各自不同的反應特性，致使凈化效率低。②袋式除塵器沒有設置載氟氧化鋁預分離功能，新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時進入除塵器，一方面導致除塵器分離負荷增大；另一方面導致大量載氟氧化鋁在系統(tǒng)內(nèi)進行無功死循環(huán)，致使氧化鋁粉化嚴重，既增加了除塵器的除塵負荷，增大系統(tǒng)動力消耗，又降低了除塵器濾袋的使用壽命；粉化嚴重的氧化鋁還會降低電解生產(chǎn)電流效率，一般降低約1.5個百分點。在系統(tǒng)總結以往工程經(jīng)驗的基礎上，東大院與有關單位合作，成功研發(fā)出新型電解煙氣干法凈化工藝技術及其成套技術裝備。

（三）強化凈化設備的吸附和過濾功能

整體來講，針對電解鋁過程中所產(chǎn)生的煙氣凈化，其流程主要包含有氣體收集、吸附反應、氣體固體分離、氧化鋁運輸、機械排風五個步驟。袋式除塵器收集后的含大量粉塵的氧化鋁使用風力運輸槽運送至運輸車輛上，再使用排煙機將經(jīng)過凈化處理以后的煙氣通過煙囪直接排向大氣層當中。這種技術方法便被稱之為干法凈化。干法凈化技術的本質(zhì)是使用某固態(tài)物質(zhì)來對某氣體當中所含有的指定雜質(zhì)給予清除的過程。在該技術使用過程中，一般將擁有吸附能力的物質(zhì)叫做吸附劑，稱被吸附的物質(zhì)為吸附質(zhì)。作為吸附劑吸收煙塵當中所含有的有毒有害物質(zhì)與粉塵的污染物，由此來實現(xiàn)對電解鋁生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煙氣的凈化。就干法凈化的原理開展分析后不難發(fā)現(xiàn)，企業(yè)為了最大限度的降低有毒氣體與粉塵的排放量，需要針對布袋除塵器的結構開展優(yōu)化處理。首先是針對過濾袋的優(yōu)化，在現(xiàn)有的凈化過程當中，布袋極有可能受到破壞，所以需要采用具有較強耐磨性和高溫耐受性的材料，建議使用針刺氈作為過濾袋材料。其次是針對溫度的優(yōu)化，通常情況下，布袋需要承受200℃左右的溫度，因此處理設備進口溫度必須要控制在200℃以下。若存在特殊狀況，可使用水冷法，在煙管總部進行散熱器的安裝。再次是針對漏風和阻力進行優(yōu)化，通常情況下，在進行袋式除塵器除塵效率計算時，其除塵濾通常在99%以上，但是在實際測量當中，很難達到這一標準。因此技術人員應長期對過濾袋進行清理，優(yōu)化整體除塵效果。最后是針對過濾面積與氣流速度進行優(yōu)化。資料顯示，在氣流速度為1-3m/s的環(huán)境下，除塵效果達到最優(yōu)，因此在使用干法凈化的過程中工作人員應將風速控制在2-4m/s的范圍內(nèi)。

結語

通過上述的介紹與分析，我們認識到：提高電解煙氣凈化的集氣效率和凈化效率是實現(xiàn)電解鋁氟化物總量排放控制的必要措施；而東大院自主開發(fā)的高位分區(qū)集氣技術、新型槽罩板、導桿及錘桿密封裝置以及新型兩端干法凈化技術則是解決電解鋁氟化物排放超標的必要技術與裝備。新技術的開發(fā)與應用對以后新設計和改造電解煙氣凈化系統(tǒng)提供了有益的借鑒。同時也為提高我國電解鋁煙氣凈化技術裝備的發(fā)展指明了方向。