電解鋁生產(chǎn)氟化物總量排放控制措施

楊青辰，王尚元

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽(yáng) 110166）

伴隨著電解槽核心技術(shù)的突破，我國(guó)電解槽大型化的步伐越來(lái)越快，新一代電解槽的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)已處于世界領(lǐng)先水平。同時(shí)作為電解生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，電解煙氣治理技術(shù)也向著高效率、高穩(wěn)定性邁進(jìn)。2010年開(kāi)始實(shí)施的《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 25465-2010）對(duì)電解鋁生產(chǎn)氟化物的排放提出了明確而嚴(yán)格要求。目前國(guó)內(nèi)電解鋁煙氣凈化裝備及技術(shù)水平已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，在氟化物、粉塵排放等方面已經(jīng)取得非常理想的指標(biāo)。分析總結(jié)這些新技術(shù)、新裝備可以為提高我國(guó)整體電解鋁煙氣凈化整體技術(shù)提供有益的借鑒。

1 控制氟化物總量排放的方向

根據(jù)2002年鋁電解著名專家霍慶發(fā)報(bào)道的預(yù)焙槽的氟平衡表可以了解到：電解槽內(nèi)襯吸收、抬包清理、鑄造除渣以及電解質(zhì)及殘極損失、天窗及凈化系統(tǒng)排放是氟支出的主要途徑。其中電解槽內(nèi)襯吸收、抬包清理、鑄造除渣以及電解質(zhì)及殘極損失均可以通過(guò)加強(qiáng)管理來(lái)減少氟化物損失；由于電解鋁煙氣凈化的特殊性，未經(jīng)電解槽收集而溢出通過(guò)天窗無(wú)組織排放的氟損失和未通過(guò)凈化系統(tǒng)收集而通過(guò)煙囪排放的氟損失的量很大。因此減少天窗排氟及凈化系統(tǒng)排放就成為氟化物排放控制的關(guān)鍵因素。

（1）提高集氣效率。電解鋁主要污染物——氟化物的排放由經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)凈化后的有組織排放和天窗的無(wú)組織排放兩部分組成。國(guó)際上通常采用“噸鋁排氟量”這個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量一個(gè)電解廠的環(huán)保水平。要降低氟化物的排放量，在提高凈化效率的同時(shí)更重要的是如何確保電解槽的煙氣捕集效率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（2）提高凈化效率。先進(jìn)的干法凈化技術(shù)是減少污染物排放的有力保障。為了使煙氣的氟化物及粉塵達(dá)標(biāo)排，提高凈化系統(tǒng)的凈化效率，才能達(dá)到電解鋁氟化物總量控制的目標(biāo)。

2 控制氟化物總量排放的技術(shù)措施

圍繞著如何提高電解煙氣的集氣效率和凈化效率，東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）（以下簡(jiǎn)稱東大院）與有關(guān)高校和企業(yè)合作，開(kāi)發(fā)了相關(guān)的技術(shù)及裝備，并在實(shí)際運(yùn)行中取得了良好的運(yùn)行指標(biāo)。下面就如何提高電解煙氣的集氣效率和凈化效率從高位分區(qū)集氣技術(shù)、新型槽罩板、導(dǎo)桿及錘桿密封裝置以及新型兩段干法凈化技術(shù)四個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

（1）高位分區(qū)集氣技術(shù)。傳統(tǒng)的電解槽采用水平罩板下的V型集氣結(jié)構(gòu)，僅通過(guò)改變沿電解槽長(zhǎng)軸方向靠近集氣罩上方的開(kāi)洞大小來(lái)調(diào)節(jié)罩內(nèi)的集氣均勻度。這種傳統(tǒng)的集氣結(jié)構(gòu)已很難滿足電解槽均勻集氣的要求。

針對(duì)傳統(tǒng)集氣結(jié)構(gòu)存在的缺陷，東大院研發(fā)出分區(qū)高位集氣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用電解槽上部料箱之間的空間作為集氣罩；同時(shí)應(yīng)用“計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)”對(duì)排煙結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，使得電解槽出鋁端和煙氣段負(fù)壓分布均勻。在已投運(yùn)的新建工程及改造工程中的實(shí)際應(yīng)用表明：通過(guò)采用分區(qū)高位集氣技術(shù)，在電解槽排煙量較傳統(tǒng)集氣結(jié)構(gòu)降低20%的情況下，仍能保持98.5%以上的集氣效率。

（2）新型槽罩板設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)很多槽罩板采用的是直線型型材骨架結(jié)構(gòu)，槽罩板的整體性差、相鄰板面之間的縫隙大、漏風(fēng)面多。導(dǎo)致電解槽內(nèi)負(fù)壓達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響了電解槽的集氣效率。達(dá)不到設(shè)計(jì)值。

考慮到上述缺陷，東大院自主研發(fā)了整體模壓弧形槽罩板。新型弧形壓型槽罩板具有強(qiáng)度大、重量輕、整體一次成型的優(yōu)點(diǎn)。因而密閉性好且不易燒損、耐久性強(qiáng)，有助于提高電解槽的集氣效率。

（3）導(dǎo)桿及錘桿密封技術(shù)。目前氣缸錘桿與水平罩板間以保溫磚密封。長(zhǎng)期運(yùn)行保溫磚易損壞，使大量煙氣沿錘桿與水平罩板間縫隙進(jìn)入電解車(chē)間；陽(yáng)極導(dǎo)桿與水平罩板之間用固定的石棉布密封。

長(zhǎng)期運(yùn)行石棉布易老化或受剪力破壞，同樣導(dǎo)致大量煙氣沿導(dǎo)桿與水平罩板間縫隙進(jìn)入電解車(chē)間，污染電解車(chē)間空氣質(zhì)量。

目前東大院開(kāi)發(fā)的新型導(dǎo)桿密封裝置密封刷由耐高溫材料編織而成，內(nèi)置自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，確保密封刷不會(huì)因高溫、碰撞等原因?qū)е旅芊馐ВＷC了密封效果，進(jìn)一步提高了電解槽的集氣效率。

（4）新型兩端干法凈化技術(shù)。目前國(guó)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(shí)加入反應(yīng)器內(nèi)，完成反應(yīng)后的載氟氧化鋁通過(guò)布袋除塵器進(jìn)行氣固分離。第二種：在反應(yīng)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(yīng)器內(nèi)（以下簡(jiǎn)稱傳統(tǒng)兩段反應(yīng)），完成反應(yīng)后一起進(jìn)入過(guò)濾器通過(guò)布袋除塵器進(jìn)行氣固分離。

無(wú)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(diǎn)都是新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁完成吸附反應(yīng)后同時(shí)進(jìn)入布袋除塵器。該工藝流程存在的主要缺點(diǎn)如下：①?zèng)]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(yīng)特性，致使凈化效率低。②袋式除塵器沒(méi)有設(shè)置載氟氧化鋁預(yù)分離功能，新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時(shí)進(jìn)入除塵器，一方面導(dǎo)致除塵器分離負(fù)荷增大；另一方面導(dǎo)致大量載氟氧化鋁在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行無(wú)功死循環(huán)，致使氧化鋁粉化嚴(yán)重，既增加了除塵器的除塵負(fù)荷，增大系統(tǒng)動(dòng)力消耗，又降低了除塵器濾袋的使用壽命；粉化嚴(yán)重的氧化鋁還會(huì)降低電解生產(chǎn)電流效率，一般降低約1.5個(gè)百分點(diǎn)。

在系統(tǒng)總結(jié)以往工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，東大院與有關(guān)單位合作，成功研發(fā)出新型電解煙氣干法凈化工藝技術(shù)及其成套技術(shù)裝備。

3 工程實(shí)例

東大院新設(shè)計(jì)及參與改造的電解煙氣凈化系統(tǒng)，通過(guò)采用自主開(kāi)發(fā)的高位分區(qū)集氣技術(shù)、新型槽罩板、導(dǎo)桿及錘桿密封裝置以及新型兩端干法凈化技術(shù)，都取得了良好的運(yùn)行效果，運(yùn)行指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 山東某400kA凈化系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的介紹與分析，我們認(rèn)識(shí)到：提高電解煙氣凈化的集氣效率和凈化效率是實(shí)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(kāi)發(fā)的高位分區(qū)集氣技術(shù)、新型槽罩板、導(dǎo)桿及錘桿密封裝置以及新型兩端干法凈化技術(shù)則是解決電解鋁氟化物排放超標(biāo)的必要技術(shù)與裝備。新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用對(duì)以后新設(shè)計(jì)和改造電解煙氣凈化系統(tǒng)提供了有益的借鑒。同時(shí)也為提高我國(guó)電解鋁煙氣凈化技術(shù)裝備的發(fā)展指明了方向。