鋁電解煙氣凈化技術(shù)的分析與研究

徐波

摘 要：電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害氣體（主要是HF氣體），這些煙氣對人的身體健康和周圍生態(tài)環(huán)境都會(huì)造成危害，為改善環(huán)境，充分利用自然資源，達(dá)到生產(chǎn)與自然的和諧，充分利用煙氣凈化工藝技術(shù)對有害氣體進(jìn)行吸附過濾，并將過濾后的產(chǎn)物返回電解槽進(jìn)行二次利用。凈化效果的好壞必須通過定期檢測來進(jìn)行管控。

關(guān)鍵詞：煙氣捕集;凈化工藝控制;濾袋除塵器;凈化效果檢測

1 煙氣收集凈化概述

在鋁電解生產(chǎn)過程中，因電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的煙氣，需經(jīng)過收集處理后才能排放至大氣中。這些氣體對環(huán)境污染、人身健康有著嚴(yán)重的影響，故采取煙氣收集凈化技術(shù)，對電解生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)有著深遠(yuǎn)的意義。

1.1 煙氣的基本知識

電解鋁生產(chǎn)過程中，除陽極氣體（CO2、CO）外，還會(huì)釋放出有害的煙氣（主要是HF氣體），這些煙氣對人的身體健康和周圍生態(tài)環(huán)境都會(huì)造成危害。另外，在鋁電解煙氣中還含有可回收利用的物質(zhì)（主要是HF和揮發(fā)粉塵）。因此，為改善環(huán)境，充分利用自然資源，達(dá)到生產(chǎn)與自然的和諧，就必須搞好鋁電解煙氣的凈化回收工作。

1.2 煙氣收集的發(fā)展?fàn)顩r

鋁電解煙氣凈化回收，首要是要做到有效的捕集電解槽散發(fā)出的煙氣。電解槽結(jié)構(gòu)不同，所采用的集氣方式也不相同。中間下料預(yù)焙槽采用很多小塊罩板把整個(gè)電解槽密閉起來，所收集到的煙氣通過電解槽一端的排煙支管匯總到電解廠房兩側(cè)的排煙總管，再送到凈化系統(tǒng)。由于是中間自動(dòng)加工下料，除出鋁和換陽極工作外，其余不用敞開罩板，因此，集氣效率高（98%），效果好。邊部加工預(yù)焙槽多采用機(jī)械或液壓傳動(dòng)集氣罩，罩體是整體。加工出鋁和陽極工作等都必須打開罩蓋，因此效果比中心下料預(yù)焙槽差，集氣效率低。

電解槽的煙氣捕集效果通常用煙氣的集氣效率來表示。集氣效率是指進(jìn)入系統(tǒng)的煙氣量與電解槽排煙量之比。集氣效率高、低是凈化回收效果好、壞的一個(gè)主要標(biāo)志。由于電解槽結(jié)構(gòu)的不同，所以每種槽型集氣效率都有個(gè)極限值：中心下料預(yù)焙槽為94%～98%;邊部加工預(yù)焙槽為81%～88%。隨著電解鋁工業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)也隨著人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，鋁電解煙氣收集和處理也在不斷進(jìn)步和改進(jìn)。隨后煙氣凈化處理便產(chǎn)生了濕法凈化和干法凈化兩種煙氣凈化形式。隨著大型中心下料槽的發(fā)展應(yīng)用，現(xiàn)廣泛采用干法凈化。

1.3 煙氣在生產(chǎn)中的控制

為防止鋁電解煙氣在生產(chǎn)中的無序排放，做好煙氣在生產(chǎn)中的控制，管理工作要在職工思想教育、組織架構(gòu)建立、技術(shù)支持、經(jīng)濟(jì)措施等方面進(jìn)行有效工作。作為一項(xiàng)管理行為，必須建立起組織架構(gòu)，從公司職能部門到車間執(zhí)行層再到一線操作工人都要有責(zé)任單位、責(zé)任人，并規(guī)定相應(yīng)的職責(zé)和權(quán)力、管理辦法和管理操作流程。以一種組織形式，一級對一級進(jìn)行管理、檢查，一級對一級負(fù)責(zé)，形成專項(xiàng)管理體系，提高管理效率，使減少煙氣排放成為一種義務(wù)、一種責(zé)任。

要想將煙氣排放控制好，除了人的思想重視，成為一種習(xí)慣建立組織架構(gòu)，同時(shí)還必須提供有效的技術(shù)支持。要不斷改進(jìn)煙氣收集設(shè)備，例如：設(shè)計(jì)更加合理的槽罩板，提高罩板的密封性;根據(jù)氣流原理設(shè)計(jì)高效的高位集氣結(jié)構(gòu);針對換極操作利用雙煙管收集及時(shí)調(diào)整不同電解槽，不同時(shí)間的負(fù)壓，減少換極操作中的煙氣外溢。

2 凈化工藝控制點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)

2.1 干法凈化系統(tǒng)工藝

干法凈化系統(tǒng)工藝主要適用于預(yù)培槽。各廠預(yù)培槽型不同，干法凈化回收系統(tǒng)設(shè)備不盡一樣，但基本工藝流程相同，都要經(jīng)過電解的集氣、吸附、氣固分離、氧化鋁輸送和排氣等幾個(gè)工序。

鋁電解槽的電解煙氣由密閉的集氣罩捕集，經(jīng)由煙氣管道引入吸附反應(yīng)器，同時(shí)向反應(yīng)器中加入一定數(shù)量的吸附劑--氧化鋁粉，使氣固（氧化鋁和煙氣）充分混合進(jìn)行吸附反應(yīng)，氧化鋁從料倉經(jīng)加料管連續(xù)加入，加料管上裝有控制閘板閥或葉輪給料機(jī)，控制調(diào)整氧化鋁的加入量。煙氣在喉管處的流速為14m/s，氧化鋁在反應(yīng)器中呈懸浮狀態(tài)，高度分散于氣流中，流速為7m/s，氣固接觸時(shí)間約為0.8s，然后進(jìn)入布袋除塵器中進(jìn)行氣固分離，分離凈化后的清潔廢氣經(jīng)由排煙風(fēng)機(jī)和煙囪排入大氣。布袋除塵器過濾下來的含氟氧化鋁通過風(fēng)動(dòng)溜槽返回載氟氧化鋁料倉以供電解生產(chǎn)使用。

在凈化系統(tǒng)中，煙氣流的動(dòng)力均由排煙風(fēng)機(jī)提供，整個(gè)系統(tǒng)均在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行。其凈化效率：氣態(tài)氟達(dá)95%以上，固態(tài)氟達(dá)85%以上，全氟達(dá)90%以上，除塵總效率達(dá)99%以上。

2.2 煙氣收集與煙道負(fù)壓、煙氣流速、管徑的關(guān)系

電解車間產(chǎn)生的煙氣量收集前提是槽出口負(fù)壓必須達(dá)到一定的壓力，才能夠?qū)煔饣厥?。?fù)壓的大小取決于凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)的引風(fēng)機(jī)量、除塵器布袋的阻力、系統(tǒng)管網(wǎng)的阻力及管道風(fēng)速的大小。

回收的煙氣量即煙氣流量=煙氣流速*管徑。在管徑一定的情況下，煙氣流速越高，單位時(shí)間內(nèi)回收的煙氣量越大，反之越少。

2.3 煙氣干法凈化系統(tǒng)的主要設(shè)備

煙氣干法凈化常用設(shè)備有：煙氣捕集管道，吸附反應(yīng)設(shè)備、氣固分離設(shè)備、給料設(shè)備、風(fēng)機(jī)、新鮮氧化鋁供給設(shè)備、載氟氧化鋁回收設(shè)備等。

2.3.1 煙氣捕集管道

從電解槽上集氣到新鮮氧化鋁入口屬于煙氣捕集部分。電解生產(chǎn)產(chǎn)生的含氟煙氣，被可移動(dòng)的鋁合金槽罩板密閉在槽腔內(nèi)，通過支煙管導(dǎo)入主煙道。支煙管上裝有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。主煙管由一定厚度的鋼板焊接成圓筒形，煙道直徑由電解槽產(chǎn)生的煙氣量而定。煙道閥的控制點(diǎn)：為了均衡單臺(tái)槽煙氣量，從端頭槽開始依次開度變小，具體的開度大小需要借助測量風(fēng)速或者負(fù)壓儀器進(jìn)行調(diào)整。

2.3.2 吸附反應(yīng)設(shè)備

煙氣經(jīng)過電解煙道匯總至凈化系統(tǒng)后，進(jìn)入凈化反應(yīng)煙道中，與新鮮氧化鋁粉在反應(yīng)器中完成吸附反應(yīng)。

2.3.3 吸附期間的部分供風(fēng)設(shè)備及后續(xù)煙氣流向

反應(yīng)后的無害氣體在引風(fēng)機(jī)作用下，通過除塵器出口煙道排入大氣中。

2.3.4 氣固分離設(shè)備（濾袋除塵器）

所謂氣固分離設(shè)備即袋式除塵器。用于鋁電解煙氣凈化的袋式過濾器有脈沖袋式過濾器和反吹風(fēng)袋式過濾器。過濾機(jī)理是：當(dāng)含有粉塵（或固體顆粒）的氣體通過過濾料層時(shí)，只讓氣體穿透過去，而粉塵被阻留在濾料表面上。此分離過程有兩個(gè)步驟：一是濾料纖維層對塵料鋪集;二是粉塵對塵粒的鋪集。

袋式過濾器的優(yōu)點(diǎn)是過濾效率高，一般為99%以上。過濾后，排出的氣體塵粒很少，在過濾速度選擇適宜的情況下，入口含塵濃度變化對過濾效率和壓力損失影響不大，運(yùn)行穩(wěn)定，適應(yīng)性強(qiáng)，便于回收粉料，實(shí)現(xiàn)綜合利用。

①脈沖袋式過濾器，已在較多鋁廠的煙氣干法凈化系統(tǒng)中應(yīng)用，它又分高壓和低壓兩種類型。它的工作原理是利用壓縮空氣為動(dòng)力，按要求開啟脈沖閥，瞬間內(nèi)將壓縮空氣噴入濾袋產(chǎn)生膨脹，將粘附在濾袋外邊面粉塵抖落下來，達(dá)到清灰目的。脈沖袋式過濾器均為外濾式，有圓形濾袋，也有扁形濾袋。兩種脈沖帶式過濾器均在鋁電解煙氣干法凈化系統(tǒng)中應(yīng)用，低壓式能耗低，鋁行業(yè)應(yīng)用得較多;②反吹風(fēng)袋式過濾器，即利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)吸入大氣，以正壓形式與過濾器氣流流向相反的方式吸入濾袋，使濾袋產(chǎn)生微振將粘附在濾袋外邊面的粉塵抖落，達(dá)到清灰目的。反吹風(fēng)袋式過濾器，有外濾式，內(nèi)慮式;濾袋有圓形、扁形、菱形。目前應(yīng)用在鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)中多為外濾式，濾袋為菱形，每條濾袋由29個(gè)菱形組成，再有12條濾袋排列為一個(gè)單元（一個(gè)箱體）類似蜂窩狀，亦可稱蜂窩狀袋式過濾器。

2.4 干法凈化回收工藝的優(yōu)、缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：①流程簡單，運(yùn)行可靠，設(shè)備少，凈化效率高;②干法凈化回收不需要各種洗液，不存在廢水，廢渣及二次污染，設(shè)備也不需要特殊防腐處理;③干法凈化回收所用吸附劑是電解鋁生產(chǎn)的原料氧化鋁，不需要專門制備，回收的氟可返回電解生產(chǎn)使用;④干法凈化回收可適用于各種自然條件下，特別是缺水和冰凍地區(qū);⑤基建和運(yùn)行費(fèi)用較低。

缺點(diǎn)：①凈化二氧化硫的效果差;②原料氧化鋁在凈化過程中，因多次循環(huán)，容易帶進(jìn)雜質(zhì);③吸氟后的氟化鋁飛揚(yáng)較大。

3 結(jié)束語

綜上所述鋁電解煙氣干法凈化技術(shù)以成本低、凈化效率高、安裝環(huán)境要求低的優(yōu)勢被冶金行業(yè)所廣泛采取，但隨著國家環(huán)保形勢的日趨嚴(yán)格，該技術(shù)在濾袋清灰方面和濾袋材質(zhì)選擇方面正在逐步尋求新的突破，以提高鋁電解煙氣的回收效率和國家新的排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/25465-2010，鋁行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].環(huán)境保護(hù)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010.

[2]王捷.電解鋁生產(chǎn)工藝與設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.