電解鋁生產(chǎn)中煙氣處理與余熱利用探討

魏迎輝

（山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045200）

隨著科技的日益進步，以及對節(jié)能環(huán)保這方面的重視，電解鋁生產(chǎn)中煙氣處理與余熱利用也隨之出現(xiàn)了能量利用率低的問題，那么如何盡可能地將電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣余熱的能量利用率提高就成為了我們必須要解決的問題，電解鋁是重要并且常見的一種能源，只有對其深入研究發(fā)現(xiàn)問題、解決問題那么該能源，能夠保持長期的發(fā)展，有著長遠的未來。

1 提高電解鋁能量利用率的意義

當(dāng)今世界總體上能源形勢日益嚴峻，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)在世界上達成了共識。因此將各種能源的利用率提高，也就成為了對節(jié)約能源這一方面的一種不可或缺的因素。然而，電解鋁過程中能量利用率僅在50%左右，造成了大量熱空氣的排放，這樣既造成了能源的大量損失，也使得環(huán)境被污染。因此，對于電解鋁生產(chǎn)中煙氣處理與余熱利用這一問題，我們一定要將其重視起來，盡可能地提高電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣余熱的能量利用率，并將其高效地應(yīng)用在人們生活中的其他方面。

2 對于電解鋁生產(chǎn)過程中所存在的污染

要知道大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都伴隨著一定的污染，電解鋁也不例外，在電解鋁生產(chǎn)過程中，其所產(chǎn)生的固體廢物、氣體廢物、液體廢物，這些都會對環(huán)境造成很大的損害。固體廢物則是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘渣。氣體廢物指的是其排放的氣體中有二氧化硫以及各種無機氟化物，而二氧化硫則有利于酸雨的形成。而其排放的液體廢物，則基本上已經(jīng)滿足了生活污水的標準，可見電解鋁所產(chǎn)生的廢物對環(huán)境所造成的危害之大。

2.1 關(guān)于電解鋁生產(chǎn)中煙氣的特點

電解鋁的基本過程是電化學(xué)反應(yīng)，其中鋁離子在陰極上得電子發(fā)生反應(yīng)，生成鋁單質(zhì)，相應(yīng)的，氧氣則在陽極上失電子發(fā)生反應(yīng)，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，由于電解鋁反應(yīng)中，陰陽兩極都是碳。因此會不可避免地出現(xiàn)碳被氧化的情況，而且還有氟化物的存在，所以會導(dǎo)致煙氣中摻雜碳粒等微小顆粒物。鋁電解過程是在高溫的作用下進行，而煙氣所帶走的熱量約占30%。因此，煙氣在排出時所具有的溫度一般在150度左右。在電解鋁產(chǎn)生煙氣的過程中，電解鋁裝置也會對煙氣產(chǎn)生各種各樣的影響，由于電解鋁過程產(chǎn)生的煙氣中含有大量的無機氟化物也會對環(huán)境造成極大的污染。因此，對于電解鋁的凈化工藝，一般會選擇干法凈化法。

通過以上對于電解鋁生產(chǎn)過程中的論述，可以得出煙氣的排放量大、煙氣帶走的熱量大、煙氣的排放會受到各種各樣的影響、煙氣中含有有毒氣體。

2.2 對于煙氣的凈化方法

用顆粒狀氧化鋁作為吸附劑。由于在電解鋁生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的二氧化硫等污染物氣體，而氧化鋁的質(zhì)量和表面積這兩個因素會對這些污染氣體的被吸收產(chǎn)生一定的效果，即顆粒狀氧化鋁作為吸附劑，吸收了二氧化硫等污染物氣體。因此，在實際的電解鋁生產(chǎn)過程中，會加入一定量的顆粒狀氧化鋁作為吸附劑來吸附污染氣體，從而使得污染物的排放情況達到國家標準。

2.3 在設(shè)備上進行強化

要知道對于電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣進行處理是一項較為復(fù)雜的過程，需要對煙氣進行收集之后，將收集的氣體中的粉塵顆粒除去，還要將氣體和固體進行分離，并分別收集。在做完這些工作后，將最終得到的氧化鋁運輸?shù)较鄳?yīng)地點，最后還要用相關(guān)的設(shè)備對這些氧化鋁進行排放處理。然而，這也充分證明了在電解鋁生產(chǎn)過程中，電解鋁生產(chǎn)過程和煙氣凈化的過程都有著重要的地位。因此，優(yōu)化相關(guān)的凈化設(shè)備以及提高相應(yīng)的凈化技術(shù)就成為了一個不可或缺的問題，所以我們要用到干法凈化技術(shù)，而干法凈化技術(shù)的原理就是用某種固態(tài)物質(zhì)來凈化某種氣體。這種技術(shù)可以在特定情況下對氣體進行有效的凈化。那么想要利用干法凈化技術(shù)對煙氣進行有效的處理，我們就要在干法凈化技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際情況來制定具有針對性的方案，例如對于布袋的材質(zhì)要有耐磨性，并且耐高溫的特點，其次，還要考慮相應(yīng)的冷卻裝置和散熱裝置，這樣可以有效的保證干法凈化過程中的工作環(huán)境。

3 對于煙氣能源利用率提高方案的設(shè)計

通過電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣具有非常高的溫度，也可以說其含有大量的熱能，但是這些熱能如果不能及時地被利用，就會造成相應(yīng)的損失。比如在煙氣的收集、輸送等各種流程的進行中就會造成煙氣中的熱量部分損失，從而造成了能源的浪費，但是如果我們將這些能量用于對氣缸進行加溫，就會對企業(yè)的經(jīng)濟效益有極大的提高。因此想要達到這樣的效果，就必須結(jié)合公司的實際情況來設(shè)計相應(yīng)的電解鋁煙氣余熱使用方案，以此來提高煙氣能源利用率。

4 對于煙氣散熱的回收利用現(xiàn)狀

電解鋁煙氣含有巨大的熱量，并且隨著企業(yè)的發(fā)展煙氣儲存槽容量增大，從而導(dǎo)致了煙氣的流量增大，散熱量也加大，熱量的損失相較于之前也同時增大。因此，如果我們能充分地將這些損失的熱量利用起來，那么就會對相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益帶來極大的提升，也將會是節(jié)約能源的新出路。隨著電解鋁煙氣的流量增大，散熱量增大，對于凈化設(shè)備質(zhì)量的要求也更加嚴格。如果凈化設(shè)備質(zhì)量不達標，那么就會在很大程度上影響凈化系統(tǒng)的運行成本以及運行效率。在實際生產(chǎn)過程中為了盡可能地使煙氣的溫度降低，一般會將煙氣和大量的空氣混合稀釋，從而對煙氣達到降溫的效果。但是這種方法由于引進了大量的空氣而空氣中也含有很多雜質(zhì)，使得煙氣處理量增大，相關(guān)的能耗量也增大。但是總體而言，這種通過將煙氣和大量空氣混合，稀釋降溫的方法既達到了對煙氣降溫的目的，也降低了凈化系統(tǒng)運行的成本并且由于電解出來的煙氣不會再參與電解過程，因此對于電解鋁煙氣余熱回收方面采取的措施不會對電解過程產(chǎn)生任何的影響。到目前為止，對于煙氣散熱的回收利用有兩種方法其中最主要的是動力利用和熱利用。

4.1 動力利用

動力利用一般情況下指的是通過利用電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣余熱來進行發(fā)電，也就是說，將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)化為電能。近年來，隨著低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電技術(shù)的發(fā)展有不少學(xué)者對其進行了深入研究。ORC發(fā)電技術(shù)就是對低溫?zé)煔獾挠酂岚l(fā)電方面深入研究得到的成果，這種技術(shù)普遍運用在有機物或者混合物方面.ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在國外已經(jīng)發(fā)展了近半個世紀因此，ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在國外已經(jīng)有了較為成熟的體系，但是隨著科技的發(fā)展，ORC循環(huán)發(fā)電技術(shù)在電解鋁工業(yè)由于其發(fā)電效率偏低，無法和新能源相比。例如風(fēng)能、地?zé)崮艿鹊取Ｒ虼薕RC循環(huán)技術(shù)在國內(nèi)外都沒有應(yīng)用在大規(guī)模工業(yè)化的報道，但是ORC循環(huán)技術(shù)有著其獨特的特點，該特點就是可以優(yōu)化篩選適用于電解鋁過程產(chǎn)生的煙氣的有機工質(zhì)。

ORC循環(huán)系統(tǒng)有些工具的決定因素有很多，其中主要有壓力蒸發(fā)以及冷凝溫度分子質(zhì)量傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性以及是否環(huán)保，是否安全等等。正是由于其具有獨特的利用價值，國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)電解過程中產(chǎn)生的煙氣的特點以及煙氣的余熱回收利用所應(yīng)該使用的有機工質(zhì)進行了優(yōu)化篩選，國內(nèi)外學(xué)者對該技術(shù)不斷地進行優(yōu)化改良使得ORC應(yīng)用在煙氣的余熱回收利用方面的技術(shù)越來越成熟也使得ORC這一技術(shù)在該方面體現(xiàn)出的價值獨一無二。

4.2 熱利用

早在20世紀七八十年代，美國就開始研究煙氣余熱能否應(yīng)用在居民的生活用水上。在北歐，由于其鋁電解工業(yè)非常發(fā)達，有些科學(xué)家就利用電解鋁過程中產(chǎn)生的煙氣余熱代替居民取暖所用的地?zé)岵⑵鋺?yīng)用在熱水供應(yīng)上。同時，我國也有人在21世紀對電解鋁過程中產(chǎn)生煙氣余熱應(yīng)用在熱水供應(yīng)等方面進行了研究，并取得了一定的成功。但是需要注意的是，在電解鋁過程中產(chǎn)生的煙氣余熱的熱利用容易受到各種因素的影響，利用面狹小，并且在美國有些科學(xué)家通過分析認為通過煙氣的余熱對水進行加熱，會導(dǎo)致水的成本高，回收期較長，能量利用率低，并且還會影響煙氣的降溫，還會因為作為煙氣載體的管道影響凈化系統(tǒng)，這一系列的問題需要解決。然而將煙氣產(chǎn)生的余熱，通過熱交換器在以水為媒介的前提下對陽極炭塊培燒爐培燒用燃氣進行預(yù)熱，就會避免以上的問題，同時也會節(jié)約成本節(jié)能減排，對環(huán)境的影響較小。然而，由于企業(yè)所在的地理位置不同，不能夠死板地將整套模式強加在企業(yè)身上，要根據(jù)企業(yè)所在的地理位置以及企業(yè)內(nèi)部的實際情況對模式進行優(yōu)化修改，從而使得能源得到最大化利用。

5 存在于煙氣散熱的回收利用方面的問題

煙氣在離開電解槽，經(jīng)過管道通向凈化系統(tǒng)裝置的過程中，會存在散熱問題。在實際生產(chǎn)過程中，煙氣的溫度會受到很多因素的影響，例如電解槽的狀態(tài)，煙氣的流速，煙氣的流量以及外界溫度變化等等，從而給回收利用帶來了很大的困難，并且由于鋁電解煙氣中會含有大量的雜質(zhì)，這些也會對余熱回收帶來一定的困難。要知道熱交換器應(yīng)用于余熱回收方面會提高回收效率并且熱交換器一般會安裝在凈化系統(tǒng)之前，也就是說煙氣還沒進行進化，就會通過熱交換器。這也就出現(xiàn)了一個問題那就是隨著時間的推移煙氣中的雜質(zhì)會慢慢地堆積在熱交換器中，日積月累，就會導(dǎo)致熱交換器堵塞。這樣會在很大程度上降低余熱回收利用的效率并且會帶來很大的安全隱患。因此使用一段時間就得對熱交換器裝置進行清理工作。然而，在進行清理工作時，污垢的位置可能會比較特殊地存在于交換器內(nèi)壁，加大了清理工作的難度，污垢的結(jié)構(gòu)主要與煙氣的流量重力，表面張力等有關(guān)，也與熱交換器本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)因此，通過改善熱交換器本身的結(jié)構(gòu)，對熱交換器的內(nèi)壁進行一定得改善會有利于清理工作的進行。

上面也提到，隨著時間的進行，污垢也會逐漸積累，在熱交換器中又因為煙氣中有大量的酸性化合物，以及水分在煙氣從電解鋁向凈化系統(tǒng)運行的過程中，經(jīng)過熱交換器時溫度有所降低，因此水分會液化，而這些水分呈酸性，就會對熱交換器產(chǎn)生一定的腐蝕從而帶來極大的安全隱患。因此要解決這個問題就需要對熱交換器進行適當(dāng)?shù)募訜幔乐顾忠夯?/p>

6 結(jié)語

對電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣余熱，回收利用的研究在目前能源形勢嚴峻的情況下有著極大的意義。隨著科技的日益進步以及電解鋁過程中產(chǎn)生的煙氣余熱回收利用技術(shù)的發(fā)展，鋁電解煙氣余熱回收利用越來越受到人們的重視。這項技術(shù)還沒有發(fā)揮其完全的作用，發(fā)展空間還很大，還有很多問題仍待解決，比如技術(shù)不成熟，發(fā)展較晚，煙氣余熱回收效率低并且由于煙氣本身含有的雜質(zhì)多以及受到各種各樣的影響，處理難度大。煙氣中含有酸性物質(zhì)，也會對管道以及凈化裝置有一定的腐蝕作用。這些問題都需要解決，目前煙氣余熱回收利用在熱利用方面的成就較大，在動力方面的利用雖然還很少，但是其發(fā)展前景更好。將來可以應(yīng)用的范圍更廣。因此，我們要大力發(fā)展電解鋁過程中的煙氣余熱發(fā)電技術(shù)，以期將來能對國家的發(fā)展做出巨大的貢獻。