侯健

摘要：自20世紀(jì)80年代我國(guó)在有色金屬行業(yè)提出“優(yōu)先發(fā)展鋁工業(yè)”的戰(zhàn)略發(fā)展方針以來(lái) ，我國(guó)鋁工業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。2003年，國(guó)內(nèi)冶煉鋁產(chǎn)量達(dá)到了520萬(wàn)t，居世界第一位，我國(guó)已經(jīng)成為世界鋁工業(yè)大國(guó)。國(guó)內(nèi)鋁冶煉行業(yè)在規(guī)模、槽型、布局、節(jié)能、環(huán)保上存在先天不足，原料質(zhì)量差、管理水平比較低，同時(shí)能耗高、污染嚴(yán)重。一方面冶煉煙氣的余熱利用效果不佳，另一方面煙氣的除塵凈化更是難中之難、重中之重。

關(guān)鍵詞：鋁冶煉；煙氣排放；利用余熱；

前言

關(guān)于鋁冶煉煙氣凈化處理的工藝方法，國(guó)內(nèi)外大都采用干法凈化方式，即首先用新鮮的氧化鋁吸附煙氣中的有害物質(zhì)，然后通過(guò)布袋過(guò)濾，最后將低于國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的煙氣排入大氣。由于在煙氣凈化中一味追求凈化和物料回收效果，對(duì)利用高溫?zé)煔庵袛y帶的熱能考慮甚少，造成煙氣中的大量的熱能白白浪費(fèi)。

一、國(guó)內(nèi)鋁冶煉煙氣治理存在的問(wèn)題

（一）由大數(shù)據(jù)可以看出，鋁冶煉煙氣溫度高，風(fēng)量大，成分復(fù)雜，不同槽型的煙氣特征差別很大。同時(shí)粉塵的性質(zhì)比較特殊，粉塵顆粒細(xì)，比表面積大，比重輕，同時(shí)還具有一定的粘性，難以清灰；粉塵中含有較多的瀝青粉塵，磨蝕性比較強(qiáng)；粉塵中的比電阻也比較高，治理難度比較大。國(guó)內(nèi)鋁冶煉行業(yè)為治理鋁冶煉煙氣進(jìn)行了大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間、形式多樣、堅(jiān)持不懈的煙氣凈化試驗(yàn)研究及實(shí)踐。但鋁冶煉煙氣凈化方面的總體狀況堪憂。許多鋁冶煉企業(yè)只片面追求經(jīng)濟(jì)效益，根本沒有煙氣凈化系統(tǒng)；即使已建立了系統(tǒng)的企業(yè)，由于投入不足，也存在不少問(wèn)題?，F(xiàn)有系統(tǒng)的凈化指標(biāo)達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；大多數(shù)企業(yè)進(jìn)行電解系列擴(kuò)容改造后，沒有對(duì)凈化系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造，更不具有煙氣余熱利用系統(tǒng)。

（二）中鋁平果分公司，共有2個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，3個(gè)電解車間，共288臺(tái)預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，3個(gè)凈化除塵系統(tǒng)。預(yù)焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統(tǒng)一管道混合進(jìn)入各自的干法煙氣凈化裝置，廠房環(huán)境效果良好，沒有煙氣余熱利用系統(tǒng)。

（三）化隆先奇鋁業(yè)有限責(zé)任公司，共有1個(gè)電解鋁生產(chǎn)系列，2個(gè)電解車間，共有108臺(tái)預(yù)焙陽(yáng)極電解槽，年產(chǎn)量5萬(wàn)t。設(shè)計(jì)方案有兩套煙氣凈化系統(tǒng)，但未實(shí)際建設(shè)。這種情況在國(guó)內(nèi)較普遍，沒有煙氣余熱利用系統(tǒng)。自焙槽由于煙氣疲軟度高，無(wú)法直接應(yīng)用袋除塵器或電除塵器，比較好的如長(zhǎng)青鋁業(yè)公司利用煙氣烘焦炭后除塵，但也未能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于自焙槽污染大，煙氣治理難，能耗高，“九五”以后國(guó)家將通過(guò)政策逐步予以淘汰，預(yù)計(jì)到2006年后將全部關(guān)閉。國(guó)內(nèi)鋁冶煉行業(yè)，無(wú)論是國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)的還是從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)的，基本沒有應(yīng)用鋁冶煉煙氣余熱利用技術(shù)，沒有解決節(jié)能問(wèn)題。雖然有少數(shù)企業(yè)對(duì)鋁冶煉煙氣的部分熱能進(jìn)行了利用，但效果均不佳。我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺能的國(guó)家，對(duì)如何有效的積極的利用能源，特別是再生能源顯得越來(lái)越具有經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

二、煙氣減排的途徑

（一）優(yōu)化凈化設(shè)備的過(guò)濾及吸附效果

凈化工藝流程從功能上主要包括集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)五個(gè)部分。鋁液混合產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過(guò)支煙管進(jìn)入水平煙道總管到反應(yīng)器，煙氣在總管與來(lái)自氧化鋁儲(chǔ)槽下部電磁振動(dòng)給料機(jī)的新鮮氧化鋁接觸混合，經(jīng)反應(yīng)器吸附反應(yīng)，袋式除塵器捕集后的含塵氧化鋁用風(fēng)動(dòng)流槽輸送到運(yùn)輸車，凈化后的煙氣由排煙機(jī)抽送到煙囪排入大氣，該工藝俗稱干法凈化技術(shù)。干法凈化就是以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過(guò)程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)（鋁冶煉企業(yè)一般采用氧化鋁作為吸附質(zhì)），做為吸附劑吸附煙氣中的有毒氣體和粉塵等污染物來(lái)完成對(duì)煙氣的凈化。

（二）采用砂狀氧化鋁為吸附劑

氧化鋁分為粉狀氧化鋁和砂狀氧化鋁氧化鋁的比表面積的大小，不僅影響氧化鋁的熔解性能，而且也影響對(duì)CO的吸附效率。氧化鋁是一種多孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，具有很大的內(nèi)表面積，這給吸附物和吸附劑之間提供了接觸機(jī)會(huì)。所以氧化鋁的比表面積越大，接收吸附物的能力就越大，吸附量也隨比表面積的增加而增加。砂狀氧化鋁的比表面積比粉狀氧化鋁的比表面積大的多，所以砂狀氧化鋁是理想的吸附劑。因此為達(dá)到污染物減排的目標(biāo)，電解生產(chǎn)過(guò)程中采用砂狀氧化鋁將是較好的實(shí)施途徑。

三、鋁冶煉的煙氣凈化工藝

（一）工藝流程

干法凈化工藝流程從功能上主要包括冶煉槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)五個(gè)部分。冶煉槽產(chǎn)生的煙氣經(jīng)密閉集氣罩收集，通過(guò)直徑 600mm 的支煙管進(jìn)入水平排煙總管到地下煙道。煙氣在地下煙道與來(lái)自氧化鋁儲(chǔ)槽下部電磁振動(dòng)給料機(jī)的新鮮氧化鋁接觸混合，經(jīng)文丘里管吸附反應(yīng)，袋式除塵器捕集后的含氟氧化鋁用風(fēng)動(dòng)流槽、斗式提升機(jī)輸送至含氟氧化鋁儲(chǔ)槽供冶煉槽使用。凈化后的煙氣由排煙機(jī)抽送到 70m 高的煙囪排入大氣。

（二）煙氣特征

鋁冶煉從槽型上來(lái)說(shuō)分為自焙槽和預(yù)焙槽兩種。槽型不同，其煙氣性質(zhì)完全不同。自焙槽煙氣量大，煙溫低，一般不超過(guò)200℃；預(yù)焙槽煙溫較高，一般達(dá)到 400℃以上，煙氣量大幅降低。除與爐型有關(guān)外，不同的地區(qū)、工藝流程、操作手段、原材料都對(duì)冶煉槽的煙氣特征產(chǎn)生影響。

四、鋁冶煉煙氣余熱的利用

冶煉產(chǎn)生的煙氣由導(dǎo)煙管引入余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，溫度降至150℃后進(jìn)入主煙道與氧化鋁進(jìn)行吸附反應(yīng)，然后進(jìn)針刺布袋除塵器除塵，凈化后煙氣由排煙機(jī)送入煙囪排放。余熱鍋爐采用單氣包自然循環(huán)直立煙道式，用落丸清灰技術(shù)有效解決了鍋爐受熱面的清灰難題；鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊、熱工制度穩(wěn)定，保證煙氣出口溫度穩(wěn)定在150℃以下，滿足了袋除塵器的要求。根據(jù)鋁冶煉煙氣特點(diǎn)設(shè)計(jì)的袋除塵器采用了一些最新技術(shù)，重點(diǎn)考慮了氣流分布、清灰方式、卸灰方式、溫度控制、設(shè)備鎖風(fēng)等技術(shù)，并考慮了加強(qiáng)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及整體熱應(yīng)力消除技術(shù)。由于采用負(fù)壓流程，進(jìn)入風(fēng)機(jī)的煙氣已經(jīng)得到凈化，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性大大加強(qiáng)。計(jì)算機(jī)控制方面實(shí)現(xiàn)了各工藝過(guò)程主要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，鍋爐水位自動(dòng)調(diào)節(jié)，鍋爐受熱面和針刺袋清灰的自動(dòng)控制，落丸清灰系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控。主要工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)曲線或數(shù)據(jù)顯示，并可以根據(jù)需要隨時(shí)查詢打印。煙氣溫度必須超過(guò)300℃才能產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽；煙氣量不能太大，否則經(jīng)濟(jì)上沒有可行性；煙氣中不能有焦油，否則余熱鍋爐和針刺袋除塵器都將失效；煙氣中一氧化碳必須小于一定比例，否則進(jìn)余熱鍋爐容易產(chǎn)生爆炸。這樣的應(yīng)用條件對(duì)于自焙槽鋁冶煉行業(yè)來(lái)說(shuō)是無(wú)法達(dá)到的，該槽型約占總數(shù)的15%。另外該技術(shù)一次投資太大，以年產(chǎn)10萬(wàn)t的鋁冶煉企業(yè)為例，煙氣凈化余熱利用系統(tǒng)一次投資約4000萬(wàn)元。

結(jié)束語(yǔ)

鋁冶煉行業(yè)總體環(huán)保與節(jié)能的水平較低，如果政府不給優(yōu)惠電價(jià)，鋁冶煉生產(chǎn)就要虧本；如果環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行，鋁冶煉廠就必須停產(chǎn)。所以環(huán)保與節(jié)能是關(guān)系到鋁冶煉企業(yè)發(fā)展的重大問(wèn)題。

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