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(shè)需求逐漸增多，我國電解鋁行業(yè)投產(chǎn)量大，項目建設(shè)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(shù)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(shè)計以青海某企業(yè)的電解車間建設(shè)工程的煙氣凈化為設(shè)計背景，設(shè)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(chǔ)。設(shè)計采用集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(shè)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(yù)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(shù)措施

（一）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(jié)構(gòu)已很難滿足電解槽均勻集氣的要求。針對傳統(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；同時應(yīng)用“計算流體動力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)”對排煙結(jié)構(gòu)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(yīng)用表明：通過采用分區(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。

（二）新型兩端干法凈化技術(shù)

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(yīng)器內(nèi)，完成反應(yīng)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(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)（以下簡稱傳統(tǒng)兩段反應(yīng)），完成反應(yīng)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(yīng)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(yīng)特性，致使凈化效率低。②袋式除塵器沒有設(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進入除塵器，一方面導(dǎo)致除塵器分離負荷增大；另一方面導(dǎo)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(jié)以往工程經(jīng)驗的基礎(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。

（三）強化凈化設(shè)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(yīng)、氣體固體分離、氧化鋁運輸、機械排風(fēng)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(fēng)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(shù)方法便被稱之為干法凈化。干法凈化技術(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)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(shè)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(fēng)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(shù)人員應(yīng)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(yīng)將風(fēng)速控制在2-4m/s的范圍內(nèi)。

結(jié)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(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的必要技術(shù)與裝備。新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用對以后新設(shè)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(shù)裝備的發(fā)展指明了方向。