王尚元，劉 靖，艾自金

（1.東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166；2.中國有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京 100029）

1 污染物的種類及來源

電解鋁生產(chǎn)過程中的有害煙塵主要有氟化物、粉塵和SO2。其中，氟化物主要來自電解槽內(nèi)氟化物熔鹽的分解和揮發(fā)；粉塵來自加料和換極時氧化鋁和覆蓋料的飛揚(yáng)；SO2是由炭陽極所含的S元素在電解過程中氧化生成[1]。這些有害煙塵排放主要有兩個途徑：一部分是以有組織的形式被電解槽的集氣系統(tǒng)收集，經(jīng)干法凈化系統(tǒng)處理后排空；另一部分是在生產(chǎn)及工藝操作過程中以無組織的形式經(jīng)由天窗散發(fā)到周邊環(huán)境中。

2 治理現(xiàn)狀

國際上通常采用“噸鋁排氟量”這個指標(biāo)來衡量一個電解鋁廠的環(huán)保水平。目前，國內(nèi)的排放標(biāo)準(zhǔn)為小于0.9kg/t-Al，歐盟的排放標(biāo)準(zhǔn)是0.35kg/t-Al。目前，無組織的排放量遠(yuǎn)大于有組織的排放量，是影響電解鋁廠氟化物排量總量的主要因素。因此，要進(jìn)一步降低氟化物等污染物的排放量，即實(shí)現(xiàn)環(huán)境總量的控制目標(biāo)，需要從有組織排放和無組織排放兩個方面采取有效措施，才能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步降低有害污染物排放的目標(biāo)。

3 污染物綜合治理方案

東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司）（以下簡稱東大設(shè)計院）開發(fā)的鋁電解煙塵收集和凈化深度綜合治理技術(shù)及成套裝備，可使電解煙塵的排放指標(biāo)滿足歐盟的排放要求。下面從如何控制煙塵的有組織和無組織排放兩個方面分別介紹應(yīng)采取的相關(guān)技術(shù)措施。

3.1 控制煙塵有組織排放的技術(shù)措施

（1）提高集氣效率。①高位分區(qū)集氣技術(shù)。東大設(shè)計院開發(fā)的高位分區(qū)集氣技術(shù)，充分利用了熱煙氣的煙囪效應(yīng)；加之應(yīng)用對排煙結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬優(yōu)化設(shè)計，使得電解槽槽罩內(nèi)負(fù)壓分布均勻。實(shí)際工程應(yīng)用表明：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99%以上的集氣效率?！案呶环謪^(qū)集氣系統(tǒng)”模型可見圖1。②雙煙道排煙技術(shù)。當(dāng)對電解槽進(jìn)行操作的時候，為減少煙氣的無組織排放，煙氣量按正常生產(chǎn)時煙氣量的2倍考慮，為了減少煙氣的外溢并減少對煙氣凈化排煙管網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，設(shè)置副煙管處理電解槽的新增煙氣。電解槽集氣系統(tǒng)采用上述技術(shù)措施后，集氣效率可達(dá)到99%以上。

圖1 高位分區(qū)集氣系統(tǒng)3D模型

（2）提高凈化效率。東大設(shè)計院研發(fā)的兩段相向流煙氣干法凈化技術(shù)，應(yīng)用特殊的逆流吸附工藝，有效提高了煙氣的凈化效率；較傳統(tǒng)干法凈化工藝技術(shù)，煙氣中的氟化物明顯降低。傳統(tǒng)凈化技術(shù)處理后煙氣中全氟濃度在7mg/Nm3左右，而采用相向流煙氣干法凈化工藝處理后的排放濃度為：粉塵＜3mg/Nm3，全氟＜0.85mg/Nm3。

（3）濕法脫硫系統(tǒng)。目前，在國內(nèi)日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，國內(nèi)大多數(shù)電解鋁企業(yè)已經(jīng)提前建設(shè)濕法（鈣法）脫硫系統(tǒng)，含硫煙氣經(jīng)過處理后，SO2排放濃度可以從200mg/Nm3降至＜35mg/Nm3，同時，煙氣中氟化物濃度得到了進(jìn)一步的降低。

經(jīng)過濕法脫硫系統(tǒng)處理后的煙氣排放濃度為：SO2＜35mg/Nm3；粉塵＜5mg/Nm3，全氟＜0.5mg/Nm3，達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，氟化物排放降低約0.2kg/t-Al。總氟排放降低至小于0.4kg/t-Al。

3.2 減少煙塵無組織排放的技術(shù)措施

（1）殘極冷卻排煙系統(tǒng)。在殘極的冷卻過程中會產(chǎn)生大量的高溫含氟、含塵煙氣。東大設(shè)計院開發(fā)的殘極冷卻系統(tǒng)，利用殘極冷卻箱收集殘極冷卻過程中產(chǎn)生的煙氣。殘極冷卻箱放置在電解車間的大面，并利用排煙管道將產(chǎn)生的煙氣輸送到電解煙氣凈化系統(tǒng)集中處理。應(yīng)用結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)可以降低氟化物排放約0.05kg/t-Al。

（2）多功能天車移動集氣凈化系統(tǒng)。目前，大多數(shù)無組織排放的煙氣，是在更換陽極的操作過程中產(chǎn)生的。東大設(shè)計院在行業(yè)內(nèi)率先開發(fā)的多功能天車移動集氣凈化系統(tǒng)，將陽極更換過程中產(chǎn)生的高溫含氟、含塵煙氣收集，并通過干法凈化系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理，會大幅度降低無組織排放的煙氣量。采用多功能天車移動集氣系統(tǒng)可以降低氟化物排放約0.1kg/t-Al?？偡欧趴山档椭列∮?.25kg/t-Al。

（3）電解車間天窗凈化系統(tǒng)。盡管采取了諸多措施用于減少電解煙氣的無組織排放，但是電解車間無組織排放的污染物仍然存在，還是會對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。目前，電解車間廠房通風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果是：電解車間無組織排放的煙氣僅有一個出口，即電解車間頂部的通風(fēng)天窗?；诖?，東大設(shè)計院開發(fā)了“電解車間天窗凈化系統(tǒng)”，該系統(tǒng)采用天窗噴淋治理的方法凈化天窗排放的含氟煙氣。

該系統(tǒng)遵循有色和環(huán)保行業(yè)先進(jìn)的設(shè)計理念，確保凈化系統(tǒng)可以達(dá)到高效反應(yīng)、閉環(huán)運(yùn)行、循環(huán)利用和廢水零排放的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。采用電解車間天窗凈化系統(tǒng)可以降低氟化物排放約0.12kg/t-Al。

4 其他輔助技術(shù)措施

（1）無閥門變徑控制技術(shù)。傳統(tǒng)的支煙管調(diào)節(jié)方式需要工人在高空對調(diào)節(jié)閥門進(jìn)行操作，操作不安全且技術(shù)指標(biāo)無法保障。因此，東大設(shè)計院開發(fā)了“無閥門變徑控制技術(shù)”。通過數(shù)值模擬，采用變徑管預(yù)設(shè)控制不同電解槽間出口煙氣負(fù)壓和風(fēng)量，且節(jié)省了安裝在支煙管上的調(diào)節(jié)閥門。采用“無閥門變徑控制技術(shù)”，不但具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，而且還降低了項(xiàng)目投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，簡化了后期運(yùn)行維護(hù)管理。

（2）多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)。采用分區(qū)控制的思路，東大設(shè)計院通過數(shù)值模擬的手段開發(fā)了的“多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)”，使整個排煙管網(wǎng)的阻力平衡得到進(jìn)一步優(yōu)化。

（3）電解車間通風(fēng)墻設(shè)計。電解車間設(shè)置通風(fēng)墻，使車間內(nèi)氣流組織更為合理，有利于有害物質(zhì)和余熱的排出。

5 綜合治理后的排放指標(biāo)

采用上述深度綜合治理技術(shù)后，東大設(shè)計院開發(fā)的電解煙塵綜合、深度治理技術(shù)的排放指標(biāo)對比表詳見表1。

表1 電解煙塵深度綜合治理技術(shù)的排放指標(biāo)對比表

通過表1可以發(fā)現(xiàn)：東大設(shè)計院開發(fā)的電解煙塵深度綜合治理技術(shù)的排放指標(biāo)優(yōu)于歐盟的排放指標(biāo)，在電解煙塵治理領(lǐng)域可以發(fā)揮更大的作用，可以為提高我國電解鋁的整體裝備技術(shù)水平做出更大貢獻(xiàn)。