王尚元，劉總兵， 曾勇，李 揚(yáng)，朱東旭

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），沈陽 110166）

1 前言

電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的煙氣，含有氟化物以及粉塵顆粒等污染物。如果不對上述污染物進(jìn)行有效治理，就會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，電解鋁廠需要設(shè)置煙氣凈化系統(tǒng)對含氟煙氣進(jìn)行有效治理。

2 干法除塵器發(fā)展史

2.1 一段式凈化技術(shù)

自上世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)外電解鋁廠均采用干法煙氣凈化技術(shù)治理電解煙氣【1】。在2010年以前，電解鋁廠的煙氣凈化系統(tǒng)多采用一段式凈化技術(shù)：即新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁通過管道反應(yīng)器(文丘里、VRI等方式)同時(shí)加入到除塵器前的煙道內(nèi)。新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁同時(shí)和含氟煙氣進(jìn)行吸附反應(yīng)，并一起進(jìn)入袋式除塵器箱體內(nèi)，最后通過除塵器內(nèi)的濾袋實(shí)現(xiàn)氣固分離。

這種傳統(tǒng)的投料及反應(yīng)方式，未充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁的不同反應(yīng)特性，致使煙氣凈化效率低；而且由于凈化系統(tǒng)采用一段式凈化技術(shù)，大量的載氟氧化鋁在除塵器內(nèi)部反復(fù)做無功死循環(huán)，粉化現(xiàn)象嚴(yán)重，造成大量的粉化氧化鋁粘附在濾袋上，不僅造成清灰困難，而且增大了系統(tǒng)負(fù)荷，最終降低了濾袋的壽命。具體如圖1所示。

圖1 兩種傳統(tǒng)電解煙氣凈化工藝設(shè)備流程示意圖

2.2 二段式凈化技術(shù)

2010年以后，業(yè)內(nèi)陸續(xù)研發(fā)出了以動(dòng)力分離器（離心反應(yīng)器、蝸殼反應(yīng)器）為核心的二段式凈化技術(shù)，主要包括：相向流干法凈化技術(shù)、逆向二段反應(yīng)凈化技術(shù)等。

這些技術(shù)的共同特點(diǎn)就是：充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁的不同反應(yīng)特性，利用新鮮氧化鋁處理低濃度的含氟煙氣，利用載氟氧化鋁處理高濃度的含氟煙氣。利用動(dòng)力分離器（離心反應(yīng)器、蝸殼反應(yīng)器）對載氟氧化鋁吸附過的低濃度含氟煙氣進(jìn)行離心分離。分離后的低濃度煙氣繼續(xù)與后續(xù)的新鮮氧化鋁進(jìn)行吸附反應(yīng)。分離后的載氟氧化鋁進(jìn)入載氟氧化鋁沸騰裝置，一部分作為吸附劑繼續(xù)參與吸附反應(yīng)；另一部分則通過載氟氧化鋁超濃相溜槽輸送至電解車間參與電解反應(yīng)。具體如圖2所示。

圖2 二段式凈化技術(shù)流程圖

二段式凈化技術(shù)減少了載氟氧化鋁在除塵器內(nèi)部的無功死循環(huán)，降低了粉塵負(fù)荷，延長了除塵器濾袋的壽命，提高了除塵器的凈化效率。由于具備上述優(yōu)點(diǎn)，二段式凈化技術(shù)在電解鋁煙氣凈化中得到了廣泛應(yīng)用。

3 存在的問題

NEUI600kA級高產(chǎn)率鋁電解槽由于其顯著的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，已成為行業(yè)新建電解鋁系列的首選技術(shù)。

目前，600kA級電解系列凈化區(qū)域的寬度通常為50-55m。為了滿足日趨嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，在干法凈化系統(tǒng)后串聯(lián)濕法脫硫系統(tǒng)減少SO2的排放成為鋁廠建設(shè)或改造的新常態(tài)。但是這樣的配置將致使電解車間凈化區(qū)域的空間緊張、物流運(yùn)輸通道狹窄。同時(shí)，為了提高電解鋁生產(chǎn)的物料安全性，需要合理的增加物料存貯空間，提高物料輸送的安全性。

因此，開發(fā)一種占地小、凈化效果高、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、配有合理物料存貯的集約型除塵系統(tǒng)成為業(yè)內(nèi)的研究重點(diǎn)。

4 集約型電解鋁煙氣凈化除塵器

針對上述現(xiàn)有系統(tǒng)的不足，東大設(shè)計(jì)院（NEUI）提供了一種新式鋁電解煙氣凈化除塵器。

該除塵器充分利用除塵器排氣煙道匯總處的空間，設(shè)置新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}，除塵器的每2個(gè)處理單元共用一套新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}。單套新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}的長度為5m，高度為5m，寬度為3.51m。新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}的存儲(chǔ)量為300t，其存貯量可以滿足電解鋁生產(chǎn)3.4天，提高了電解鋁廠生產(chǎn)物料的安全性。

同時(shí)，在除塵器頂部為每個(gè)處理單元配套設(shè)置一臺(tái)引風(fēng)機(jī)，將凈化處理后的煙氣收集匯總到主排煙管道內(nèi)。除塵器頂部的多臺(tái)引風(fēng)機(jī)互為備用，提高了除塵器運(yùn)行的可靠性。

該除塵器充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁的不同反應(yīng)特性：即利用載氟氧化鋁處理高濃度的含氟煙氣，利用新鮮氧化鋁處理低濃度的含氟煙氣，通過二段式凈化工藝提高氧化鋁對氟化物的吸附能力。新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}的上部位置和主引風(fēng)機(jī)的下部位置處，設(shè)置超濃相溜槽輸送通道。

該除塵器通過新鮮氧化鋁超濃相溜槽將新鮮氧化鋁輸送到各個(gè)新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}內(nèi)存貯。新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}內(nèi)的新鮮氧化鋁通過輸送管道輸送至新鮮氧化鋁氣提裝置中，通過新鮮氧化鋁氣提裝置將新鮮氧化鋁噴吹至灰斗內(nèi)與低濃度含氟煙氣發(fā)生吸附反應(yīng)。

該除塵器設(shè)置動(dòng)力分離器，動(dòng)力分離器內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)流板。動(dòng)力分離器既可以增加載氟氧化鋁與含氟煙氣的混合均勻程度；又可以通過離心作用將載氟氧化鋁與含氟煙氣進(jìn)行氣固分離，分離下來的載氟氧化鋁進(jìn)入載氟氧化鋁沸騰裝置。

該除塵器的灰斗上方設(shè)置中箱體。中箱體內(nèi)設(shè)有橫縱均布的濾袋，濾袋內(nèi)部通過袋籠進(jìn)行支撐。濾袋選用滌綸針刺氈。

該除塵器設(shè)有載氟氧化鋁沸騰裝置，來自灰斗和動(dòng)力分離器的載氟氧化鋁進(jìn)入沸騰裝置后，一部分進(jìn)入載氟氧化鋁循環(huán)加料裝置繼續(xù)參與吸附反應(yīng)，該部分比例為20-50%；另一部分載氟氧化鋁通過載氟氧化鋁輸送管道進(jìn)入載氟氧化鋁超濃相溜槽中，該部分比例為80-50%。

該除塵器設(shè)置上箱體，經(jīng)過載氟氧化鋁和新鮮氧化鋁二段式凈化處理后的達(dá)標(biāo)氣體進(jìn)入上箱體。在除塵器上箱體蓋板上設(shè)置蓋板起升裝置，通過蓋板起升裝置控制蓋板的開啟。上箱體的側(cè)部設(shè)置出氣口，將煙氣輸送至主引風(fēng)機(jī)，通過排煙管道將主引風(fēng)機(jī)中的達(dá)標(biāo)煙氣匯總至主排煙管道。

除塵器詳見圖3-4。

圖3 除塵器主視圖

圖4 除塵器側(cè)視圖

5 結(jié)束語

NEUI研發(fā)的集約性電解煙氣凈化系統(tǒng)，采用二段式凈化技術(shù)作為核心工藝，避免了一段式凈化技術(shù)的弊端，減少了載氟氧化鋁在除塵器內(nèi)部的無功死循環(huán)，降低了除塵器的粉塵負(fù)荷，延長了濾袋的壽命，提高了除塵器的凈化效率。通過在原除塵器主排煙道位置處設(shè)置新鮮氧化鋁緩存?zhèn)}，增加了電解鋁生產(chǎn)的存貯量，提高了電解鋁生產(chǎn)的物料安全性。通過在除塵器單元頂部設(shè)置主引風(fēng)機(jī)，減少了除塵系統(tǒng)的占地，提高了凈化系統(tǒng)的集約性和集成性，提高了凈化系統(tǒng)物流的流暢性。