铝用炭素厂沥青熔化车间沥青烟焚烧处理技术应用研究

罗宏武，边振涛，金明虎

（1.中国铝业集团有限公司，北京 100089；2.西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900）

目前，我国大部分的电解铝厂使用预焙阳极炭块，预焙阳极炭块是以石油焦为原料，以煤沥青为黏结剂，经过石油焦煅烧、中碎、筛分、细碎、沥青的熔化、配料、混捏、成型和焙烧等工序加工制作而成。作为黏结剂，固体沥青在熔化和液体沥青的储存过程中会产生大量的沥青烟。研究表明，沥青烟中含有大量的烷烃和苯类物质，不仅会污染环境，对人体也会产生巨大的危害，其中沥青烟中所含的3,4-苯并芘是引起皮肤癌、肺癌、胃癌和食道癌的主要原因之一[1]。随着近年来电解铝行业的快速发展，沥青烟的排放量大大增加，同时由于国家及政府对环境保护要求的日益提高以及人们环保意识和健康意识的日益增强，对沥青熔化过程及液体沥青储存过程中产生的沥青烟的治理提出了更高的要求。本文主要针对电解铝行业炭素厂沥青熔化车间固体沥青熔化及液体沥青的储存过程中产生的沥青烟的处理技术进行研究分析。

1 传统的沥青烟治理工艺

目前，我国针对沥青烟的治理已经进行了大量的研究，使用较多的主要为静电捕集法、吸收法和干式吸附法[2]。

1.1 静电捕集法

静电捕集法主要是沥青烟中的大分子和颗粒物在高压静电场的作用下进行捕集和去除。静电捕集法的优点是对沥青烟的去除效率高，去除效率可达95%。缺点是对沥青烟中的苯并[a]芘几乎无去除，同时静电捕集法在去除沥青烟的过程中会产生电捕焦油，电捕焦油属于危险废物，在一定程度上增加了二次污染。

1.2 吸收法

吸收法主要是利用水、汽油和柴油等有机类液体作为吸收剂，在沥青烟和吸收剂的逆向接触过程中去除沥青烟。吸收法的主要缺点是在去除沥青烟的过程中会产生大量废液，造成二次污染，废液的处理难度大，处理费用高，同时对设备的腐蚀严重[3]。

1.3 干式吸附法

干式吸附法主要是使用如活性炭、氧化铝等具有大表面积的物质作为吸附剂对沥青烟进行去除。干式吸附法的优点是流程简单，煅烧后的煅烧焦可以作为吸附剂去除沥青烟，吸附沥青烟后的煅烧焦可返回配料工序循环使用，在一定程度上做到资源循环利用。吸附法的缺点是沥青烟中含的焦油等物质易堵塞吸附剂，吸附剂更换频率较高，后期投资较大。

2 焚烧炉焚烧法沥青烟处理技术

2.1 焚烧法处理沥青烟原理

焚烧法是利用沥青烟具有可燃的特性，在一定的条件下，利用高温把沥青烟燃烧处理生成CO2和H2O[4]。研究表明，沥青烟中含有大量的可燃性物质，其主要成分为碳氢化合物，燃烧温度控制在800～1000℃，氧气充足，沥青烟的停留时间在0.5 s左右时，沥青烟中的烃类物质可得到充分的燃烧，其去除效率可达到99%。同时，沥青烟中难去除的苯并[a]芘也可以得到充分的去除，其去除效率可达99%。

2.2 兰铝焚烧法去除沥青烟应用分析

当前，人们的环保意识日益提高，中国铝业兰州分公司（以下简称“兰铝”）二厂区现有的电捕焦设备已不能满足现行环保要求，从环保角度及企业实际情况考虑，兰铝决定对二厂区电捕焦设备进行改造，采用焚烧炉焚烧法对沥青熔化车间沥青烟进行治理，以期达到现行环保要求。

针对兰铝二厂区实际情况，对于兰铝二厂区沥青熔化车间，采取焚烧炉焚烧加余热导热油炉的工艺。处理系统主要包括沥青烟焚烧炉、余热油导热炉和蒸汽蒸发器等。收集的沥青烟首先经过焚烧炉焚烧处理，焚烧处理后的烟气和焚烧炉天然气燃烧产生的废气一起进入余热导热油炉和蒸汽蒸发器进行余热利用，最终经过新建的15 m高的烟囱排放，其工艺流程如图1所示。

图1 沥青烟治理系统工艺流程

2.2.1 系统工艺参数

余热导热油炉和蒸汽蒸发器的工艺参数分别如表1、表2所示。

表1 余热导热油炉工艺参数

表2 蒸汽蒸发器工艺参数

2.2.2 去除效果分析

经过焚烧炉和余热利用后，沥青烟和苯并[a]芘的去除效率可达到99%，其排放能够满足《铝工业污染物排放标准》（GB25465-2010）及修改单中相应标准。经焚烧炉和余热利用系统处理前后，沥青烟的浓度、排放速率和去除效率如表3所示。

2.2.3 与传统电捕焦处理工艺对比分析

兰铝二厂区沥青熔化车间现有电捕焦设备对沥青烟和苯并[a]芘的处理情况如表4所示。

由表4可以看出，电捕焦设备对沥青烟的去除效率可达到97%，去除效果较好，但是对苯并[a]芘的去除效率只有21%，去除效果较差。

与传统的电捕焦设备相比，焚烧炉焚烧处理和余热利用法具有以下优点：焚烧炉焚烧和余热利用法对沥青烟和苯并[a]芘的去除效率较高，尤其是对苯并[a]芘的去除效率较为明显；焚烧法在运行过程中不会产生危险废物，而电捕焦设备处理沥青烟和苯并[a]芘会产生大量的电捕焦油，电捕焦油属于危险废物，电捕焦油处理不当会对环境产生二次污染；焚烧炉焚烧法在运行过程中产生的余热可以得到充分利用，达到资源节约和循环利用的目的；焚烧炉焚烧和余热利用法，其不足之处在于焚烧炉使用天然气作为燃料，在运行过程中会产生一定废气，其成本相对较高，中小企业应用有一定的难度[5]。

表3 沥青烟和苯并[a]芘产排浓度及去除效率

表4 现有电捕焦设备对沥青烟和苯并[a]芘的去除效果

3 结论

炭素厂沥青熔化车间产生的沥青烟和苯并[a]芘经过焚烧炉焚烧和余热利用后，其排放浓度能够满足《铝工业污染物排放标准》（GB25465-2010）及修改单中相应的限值要求，余热能够得到充分的利用。利用焚烧炉焚烧和余热利用法对沥青烟和苯并[a]芘去除，能够获得较好的环境效益，同时资源节约和循环利用效果较好，其在炭素厂沥青烟和苯并[a]芘的去除上具有广阔的应用前景。