电解铝生产氟化物总量排放控制措施

赵涛

（中国铝业青海分公司，青海 西宁 810108）

国家经济的快速发展与工程建设需求逐渐增多，我国电解铝行业投产量大，项目建设多。但电解铝过程所产生的有害电解烟气对作业人员的身心健康和环境的影响不可忽视，我国对电解铝所产生的有害烟气治理力度逐渐严格细化。目前，以干法净化技术进行烟气治理被多数国内电解铝企业所采用，可以达到烟气排放国家标准。本设计以青海某企业的电解车间建设工程的烟气净化为设计背景，设计一套烟气净化控制系统，这样可以提高烟气净化过程中的自动化水平，为环境治理和企业的可持续发展提供一定的基础。设计采用集散控制系统结构，以“集中管理，分散控制，数据共享”原则，实现生产过程自动控制、自动报警、自动凋节，对铝电解厂内各系统工艺流程中的重要参数、重要设备进行计算机在线集中实时监控，从而确保电解铝烟气排放达到国家允许排放标准。

一、电解铝生产过程中所存在的污染分析

就我国电解铝工业目前的情况进行分析，绝大多数企业均使用了干法净化和大型预焙槽。在电解铝的生产过程中，所产出的固态废物通常为废内衬等材料；排放的液体基本满足生活污水的标准；排放的气体为二氧化硫和无机氟化物。在铝溶液净化过程中，最主要的污染源为废气粉尘，其主要成分为铁、硅、铜、钙、铅、三氧化二铝、二氧化碳甲烷等，这些粉尘直径通常都在5微米以下。就全国范围内的电解铝生产企业所排放的烟气进行调查后发现，所排放的粉尘平均密度为34.2mg/m3，超过国家规定的5mg/m3约6倍。

二、控制氟化物总量排放的技术措施

（一）高位分区集气技术

传统的电解槽采用水平罩板下的V型集气结构，仅通过改变沿电解槽长轴方向靠近集气罩上方的开洞大小来调节罩内的集气均匀度。这种传统的集气结构已很难满足电解槽均匀集气的要求。针对传统集气结构存在的缺陷，东大院研发出分区高位集气结构。该结构利用电解槽上部料箱之间的空间作为集气罩；同时应用“计算流体动力学（CFD）模拟技术”对排烟结构进行模拟计算，使得电解槽出铝端和烟气段负压分布均匀。在已投运的新建工程及改造工程中的实际应用表明：通过采用分区高位集气技术，在电解槽排烟量较传统集气结构降低20%的情况下，仍能保持98.5%以上的集气效率。

（二）新型两端干法净化技术

目前国内电解烟气净化系统的工艺流程大致可归纳为如下两种：第一种：新鲜氧化铝与载氟氧化铝同时加入反应器内，完成反应后的载氟氧化铝通过布袋除尘器进行气固分离。第二种：在反应器上游管路加入循环使用的载氟氧化铝、而新鲜氧化铝则直接加入到反应器内（以下简称传统两段反应），完成反应后一起进入过滤器通过布袋除尘器进行气固分离。无论采用上述哪种传统电解铝烟气干法净化工艺，其本质特点都是新鲜氧化铝和载氟氧化铝完成吸附反应后同时进入布袋除尘器。该工艺流程存在的主要缺点如下：①没有充分利用新鲜氧化铝和载氟氧化铝吸附HF各自不同的反应特性，致使净化效率低。②袋式除尘器没有设置载氟氧化铝预分离功能，新鲜氧化铝与载氟氧化铝同时进入除尘器，一方面导致除尘器分离负荷增大；另一方面导致大量载氟氧化铝在系统内进行无功死循环，致使氧化铝粉化严重，既增加了除尘器的除尘负荷，增大系统动力消耗，又降低了除尘器滤袋的使用寿命；粉化严重的氧化铝还会降低电解生产电流效率，一般降低约1.5个百分点。在系统总结以往工程经验的基础上，东大院与有关单位合作，成功研发出新型电解烟气干法净化工艺技术及其成套技术装备。

（三）强化净化设备的吸附和过滤功能

整体来讲，针对电解铝过程中所产生的烟气净化，其流程主要包含有气体收集、吸附反应、气体固体分离、氧化铝运输、机械排风五个步骤。袋式除尘器收集后的含大量粉尘的氧化铝使用风力运输槽运送至运输车辆上，再使用排烟机将经过净化处理以后的烟气通过烟囱直接排向大气层当中。这种技术方法便被称之为干法净化。干法净化技术的本质是使用某固态物质来对某气体当中所含有的指定杂质给予清除的过程。在该技术使用过程中，一般将拥有吸附能力的物质叫做吸附剂，称被吸附的物质为吸附质。作为吸附剂吸收烟尘当中所含有的有毒有害物质与粉尘的污染物，由此来实现对电解铝生产过程中所产生的烟气的净化。就干法净化的原理开展分析后不难发现，企业为了最大限度的降低有毒气体与粉尘的排放量，需要针对布袋除尘器的结构开展优化处理。首先是针对过滤袋的优化，在现有的净化过程当中，布袋极有可能受到破坏，所以需要采用具有较强耐磨性和高温耐受性的材料，建议使用针刺毡作为过滤袋材料。其次是针对温度的优化，通常情况下，布袋需要承受200℃左右的温度，因此处理设备进口温度必须要控制在200℃以下。若存在特殊状况，可使用水冷法，在烟管总部进行散热器的安装。再次是针对漏风和阻力进行优化，通常情况下，在进行袋式除尘器除尘效率计算时，其除尘滤通常在99%以上，但是在实际测量当中，很难达到这一标准。因此技术人员应长期对过滤袋进行清理，优化整体除尘效果。最后是针对过滤面积与气流速度进行优化。资料显示，在气流速度为1-3m/s的环境下，除尘效果达到最优，因此在使用干法净化的过程中工作人员应将风速控制在2-4m/s的范围内。

结语

通过上述的介绍与分析，我们认识到：提高电解烟气净化的集气效率和净化效率是实现电解铝氟化物总量排放控制的必要措施；而东大院自主开发的高位分区集气技术、新型槽罩板、导杆及锤杆密封装置以及新型两端干法净化技术则是解决电解铝氟化物排放超标的必要技术与装备。新技术的开发与应用对以后新设计和改造电解烟气净化系统提供了有益的借鉴。同时也为提高我国电解铝烟气净化技术装备的发展指明了方向。