电解铝生产氟化物总量排放控制措施

杨青辰，王尚元

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

伴随着电解槽核心技术的突破，我国电解槽大型化的步伐越来越快，新一代电解槽的主要技术经济指标已处于世界领先水平。同时作为电解生产的重要环节，电解烟气治理技术也向着高效率、高稳定性迈进。2010年开始实施的《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010）对电解铝生产氟化物的排放提出了明确而严格要求。目前国内电解铝烟气净化装备及技术水平已取得长足进步，在氟化物、粉尘排放等方面已经取得非常理想的指标。分析总结这些新技术、新装备可以为提高我国整体电解铝烟气净化整体技术提供有益的借鉴。

1 控制氟化物总量排放的方向

根据2002年铝电解著名专家霍庆发报道的预焙槽的氟平衡表可以了解到：电解槽内衬吸收、抬包清理、铸造除渣以及电解质及残极损失、天窗及净化系统排放是氟支出的主要途径。其中电解槽内衬吸收、抬包清理、铸造除渣以及电解质及残极损失均可以通过加强管理来减少氟化物损失；由于电解铝烟气净化的特殊性，未经电解槽收集而溢出通过天窗无组织排放的氟损失和未通过净化系统收集而通过烟囱排放的氟损失的量很大。因此减少天窗排氟及净化系统排放就成为氟化物排放控制的关键因素。

（1）提高集气效率。电解铝主要污染物——氟化物的排放由经烟气净化系统净化后的有组织排放和天窗的无组织排放两部分组成。国际上通常采用“吨铝排氟量”这个指标来衡量一个电解厂的环保水平。要降低氟化物的排放量，在提高净化效率的同时更重要的是如何确保电解槽的烟气捕集效率达到设计指标。

（2）提高净化效率。先进的干法净化技术是减少污染物排放的有力保障。为了使烟气的氟化物及粉尘达标排，提高净化系统的净化效率，才能达到电解铝氟化物总量控制的目标。

2 控制氟化物总量排放的技术措施

围绕着如何提高电解烟气的集气效率和净化效率，东北大学设计研究院（有限公司）（以下简称东大院）与有关高校和企业合作，开发了相关的技术及装备，并在实际运行中取得了良好的运行指标。下面就如何提高电解烟气的集气效率和净化效率从高位分区集气技术、新型槽罩板、导杆及锤杆密封装置以及新型两段干法净化技术四个方面进行详细介绍。

（1）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。

（2）新型槽罩板设计。目前国内很多槽罩板采用的是直线型型材骨架结构，槽罩板的整体性差、相邻板面之间的缝隙大、漏风面多。导致电解槽内负压达不到设计要求，影响了电解槽的集气效率。达不到设计值。

考虑到上述缺陷，东大院自主研发了整体模压弧形槽罩板。新型弧形压型槽罩板具有强度大、重量轻、整体一次成型的优点。因而密闭性好且不易烧损、耐久性强，有助于提高电解槽的集气效率。

（3）导杆及锤杆密封技术。目前气缸锤杆与水平罩板间以保温砖密封。长期运行保温砖易损坏，使大量烟气沿锤杆与水平罩板间缝隙进入电解车间；阳极导杆与水平罩板之间用固定的石棉布密封。

长期运行石棉布易老化或受剪力破坏，同样导致大量烟气沿导杆与水平罩板间缝隙进入电解车间，污染电解车间空气质量。

目前东大院开发的新型导杆密封装置密封刷由耐高温材料编织而成，内置自动调节装置，确保密封刷不会因高温、碰撞等原因导致密封失效，保证了密封效果，进一步提高了电解槽的集气效率。

（4）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。

3 工程实例

东大院新设计及参与改造的电解烟气净化系统，通过采用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，都取得了良好的运行效果，运行指标见表1。

表1 山东某400kA净化系统运行指标

4 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。