电解烟气污染物排放国内外标准的对标分析

曾庆学，艾自金，班允刚，刘总兵，王尚元

（1.中国有色金属建设股份有限公司，北京 100029；2.东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

考虑到国外工程建设的特殊性，电解烟气净化系统的排放指标需要与国外标准进行对标，从而可以更加清晰的认识和了解电解烟气污染物的排放情况。本文首先对电解烟气净化系统进行介绍，了解排放的污染物及相关源强，并将通用的国标与欧标进行对比分析。通过对比分析发现：根据本项目已确定的污染物散发浓度、电解槽的集气效率和净化系统的净化效率，污染物的排放浓度虽然可以满足欧盟的排放要求，但是污染物的吨铝排放量却难以满足欧盟的排放要求。为了解决上述问题本文提出了三种改进建议，供工程项目决策参考。

1 烟气净化系统

1.1 系统配置

我们以国外某工程为例进行分析，某工程的电解系列分为3个电解分区，每个分区配置1套净化系统，每套系统负责处理112台电解槽产生的电解烟气。单台电解槽正常工作时排烟量为8500Nm3/h，槽罩打开时排烟量为17000Nm3/h，同时输送系统进入净化系统的风量为15000Nm3/h，电解槽出口烟气温度通常为140℃。因此，净化系统处理的总烟气量为1018000Nm3/h，折合工况烟气量约为1539770m3/h。

1.2 排放指标

根据技术协议的要求，烟气净化系统的排放指标如下：粉尘浓度不高于5mg/Nm3，氟化物浓度不高于1.5mg/Nm3，SO2浓度不高于200mg/Nm3。

2 污染物浓度及散发量

2.1 污染物浓度

电解烟气中主要污染物是粉尘、氟化物和SO2。通过理论计算并结合工程验证，我们可以认为：净化系统进口粉尘的浓度通常为650～950mg/Nm3，氟化物的浓度为300～450mg/Nm3，SO2的浓度为150～200 mg/Nm3[1]。因此烟气净化系统的入口粉尘浓度可以取值850mg/Nm3，氟化物的浓度取值400mg/Nm3，SO2的浓度取值138mg/Nm3。

2.2 吨铝污染物散发量

根据上述原始数据计算可以得到本项目单位铝产品污染物的散发量。并与《铝电解厂通风除尘与烟气净化设计规范》GB 51020-2014的规定的散发量进行比较，如表1所示。

表1 单位铝产品污染物的散发量校对表

从表1可知：本项目中电解烟气中各污染物含量是合理的，作为铝产品污染物散发量计算的基础数据是可行的。

3 电解槽集气效率

目前，国内电解槽的集气效率一般为98.5%～99.5%（《铝电解厂通风除尘与烟气净化设计规范》GB 51020-2014）。同时，根据国内近年来已投产的工程项目的实测数据可知：电解槽的集气效率均在99.0%以上。因此，本项目电解槽的集气效率暂取99.0%。

需要特别说明的是：电解槽集气效率的提高不仅与工程设计有关，而且与管理水平密切相关。因此为了提高电解槽的集气效率，工程设计上需要在以下几个方面进行改进：

●电解槽需采用自动打壳、自动加料的生产技术，提高控制系统的自动化水平；阳极效应及电解质和铝水平测定等生产操作实现自动化；

●电解槽内部上部烟道采用计算机进行流体动力学仿真模拟计算。通过模拟计算完善高位分区集气技术，降低集气系统的阻力、提高集气罩内负压的均匀性，集气效率可以＞99%；

●电解槽采用高位分区集气技术，保证电解槽内各处负压的均匀性。同时可以减少电解槽的单槽排烟量，降低电解烟气净化系统的单位能耗。

为了提高电解槽的集气率，运行管理上的措改进施如下：

●目前造成电解槽集气效率下降的主要原因是槽罩破损。因此，应及时修复变形和损坏的槽罩板，使电解槽处于良好的密闭状态；

●需要开启槽罩板时，应控制槽罩板开启的数量，尽量减少槽罩板开启的数量，保证集气效率。出铝操作时可以开启1扇槽罩板，捞炭渣、取样分析等操作同样也可以开启1扇槽罩板，操作完成后，马上盖好槽罩板。更换阳极时可以开启2扇槽罩板，阳极的更换时间不得大于20分钟；

●应该及时有效的处理阳极效应。

4 污染物的排放

根据本项目排放指标的要求，并结合《铝电解厂通风除尘与烟气净化设计规范》（GB 51020-2014）中的规定。本项目中电解烟气净化系统效率的取值如表2所示。

表2 电解烟气净化效率指标

由上表数据可知：粉尘的净化效率取值是规范要求值的下限，氟化物净化效率取值略高于规范要求值，SO2的排放浓度符合要求。因此，目前阶段电解烟气净化系统暂不考虑设置脱硫装置。

根据表2中数据计算，可以得到本项目污染物的排放浓度。详见表3。

表3 本项目污染物的排放浓度

从表3可知：基于本项目已经确定的污染物散发浓度、电解槽的集气效率和净化系统的净化效率，本项目污染物的排放浓度满足欧盟的要求。

本项目单位铝产品污染物的排放量如表4所示。

表4 单位铝产品污染物的排放量

从表4可知：基于本项目确定的污染物散发浓度、电解槽的集气效率和净化系统的净化效率，粉尘、氟化物的吨铝排放量难以达到欧标的要求。

5 结论和建议

基于本项目确定的污染物散发浓度、电解槽集气效率和净化系统的净化效率进行计算，最后得到的表4中数据。可知：目前污染物中粉尘、氟化物的吨铝排放量难以达到欧盟的排放要求。因此，有如下几点建议，仅供项目决策参考：

（1）继续对提高电解槽集气效率的技术进行研发，如果电解槽集气效率达到99.2%，则粉尘、氟化物的吨铝排放量即可满足要求，生产单位铝产品污染物的排放量详见表5。

表5 生产单位铝产品污染物的排放量（电解槽集气效率为99.2%）

（2）根据NEUI毛继红教授的建议：采用残极冷却系统和天车移动集气系统方案，可以有效降低粉尘和氟化物的吨铝排放量。

（3）电解烟气干法净化系统串联湿法脱硫装置，来降低干法净化系统的吨铝排放。根据排放数据测算：氟化物的吨铝排放量可以减少0.05kg/t-Al，可以满足欧盟0.35kg/t-Al的排放要求。但是，脱硫后烟气中粉尘的排放浓度会有所增加，无法满足欧盟0.65kg/t-Al的排放要求。除非在脱硫之后再增加湿式电除尘器，将粉尘的排放浓度控制在1.45mg/Nm3以下。因此是否增设湿法脱硫系统需要认真仔细考虑。

电解槽集气效率的提高不仅和工程技术有关，而且与管理水平密切相关。目前，工程技术上的改进空间较小，但是通过提升管理水平来减少系统污染物的排放是可行的。