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1　 現(xiàn)狀及分析

目前國內(nèi)預(yù)焙陽極電解鋁含氟廢氣控制技術(shù)主要采用 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù) , 該技術(shù)做到了電解鋁含氟煙氣達標排放 , 但存在運行不穩(wěn)定、吸附不均勻、氧化鋁破損大、操作控制難度大等缺陷 , 采用 “n型噴射兩級逆流吸附干法凈化技術(shù) ”克服了 “管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù)中的缺陷 , 不僅從根本上解決了電解鋁含氟廢氣污染治理問題 , 促進了電解鋁生產(chǎn) , 同時進一步提高了含氟廢氣凈化效率 , 降低了噸鋁氟化鹽消耗及噸鋁氟化物排放量 , 實現(xiàn)了節(jié)能降耗減污和更低排放量的達標排放 , 在我國鋁電解含氟廢氣控制技術(shù)方面具有很好的推廣應(yīng)用價值。

2　 鋁電解工藝

鋁電解工藝生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的冰晶石 — 氧化鋁熔融電解法 , 將冰晶石、氟化鋁及其它添加劑等物質(zhì)按要求的配比加入電解槽內(nèi) , 將一定量的沙狀氧化鋁及吸附了電解煙氣中氟化物的載氟氧化鋁原料溶解于熔融的冰晶石中 , 通過炭素陽極導(dǎo)入直流電流 , 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) , 在陰極上析出液態(tài)鋁。電解生產(chǎn)過程中析出的 O2 同陽極炭反應(yīng)生成 CO和 CO2 , 這些氣體與氟化鹽水解產(chǎn)生的氟化氫、四氟化碳以及氟化鹽揮發(fā)、氟化鋁升華的凝聚物和含氟煙氣經(jīng)電解槽的密閉罩收集后送往采用 Al 2O3為吸附劑的干法凈化系統(tǒng)處理 , 凈化后的煙氣排入大氣。

300K A大型預(yù)焙陽極電解槽共兩個車間 248 臺 , 建設(shè)有 n型噴射兩級逆流吸附干法凈化設(shè)施 3 套、連續(xù)計量 “ 組合式 ”輸送系統(tǒng) 6套。 ”工藝流程見圖 1。

3　 煙氣凈化

3.1　 煙氣凈化技術(shù)

鋁電解生產(chǎn)用原料氧化鋁具有較大的比表面積 , 對氟化氫氣體有較強的吸附能力。鋁電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氟煙氣經(jīng)密閉罩捕集后 , 經(jīng)電解排煙支管匯入排煙總管 , 在進入脈沖噴吹袋式收塵器之前 , 將新鮮氧化鋁、載氟氧化鋁分別經(jīng)過均勻分料后 , 加入排煙總管和 n型噴射反應(yīng)器中 , 使氧化鋁和含氟煙氣氣固兩相充分接觸發(fā)生反應(yīng) , 氟化氫被氧化鋁吸附 , 形成載氟氧化鋁, 載氟氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶出的粉塵均在脈沖噴吹袋式收塵器內(nèi)被分離下來 , 一部分循環(huán)進入 n型噴射反應(yīng)器 , 一部分經(jīng)風(fēng)動溜槽和氣力提升送至載氟氧化鋁料倉 , 再輸送到各電解槽上料箱供電解槽生產(chǎn)作原料使用。凈化后的煙氣經(jīng)排煙風(fēng)機由 70m煙囪排放。在物料輸送過程中設(shè)置有相應(yīng)的除塵設(shè)施 , 經(jīng)除塵后排入大氣。

3.2　 工藝流程

n型噴射兩級逆流吸附煙氣干法凈化系統(tǒng)主要由: 排煙凈化和供、排料兩個系統(tǒng)組成。

3.2.1　 排煙凈化系統(tǒng)

所有電解槽均用小型活動蓋板和上部蓋板密閉 , 槽內(nèi)煙氣通過集氣罩及上部的連接支管與排煙凈化系統(tǒng)連接。

每臺電解槽的支管均接在室外架空的水平干管上 , 干管接至排煙管道匯集在一起進入凈化系統(tǒng)的脈沖噴吹袋式收塵器 , 在這之前 , 采用兩級加料 , *級通過爪型加料裝置把含氟氧化鋁加入煙氣系統(tǒng) , 載氟氧化鋁在煙道總管內(nèi)與含氟濃度較高的煙氣混合進行預(yù)吸附反應(yīng); 第二級通過分料箱和 n型噴射反應(yīng)器 , 將新鮮氧化鋁定量加入脈沖噴吹袋式收塵器前的各個煙道氣流中 , 使新鮮氧化鋁與煙氣中氟化物更充分混合 , 發(fā)生吸附反應(yīng)。

3.2.2　 供、排料系統(tǒng)

干法凈化的供、排料系統(tǒng)包括新鮮氧化鋁和循環(huán)載氟氧化鋁兩部分的輸送。新鮮氧化鋁來自新鮮氧化鋁倉 , 經(jīng)風(fēng)動溜槽、沖板流量儀控制下料量 , 再經(jīng)風(fēng)動溜槽、均勻分料裝置、n型噴射反應(yīng)器加到煙管內(nèi)與氟化氫氣體進行充分反應(yīng)。循環(huán)氧化鋁是從脈沖噴吹袋式收塵器回收下來的含氟氧化鋁 , 經(jīng)風(fēng)動溜槽、密封箱、渣皮捕集器、分料箱、空氣提升機等輸送設(shè)備 , 一部分重返煙氣總管 , 另一部分送至含氟氧化鋁倉供電解槽使用 (圖 2)。

3.2.3　 主要設(shè)計參數(shù)及指標:

電解槽排氟量: 1718kg/ t1Al ;

單槽排煙量: 11000m3 /h1;

氧化鋁輸送系統(tǒng)排煙量: 60000m3 /h1;

凈化系統(tǒng)總排煙量: 712000m3 /h1 × 3;

電解槽排塵量: 42kg/ t1Al ; 電解槽集氣效率: 98%;

吸附劑: 氧化鋁 , 比表面積 > 40m2 /g;

新鮮氧化鋁固氣比: 1515g/m3 ;

凈化效率: 9815%。

4　 運行效果

2005年 6月 27日 , 經(jīng)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織有關(guān)專家鑒定 , 在主要技術(shù)特點和創(chuàng)新方面得出 “300K A新型大型預(yù)焙電解槽技術(shù)采用連續(xù)計量 ‘ 組合式 ’輸送技術(shù)和 n型噴射兩級逆流吸附煙氣干法凈化技術(shù) , 取得了國內(nèi)的氟化物排放指標 ” 。經(jīng)云南省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測結(jié)果如表 1。

根據(jù)以上監(jiān)測結(jié)果 , 有組織排放的氟 5.67kg/ h, 折合 0.248kg/ tAl, 其余是無組織從天窗及陽極系統(tǒng)排放的。

對 300KA新型大型預(yù)焙電解槽技術(shù)作了氟平衡 , 加入到電解槽中的氟有三部分: 一是添加的氟化鹽; 二是煙氣凈化回收的氟; 三是陽極中帶回的氟。300KA大型預(yù)焙陽極電解槽生產(chǎn)技術(shù) , 每生產(chǎn) 1 t鋁 , 消耗氟化鹽 27kg, 折純氟 15.644kg。在電解生產(chǎn)過程中 , 電解槽氟的支出主要有四部分: 一是隨電解煙氣排出; 二是槽內(nèi)襯吸附 , 隨電解槽大修渣排出; 三是原料運輸、殘極加工帶出等造成的機械損失; 四是殘極帶走。電解煙氣中的氟大部分由煙氣凈化系統(tǒng)回收 , 返回電解槽 , 少量排入環(huán)境空氣; 殘極帶出的氟大部分以電解質(zhì)的形式回收 , 少量由殘極帶至陽極焙燒系統(tǒng) , 焙燒時經(jīng)煙氣凈化系統(tǒng)處理后 , 一部分進入凈化收下的焦油和粉塵中 , 少部分凈化后經(jīng)煙囪排入大氣。以噸鋁產(chǎn)品計算氟平衡 , 電解槽氟的總收入為 30.734kg/ t1Al, 其中補充的氟化鹽中氟為 15.644kg/ t1Al, 占總氟量的 50.90%; 干法凈化系統(tǒng)回收返回的氟量為 14.058kg/ t1Al, 占總氟量的 45.74%; 陽極中返回的氟量為 1.032kg/ tAl, 占總氟量的 3136%。在支出中槽內(nèi)襯吸收 11.406kg/ t1Al, 占總氟量的 37.11%; 電解煙氣排出的氟 14.565kg/ t1Al, 占總氟量的 47.39%; 運輸?shù)葯C械損失、鑄造撈渣、殘極等帶出的氟分別為 3.470kg/ t1Al、0.196kg/ t1Al、 1.097kg/ t1Al, 占氟量的比例分別為 11.29%、0.64%、3.57%。電解生產(chǎn)氟平衡見表 2及圖 3。

根據(jù)氟平衡圖可知 , 噸鋁排氟量為 0.534kg, < 1.0kg/ t1Al, 達到了國內(nèi)水平。該技術(shù)克服了 “ 管道式 ”電解鋁含氟煙氣干法凈化技術(shù)存在運行不穩(wěn)定、吸附不均勻、氧化鋁破損大、操作控制難度大等缺陷 , 采用 n型噴射兩級逆流吸附干法凈化技術(shù) , 管道布置合理 , 吸附更加均勻 , 不僅從根本上解決了電解鋁含氟廢氣污染治理問題 , 促進電解鋁生產(chǎn) , 同時進一步提高了含氟廢氣凈化效率 , 降低噸鋁氟化鹽消耗及噸鋁氟化物排放量 , 具有很好的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

5　 運行效益分析

5.1　 經(jīng)濟效益

減少氟化鹽添加量 , 從原來的 32kg/ t1Al降低至 20kg/ t1Al, 按年產(chǎn)電解鋁 20萬 t計算 , 年節(jié)約氟化鹽 1600 t, 按 5200元 / t計 , 合 830萬元; 此外 , 年可回收利用氧化鋁粉塵 3200 t, 按 3000元 / t 計 , 合 960萬元 , 具有良好的經(jīng)濟效益。

5.2　 環(huán)保效益

噸鋁排氟量從原來的 110kg/ t1Al 降低至 01544kg/ t1Al, 按年產(chǎn)電解鋁 20萬 t計算 , 年削減排氟總量 91 t, 大大改善環(huán)境狀況 , 取得顯著的環(huán)保效益 , 為公司開展節(jié)能減排奠定了良好的基礎(chǔ)。

5.3　 社會效益

公司通過 “ 九五 ” 、“ 十五 ”環(huán)境治理、節(jié)能技術(shù)改造工程 , 2004年 4月*淘汰了污染嚴重、能耗高的 60K A自焙陽極電解槽 , 大大降低了污染物的排放量 , 極大地改善了廠區(qū)周圍的環(huán)境質(zhì)量, 樹立了一個上市公司良好的社會形象。公司先后通過了清潔生產(chǎn)及 ISO14001論證 , 2005年 11月榮獲 “ 國家環(huán)境友好企業(yè) ”稱號 , 為企業(yè)參與競爭 , 促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造良好條件。

6　 存在的問題及改進措施

(1) 由于濾料器的原因 , 反應(yīng)器內(nèi)壓力分布不均勻 , 進入煙道內(nèi)的氧化鋁料難于均衡控制 , 從而使凈化的效果不穩(wěn)定 , 待與濾料器生產(chǎn)廠家共同研究改進;

(2) 干法吸附反應(yīng)后的煙氣進入除塵器后, 由于壓力不均衡 , 煙氣對濾袋的沖刷程度不同 , 導(dǎo)致濾袋的使用壽命長短不同 , 對濾袋的更換管理造成不便。

(3) 載氟氧化鋁由空氣提升機送至料倉, 在輸送過程中易產(chǎn)生氧化鋁結(jié)塊, 影響了氧化鋁的輸送。