預焙陽極焙燒爐煙氣吸附法凈化技術應用

陸曉龍

（中電投 寧夏青銅峽能源鋁業集團公司,寧夏 青銅峽 751603）

預焙陽極焙燒爐煙氣吸附法凈化技術應用

陸曉龍

（中電投 寧夏青銅峽能源鋁業集團公司,寧夏 青銅峽 751603）

預焙陽極焙燒爐煙氣的凈化有多種方法,原青銅峽鋁廠三期工程焙燒爐煙氣凈化系統采用干式電捕法。由于煙氣達不到排放要求,進行改建為氧化鋁吸附法進行煙氣凈化.主要介紹改建后的煙氣凈化系統的工作原理、工藝流程、主要設備、控制系統以及煙氣凈化效果.

1 概 述

預焙鋁電解槽所用陽極炭塊要預先在焙燒爐內進行焙燒,其過程是一個復雜的物理化學過程.它是將含有 16%～23%瀝青粘結劑的生制品在隔絕空氣的條件下,通過1 000～1 300℃高溫進行炭化的過程.在焙燒爐尾氣中,除燃料的燃燒產物和夾帶的填充料粉塵外,還含有大量的黏結劑熱解產物.主要成分為烴類氣體、冷凝焦油霧滴、煙黑和一些致癌物質 -3,4苯并芘,當生制品配有鋁電解用過的陽極殘極時,煙氣中還含有氟.因此,焙燒爐尾氣進行凈化處理,對任何炭素廠都是非常重要的.

預焙陽極焙燒爐煙氣凈化有多種方式:焚燒法、水洗法、電捕法和吸附法等.

2 原陽極焙燒爐煙氣電捕法凈化系統

2000年,原青銅峽鋁廠三期工程焙燒爐煙氣凈化系統采取電捕法,通過長期使用,凈化系統主要存在以下幾個問題:

（1）電捕焦油器存在電場運行中跳閘頻繁.通過分析發現,電除塵器內電暈極上滯掛瀝青較多,造成電暈極與極板間距大大減小,引起電場跳閘頻繁.

（2）電場不能正常排污.電除塵器正常工作時,捕集下來的瀝青等雜質從錐體下部排出.由于電場頻繁跳閘,工作不正常.使得捕集下來的瀝青在錐體排污口進行凝結堵塞,不能正常排出,形成堆積難以清理.

（3）煙氣凈化效果差.歷年煙氣凈化系統的排放達不到國家標準,造成大氣環境污染,給企業造成損失.具體排放檢測數值詳見表 1.

3 現焙燒爐煙氣吸附法凈化系統

鑒于以上因素,原青銅峽鋁廠三期工程陽極焙燒爐煙氣凈化系統,由原先電捕法改建為氧化鋁吸附法.2008年 4月開始調試運行至今,煙氣凈化效果明顯.

3.1 工作原理

三期工程陽極焙燒爐采用 90室敞開式環式爐,焙燒產生的煙氣中含有硫、氟、焦油和粉塵.在引風機的吸力作用下,煙氣經過環形煙道排出后,通過天然氣加熱爐加熱 （如果需要加熱）進入立式干底式冷卻塔,冷卻降溫至 110℃以下后進入文丘里反應器.在反應器中,煙氣與霧狀氧化鋁充分發生反應、吸附.吸附后的含氟氧化鋁、粉塵以及其他含有有害物質的煙氣進入菱形扁布袋除塵器中.通過布袋的過濾作用,把氧化鋁、粉塵收集起來,同時凈化后的煙氣通過主排風機由50m高的煙囪排入大氣.

3.2 三種工作模式

煙氣吸附法凈化系統的主要工作模式有三種:正常凈化模式、除塵器旁通、全過程旁通.

正常凈化模式為系統的正常工作方式,使煙氣通過噴淋冷卻塔、文丘里氧化鋁吸附反應器、布袋除塵器去除有害物質后,經引風機排放到大氣中.

除塵器旁通是指煙氣經過噴淋冷卻塔,不經過凈化除塵器,直接由引風機排到大氣中,這種方式一般在煙氣冷卻塔出口溫度高于 120℃時等情況下使用,以避免因煙氣溫度過高燒損除塵器布袋.

全過程旁通指焙燒煙氣不經過噴淋冷卻塔、布袋除塵器和主副引風機,而通過地下煙道、引風機和煙囪排放,通常情況下不使用這種工作方式.僅在凈化系統出現緊急故障及主副引風機均同時發生故障或凈化進口煙道、冷卻塔出口發生火情時使用,這樣可避免高溫煙氣損壞除塵器或主副引風機.

3.3 工藝流程圖

工藝流程如圖 1所示 .

表 1 電捕法煙氣凈化排放數值

圖 1 焙燒煙氣吸附法凈化工藝流程圖

4 煙氣吸附法凈化系統主要設備

陽極焙燒煙氣吸附法凈化系統主要由干底式冷卻塔、文丘里反應器、布袋除塵器、排煙風機和事故風機等設備組成.

4.1 干底式冷卻塔

冷卻塔內的最大風速為 4 m/s,最短停留時間 6 s,塔直徑為5 500mm,噴淋有效高度為25m,噴淋最大耗水量為6m3/h.噴淋供水采用高壓水泵供水,水泵采用一備一用,水池容積為 10 m3.由于水的總硬度 （Ca2+,M g2+）為8.2mmo l/L,為防止水垢嘴塞冷卻噴嘴,在水池前增加一套軟化水裝置,經過軟化后水的硬度降為 0.2～1.0mmo l/L.

來自焙燒爐的煙氣經過溫度、壓力的檢測,如果高于冷卻塔出口設定的 110℃,噴淋系統根據制定的冷卻塔進、出口的溫差自動調節三組高壓霧化噴嘴和水量,對煙氣進行降溫,以防煙氣溫度過高燒損布袋.

4.2 文丘里反應器

冷卻后的煙塵進入除塵器前的水平管道內,然后分配到每臺反應器內,注入反應器的氧化鋁通過壓縮空氣的作用快速、均勻的噴灑到反應器內,與向上流動的煙氣充分的反應和吸附.反應器采用兩端圓錐形,可以降低設備阻力.

4.3 布袋收塵器

布袋收塵器的作用是把含氟氧化鋁收集起來,同時過濾粉塵.含塵氣體以 15～18m/s的速度進入風箱內,由于進風箱內斷面面積驟然擴大,而且拐彎 180（°）進入灰斗,大顆粒的粉塵由于重力的作用沉降到灰斗內,含有微粒的氣體從底部向上通過濾袋單元,粉塵被阻留在濾袋表面.收集后的氧化鋁、粉塵抖落到沸騰床上,由溢流口排走.干凈的氣體從開啟的閥門進入排氣管,經引風機排入大氣.

系統使用 4臺除塵器同時運行.單臺設備的過濾面積為1 850 m2,除塵器的過濾風速為0.51m/s.

5 煙氣吸附法凈化控制系統

煙氣吸附法凈化控制系統由 7個子系統組成:

5.1 噴淋控制子系統

在凈化工作模式下,啟動的噴淋冷卻子系統.煙氣溫度高于冷卻塔出口設定的溫度,PLC自動啟動噴淋系統對煙氣進行降溫,冷卻塔出口裝有溫度檢測儀器,檢測冷卻塔出口的溫度.噴淋系統根據制定的冷卻塔進、出口的溫差自動調節噴嘴的數量和水量,對煙氣進行降溫.煙氣溫度高于設定冷卻塔出口溫度時,系統由凈化模式自動切換至除塵器旁通模式運行,避免煙氣溫度過高燒損布袋.

5.2 焙燒爐出口大水滅火子系統

焙燒爐出口溫度中的 2個檢測點溫度值大于,或凈化入口煙氣管道檢測到火警時,啟動該處的大水滅火閥,同時系統發出報警信號.

5.3 加熱爐控制子系統

天然氣加熱爐采用全自動加溫技術.根據天然氣加熱爐前段的溫度檢測儀器檢測結果反饋到PLC,PLC根據天然氣加熱爐的進、出口溫差自動判斷.如果出口溫度低于設定的溫度時,系統將自動點燃天然氣給煙氣加熱到設定的溫度,如果測得溫度高于設定的溫度時,系統將停止加熱.

5.4 布袋室反吹清灰控制系統

在凈化工作模式下,根據反吹工作的設定方式,每臺布袋除塵器有手動、差壓清灰兩種模式,在 HM I畫面進行選擇.各布袋室的進出口差壓值高于設定差壓值時,系統報警.

5.5 焙燒煙氣出口負壓控制子系統

在正常凈化模式、除塵器旁通、全過程旁通下,根據焙燒爐出口的負壓測量值和設定值,控制引風機風門相對應角電動執行器調節引風機風門的開度.分自動和手動兩種模式.

5.6 氧化鋁給料量控制子系統

5.6.1 新鮮氧化鋁上料

上料系啟動,當新鮮氧化鋁中間緩沖料倉不是低限料位條件時,且倉泵不是向新鮮氧化鋁料倉打料時,啟動給料機,向倉泵輸送新鮮氧化鋁,倉泵的料位到達高限時,系統自動停止向倉泵加料,停給料機;倉泵的料位到達高限時,且給料機已經停止運行,壓縮空氣儲罐出口壓力壓力正常,系統啟動新鮮氧化鋁料倉上除塵器,除塵器運行信號到達,延時打開倉泵的打料閥,向新鮮氧化鋁料倉打料,當倉泵的料位到達低限時,關閉倉泵打料閥,重新向倉泵加料,循環工作,直至新鮮氧化鋁料倉的料位高限時停止上料.

5.6.2 新鮮化鋁布料

在凈化工作模式下,根據新鮮氧化鋁的給料流量和設定值,通過變頻器控制圓盤給料機的轉速,控制新鮮氧化鋁的給料量.分自動和手動兩種模式.

5.7 含氟氧化鋁輸出控制子系統

凈化工作模式時,含氟氧化鋁儲倉的料位不是高限位的情況下,系統自動啟動物料提升器的羅茨風機,向含氟氧化鋁儲倉輸送含氟氧化鋁;在含氟氧化鋁儲倉的料位不是低料位情況下,且外運含氟氧化鋁中間緩沖料倉不是的高料位情況下,就地 /遠程啟動倉泵,打開倉泵進料閥,當倉泵高料位時,啟動除塵器,關閉倉泵進料閥,啟動倉泵打料閥,向外運含氟氧化鋁中間緩沖料倉打料,周而復始.

就地 /遠程啟動或停止星形給料機,并調節轉速,達到控制輸送電解廠含氟氧化鋁的流量目的.

6 吸附法煙氣凈化排放指標

自 2008年 4月開始,煙氣吸附法凈化系統運行.每月的煙氣檢測結果表明,煙氣中粉塵和瀝青煙含量有大幅下降,遠遠低于國家檢測指標.

圖 3為煙氣電捕法與吸附法凈化后實際效果照片.

表 2 改建后排放物具體數據一覽表

改建后排放物具體數據見表 2,煙氣電捕法與吸附法凈化排放物檢測數據對比顯示,吸附法明顯較電捕法凈化排放物低于國家檢測標準.

圖 2 凈化系統排放物檢測數據

7 結 語

三期工程煙氣吸附法凈化系統,通過 1年 8個月實際運行結果表明:

圖 3 電捕法凈化效果 （左圖）;吸附法凈化效果 （右圖）

（1）選用該系統是成功的.

（2）布袋除塵器氧化鋁吸附效果明顯,凈化效率高.

（3）該系統采用的各種保護裝置是安全,可靠的.

A

1671-6620（2010）S1-0159-04