鋁冶煉煙氣凈化余熱利用技術的探討

侯健

摘要：自20世紀80年代我國在有色金屬行業提出“優先發展鋁工業”的戰略發展方針以來 ，我國鋁工業有了長足的發展。2003年，國內冶煉鋁產量達到了520萬t，居世界第一位，我國已經成為世界鋁工業大國。國內鋁冶煉行業在規模、槽型、布局、節能、環保上存在先天不足，原料質量差、管理水平比較低，同時能耗高、污染嚴重。一方面冶煉煙氣的余熱利用效果不佳，另一方面煙氣的除塵凈化更是難中之難、重中之重。

關鍵詞：鋁冶煉；煙氣排放；利用余熱；

前言

關于鋁冶煉煙氣凈化處理的工藝方法，國內外大都采用干法凈化方式，即首先用新鮮的氧化鋁吸附煙氣中的有害物質，然后通過布袋過濾，最后將低于國標準的煙氣排入大氣。由于在煙氣凈化中一味追求凈化和物料回收效果，對利用高溫煙氣中攜帶的熱能考慮甚少，造成煙氣中的大量的熱能白白浪費。

一、國內鋁冶煉煙氣治理存在的問題

（一）由大數據可以看出，鋁冶煉煙氣溫度高，風量大，成分復雜，不同槽型的煙氣特征差別很大。同時粉塵的性質比較特殊，粉塵顆粒細，比表面積大，比重輕，同時還具有一定的粘性，難以清灰；粉塵中含有較多的瀝青粉塵，磨蝕性比較強；粉塵中的比電阻也比較高，治理難度比較大。國內鋁冶煉行業為治理鋁冶煉煙氣進行了大規模、長時間、形式多樣、堅持不懈的煙氣凈化試驗研究及實踐。但鋁冶煉煙氣凈化方面的總體狀況堪憂。許多鋁冶煉企業只片面追求經濟效益，根本沒有煙氣凈化系統；即使已建立了系統的企業，由于投入不足，也存在不少問題。現有系統的凈化指標達不到國家標準；大多數企業進行電解系列擴容改造后，沒有對凈化系統進行相應的改造，更不具有煙氣余熱利用系統。

（二）中鋁平果分公司，共有2個電解鋁生產系列，3個電解車間，共288臺預焙陽極電解槽，3個凈化除塵系統。預焙槽煙氣由管道引出各自廠房外，再匯入統一管道混合進入各自的干法煙氣凈化裝置，廠房環境效果良好，沒有煙氣余熱利用系統。

（三）化隆先奇鋁業有限責任公司，共有1個電解鋁生產系列，2個電解車間，共有108臺預焙陽極電解槽，年產量5萬t。設計方案有兩套煙氣凈化系統，但未實際建設。這種情況在國內較普遍，沒有煙氣余熱利用系統。自焙槽由于煙氣疲軟度高，無法直接應用袋除塵器或電除塵器，比較好的如長青鋁業公司利用煙氣烘焦炭后除塵，但也未能達到排放標準。由于自焙槽污染大，煙氣治理難，能耗高，“九五”以后國家將通過政策逐步予以淘汰，預計到2006年后將全部關閉。國內鋁冶煉行業，無論是國內自行設計的還是從發達國家引進的，基本沒有應用鋁冶煉煙氣余熱利用技術，沒有解決節能問題。雖然有少數企業對鋁冶煉煙氣的部分熱能進行了利用，但效果均不佳。我國是一個嚴重缺能的國家，對如何有效的積極的利用能源，特別是再生能源顯得越來越具有經濟意義和社會意義。

二、煙氣減排的途徑

（一）優化凈化設備的過濾及吸附效果

凈化工藝流程從功能上主要包括集氣、吸附反應、氣固分離、氧化鋁輸送、機械排風五個部分。鋁液混合產生的煙氣經密閉集氣罩收集，通過支煙管進入水平煙道總管到反應器，煙氣在總管與來自氧化鋁儲槽下部電磁振動給料機的新鮮氧化鋁接觸混合，經反應器吸附反應，袋式除塵器捕集后的含塵氧化鋁用風動流槽輸送到運輸車，凈化后的煙氣由排煙機抽送到煙囪排入大氣，該工藝俗稱干法凈化技術。干法凈化就是以某種固體物質吸附另一種氣體物質所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質稱吸附劑，被吸附的物質叫吸附質（鋁冶煉企業一般采用氧化鋁作為吸附質），做為吸附劑吸附煙氣中的有毒氣體和粉塵等污染物來完成對煙氣的凈化。

（二）采用砂狀氧化鋁為吸附劑

氧化鋁分為粉狀氧化鋁和砂狀氧化鋁氧化鋁的比表面積的大小，不僅影響氧化鋁的熔解性能，而且也影響對CO的吸附效率。氧化鋁是一種多孔結構的物質，具有很大的內表面積，這給吸附物和吸附劑之間提供了接觸機會。所以氧化鋁的比表面積越大，接收吸附物的能力就越大，吸附量也隨比表面積的增加而增加。砂狀氧化鋁的比表面積比粉狀氧化鋁的比表面積大的多，所以砂狀氧化鋁是理想的吸附劑。因此為達到污染物減排的目標，電解生產過程中采用砂狀氧化鋁將是較好的實施途徑。

三、鋁冶煉的煙氣凈化工藝

（一）工藝流程

干法凈化工藝流程從功能上主要包括冶煉槽集氣、吸附反應、氣固分離、氧化鋁輸送、機械排風五個部分。冶煉槽產生的煙氣經密閉集氣罩收集，通過直徑 600mm 的支煙管進入水平排煙總管到地下煙道。煙氣在地下煙道與來自氧化鋁儲槽下部電磁振動給料機的新鮮氧化鋁接觸混合，經文丘里管吸附反應，袋式除塵器捕集后的含氟氧化鋁用風動流槽、斗式提升機輸送至含氟氧化鋁儲槽供冶煉槽使用。凈化后的煙氣由排煙機抽送到 70m 高的煙囪排入大氣。

（二）煙氣特征

鋁冶煉從槽型上來說分為自焙槽和預焙槽兩種。槽型不同，其煙氣性質完全不同。自焙槽煙氣量大，煙溫低，一般不超過200℃；預焙槽煙溫較高，一般達到 400℃以上，煙氣量大幅降低。除與爐型有關外，不同的地區、工藝流程、操作手段、原材料都對冶煉槽的煙氣特征產生影響。

四、鋁冶煉煙氣余熱的利用

冶煉產生的煙氣由導煙管引入余熱鍋爐進行熱交換，溫度降至150℃后進入主煙道與氧化鋁進行吸附反應，然后進針刺布袋除塵器除塵，凈化后煙氣由排煙機送入煙囪排放。余熱鍋爐采用單氣包自然循環直立煙道式，用落丸清灰技術有效解決了鍋爐受熱面的清灰難題；鍋爐結構緊湊、熱工制度穩定，保證煙氣出口溫度穩定在150℃以下，滿足了袋除塵器的要求。根據鋁冶煉煙氣特點設計的袋除塵器采用了一些最新技術，重點考慮了氣流分布、清灰方式、卸灰方式、溫度控制、設備鎖風等技術，并考慮了加強的鋼結構設計及整體熱應力消除技術。由于采用負壓流程，進入風機的煙氣已經得到凈化，風機運轉的可靠性大大加強。計算機控制方面實現了各工藝過程主要參數的實時監控，鍋爐水位自動調節，鍋爐受熱面和針刺袋清灰的自動控制，落丸清灰系統過程監控。主要工藝參數實現了實時曲線或數據顯示，并可以根據需要隨時查詢打印。煙氣溫度必須超過300℃才能產生過熱蒸汽；煙氣量不能太大，否則經濟上沒有可行性；煙氣中不能有焦油，否則余熱鍋爐和針刺袋除塵器都將失效；煙氣中一氧化碳必須小于一定比例，否則進余熱鍋爐容易產生爆炸。這樣的應用條件對于自焙槽鋁冶煉行業來說是無法達到的，該槽型約占總數的15%。另外該技術一次投資太大，以年產10萬t的鋁冶煉企業為例，煙氣凈化余熱利用系統一次投資約4000萬元。

結束語

鋁冶煉行業總體環保與節能的水平較低，如果政府不給優惠電價，鋁冶煉生產就要虧本；如果環保標準嚴格執行，鋁冶煉廠就必須停產。所以環保與節能是關系到鋁冶煉企業發展的重大問題。

參考文獻：

[1]周維國，等.現代大型預焙糟技術，沈陽：東北大學出版社，1995

[2]田應甫編著.大型預焙鋁電解槽生產實踐湖南：中南工業大學出社，2003endprint