電解鋁生產氟化物總量排放控制措施

楊青辰，王尚元

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

伴隨著電解槽核心技術的突破，我國電解槽大型化的步伐越來越快，新一代電解槽的主要技術經濟指標已處于世界領先水平。同時作為電解生產的重要環節，電解煙氣治理技術也向著高效率、高穩定性邁進。2010年開始實施的《鋁工業污染物排放標準》（GB 25465-2010）對電解鋁生產氟化物的排放提出了明確而嚴格要求。目前國內電解鋁煙氣凈化裝備及技術水平已取得長足進步，在氟化物、粉塵排放等方面已經取得非常理想的指標。分析總結這些新技術、新裝備可以為提高我國整體電解鋁煙氣凈化整體技術提供有益的借鑒。

1 控制氟化物總量排放的方向

根據2002年鋁電解著名專家霍慶發報道的預焙槽的氟平衡表可以了解到：電解槽內襯吸收、抬包清理、鑄造除渣以及電解質及殘極損失、天窗及凈化系統排放是氟支出的主要途徑。其中電解槽內襯吸收、抬包清理、鑄造除渣以及電解質及殘極損失均可以通過加強管理來減少氟化物損失；由于電解鋁煙氣凈化的特殊性，未經電解槽收集而溢出通過天窗無組織排放的氟損失和未通過凈化系統收集而通過煙囪排放的氟損失的量很大。因此減少天窗排氟及凈化系統排放就成為氟化物排放控制的關鍵因素。

（1）提高集氣效率。電解鋁主要污染物——氟化物的排放由經煙氣凈化系統凈化后的有組織排放和天窗的無組織排放兩部分組成。國際上通常采用“噸鋁排氟量”這個指標來衡量一個電解廠的環保水平。要降低氟化物的排放量，在提高凈化效率的同時更重要的是如何確保電解槽的煙氣捕集效率達到設計指標。

（2）提高凈化效率。先進的干法凈化技術是減少污染物排放的有力保障。為了使煙氣的氟化物及粉塵達標排，提高凈化系統的凈化效率，才能達到電解鋁氟化物總量控制的目標。

2 控制氟化物總量排放的技術措施

圍繞著如何提高電解煙氣的集氣效率和凈化效率，東北大學設計研究院（有限公司）（以下簡稱東大院）與有關高校和企業合作，開發了相關的技術及裝備，并在實際運行中取得了良好的運行指標。下面就如何提高電解煙氣的集氣效率和凈化效率從高位分區集氣技術、新型槽罩板、導桿及錘桿密封裝置以及新型兩段干法凈化技術四個方面進行詳細介紹。

（1）高位分區集氣技術。傳統的電解槽采用水平罩板下的V型集氣結構，僅通過改變沿電解槽長軸方向靠近集氣罩上方的開洞大小來調節罩內的集氣均勻度。這種傳統的集氣結構已很難滿足電解槽均勻集氣的要求。

針對傳統集氣結構存在的缺陷，東大院研發出分區高位集氣結構。該結構利用電解槽上部料箱之間的空間作為集氣罩；同時應用“計算流體動力學（CFD）模擬技術”對排煙結構進行模擬計算，使得電解槽出鋁端和煙氣段負壓分布均勻。在已投運的新建工程及改造工程中的實際應用表明：通過采用分區高位集氣技術，在電解槽排煙量較傳統集氣結構降低20%的情況下，仍能保持98.5%以上的集氣效率。

（2）新型槽罩板設計。目前國內很多槽罩板采用的是直線型型材骨架結構，槽罩板的整體性差、相鄰板面之間的縫隙大、漏風面多。導致電解槽內負壓達不到設計要求，影響了電解槽的集氣效率。達不到設計值。

考慮到上述缺陷，東大院自主研發了整體模壓弧形槽罩板。新型弧形壓型槽罩板具有強度大、重量輕、整體一次成型的優點。因而密閉性好且不易燒損、耐久性強，有助于提高電解槽的集氣效率。

（3）導桿及錘桿密封技術。目前氣缸錘桿與水平罩板間以保溫磚密封。長期運行保溫磚易損壞，使大量煙氣沿錘桿與水平罩板間縫隙進入電解車間；陽極導桿與水平罩板之間用固定的石棉布密封。

長期運行石棉布易老化或受剪力破壞，同樣導致大量煙氣沿導桿與水平罩板間縫隙進入電解車間，污染電解車間空氣質量。

目前東大院開發的新型導桿密封裝置密封刷由耐高溫材料編織而成，內置自動調節裝置，確保密封刷不會因高溫、碰撞等原因導致密封失效，保證了密封效果，進一步提高了電解槽的集氣效率。

（4）新型兩端干法凈化技術。目前國內電解煙氣凈化系統的工藝流程大致可歸納為如下兩種：第一種：新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時加入反應器內，完成反應后的載氟氧化鋁通過布袋除塵器進行氣固分離。第二種：在反應器上游管路加入循環使用的載氟氧化鋁、而新鮮氧化鋁則直接加入到反應器內（以下簡稱傳統兩段反應），完成反應后一起進入過濾器通過布袋除塵器進行氣固分離。

無論采用上述哪種傳統電解鋁煙氣干法凈化工藝，其本質特點都是新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁完成吸附反應后同時進入布袋除塵器。該工藝流程存在的主要缺點如下：①沒有充分利用新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁吸附HF各自不同的反應特性，致使凈化效率低。②袋式除塵器沒有設置載氟氧化鋁預分離功能，新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時進入除塵器，一方面導致除塵器分離負荷增大；另一方面導致大量載氟氧化鋁在系統內進行無功死循環，致使氧化鋁粉化嚴重，既增加了除塵器的除塵負荷，增大系統動力消耗，又降低了除塵器濾袋的使用壽命；粉化嚴重的氧化鋁還會降低電解生產電流效率，一般降低約1.5個百分點。

在系統總結以往工程經驗的基礎上，東大院與有關單位合作，成功研發出新型電解煙氣干法凈化工藝技術及其成套技術裝備。

3 工程實例

東大院新設計及參與改造的電解煙氣凈化系統，通過采用自主開發的高位分區集氣技術、新型槽罩板、導桿及錘桿密封裝置以及新型兩端干法凈化技術，都取得了良好的運行效果，運行指標見表1。

表1 山東某400kA凈化系統運行指標

4 結語

通過上述的介紹與分析，我們認識到：提高電解煙氣凈化的集氣效率和凈化效率是實現電解鋁氟化物總量排放控制的必要措施；而東大院自主開發的高位分區集氣技術、新型槽罩板、導桿及錘桿密封裝置以及新型兩端干法凈化技術則是解決電解鋁氟化物排放超標的必要技術與裝備。新技術的開發與應用對以后新設計和改造電解煙氣凈化系統提供了有益的借鑒。同時也為提高我國電解鋁煙氣凈化技術裝備的發展指明了方向。