鋁電解煙氣凈化技術的分析與研究

徐波

摘 要：電解鋁生產過程中產生的有害氣體（主要是HF氣體），這些煙氣對人的身體健康和周圍生態環境都會造成危害，為改善環境，充分利用自然資源，達到生產與自然的和諧，充分利用煙氣凈化工藝技術對有害氣體進行吸附過濾，并將過濾后的產物返回電解槽進行二次利用。凈化效果的好壞必須通過定期檢測來進行管控。

關鍵詞：煙氣捕集;凈化工藝控制;濾袋除塵器;凈化效果檢測

1 煙氣收集凈化概述

在鋁電解生產過程中，因電化學反應產生的煙氣，需經過收集處理后才能排放至大氣中。這些氣體對環境污染、人身健康有著嚴重的影響，故采取煙氣收集凈化技術，對電解生產及環境保護有著深遠的意義。

1.1 煙氣的基本知識

電解鋁生產過程中，除陽極氣體（CO2、CO）外，還會釋放出有害的煙氣（主要是HF氣體），這些煙氣對人的身體健康和周圍生態環境都會造成危害。另外，在鋁電解煙氣中還含有可回收利用的物質（主要是HF和揮發粉塵）。因此，為改善環境，充分利用自然資源，達到生產與自然的和諧，就必須搞好鋁電解煙氣的凈化回收工作。

1.2 煙氣收集的發展狀況

鋁電解煙氣凈化回收，首要是要做到有效的捕集電解槽散發出的煙氣。電解槽結構不同，所采用的集氣方式也不相同。中間下料預焙槽采用很多小塊罩板把整個電解槽密閉起來，所收集到的煙氣通過電解槽一端的排煙支管匯總到電解廠房兩側的排煙總管，再送到凈化系統。由于是中間自動加工下料，除出鋁和換陽極工作外，其余不用敞開罩板，因此，集氣效率高（98%），效果好。邊部加工預焙槽多采用機械或液壓傳動集氣罩，罩體是整體。加工出鋁和陽極工作等都必須打開罩蓋，因此效果比中心下料預焙槽差，集氣效率低。

電解槽的煙氣捕集效果通常用煙氣的集氣效率來表示。集氣效率是指進入系統的煙氣量與電解槽排煙量之比。集氣效率高、低是凈化回收效果好、壞的一個主要標志。由于電解槽結構的不同，所以每種槽型集氣效率都有個極限值：中心下料預焙槽為94%～98%;邊部加工預焙槽為81%～88%。隨著電解鋁工業化生產的發展技術的進步，同時也隨著人類環保意識的增強，鋁電解煙氣收集和處理也在不斷進步和改進。隨后煙氣凈化處理便產生了濕法凈化和干法凈化兩種煙氣凈化形式。隨著大型中心下料槽的發展應用，現廣泛采用干法凈化。

1.3 煙氣在生產中的控制

為防止鋁電解煙氣在生產中的無序排放，做好煙氣在生產中的控制，管理工作要在職工思想教育、組織架構建立、技術支持、經濟措施等方面進行有效工作。作為一項管理行為，必須建立起組織架構，從公司職能部門到車間執行層再到一線操作工人都要有責任單位、責任人，并規定相應的職責和權力、管理辦法和管理操作流程。以一種組織形式，一級對一級進行管理、檢查，一級對一級負責，形成專項管理體系，提高管理效率，使減少煙氣排放成為一種義務、一種責任。

要想將煙氣排放控制好，除了人的思想重視，成為一種習慣建立組織架構，同時還必須提供有效的技術支持。要不斷改進煙氣收集設備，例如：設計更加合理的槽罩板，提高罩板的密封性;根據氣流原理設計高效的高位集氣結構;針對換極操作利用雙煙管收集及時調整不同電解槽，不同時間的負壓，減少換極操作中的煙氣外溢。

2 凈化工藝控制點及相關參數

2.1 干法凈化系統工藝

干法凈化系統工藝主要適用于預培槽。各廠預培槽型不同，干法凈化回收系統設備不盡一樣，但基本工藝流程相同，都要經過電解的集氣、吸附、氣固分離、氧化鋁輸送和排氣等幾個工序。

鋁電解槽的電解煙氣由密閉的集氣罩捕集，經由煙氣管道引入吸附反應器，同時向反應器中加入一定數量的吸附劑--氧化鋁粉，使氣固（氧化鋁和煙氣）充分混合進行吸附反應，氧化鋁從料倉經加料管連續加入，加料管上裝有控制閘板閥或葉輪給料機，控制調整氧化鋁的加入量。煙氣在喉管處的流速為14m/s，氧化鋁在反應器中呈懸浮狀態，高度分散于氣流中，流速為7m/s，氣固接觸時間約為0.8s，然后進入布袋除塵器中進行氣固分離，分離凈化后的清潔廢氣經由排煙風機和煙囪排入大氣。布袋除塵器過濾下來的含氟氧化鋁通過風動溜槽返回載氟氧化鋁料倉以供電解生產使用。

在凈化系統中，煙氣流的動力均由排煙風機提供，整個系統均在負壓狀態下運行。其凈化效率：氣態氟達95%以上，固態氟達85%以上，全氟達90%以上，除塵總效率達99%以上。

2.2 煙氣收集與煙道負壓、煙氣流速、管徑的關系

電解車間產生的煙氣量收集前提是槽出口負壓必須達到一定的壓力，才能夠將煙氣回收。負壓的大小取決于凈化系統設計風機的引風機量、除塵器布袋的阻力、系統管網的阻力及管道風速的大小。

回收的煙氣量即煙氣流量=煙氣流速*管徑。在管徑一定的情況下，煙氣流速越高，單位時間內回收的煙氣量越大，反之越少。

2.3 煙氣干法凈化系統的主要設備

煙氣干法凈化常用設備有：煙氣捕集管道，吸附反應設備、氣固分離設備、給料設備、風機、新鮮氧化鋁供給設備、載氟氧化鋁回收設備等。

2.3.1 煙氣捕集管道

從電解槽上集氣到新鮮氧化鋁入口屬于煙氣捕集部分。電解生產產生的含氟煙氣，被可移動的鋁合金槽罩板密閉在槽腔內，通過支煙管導入主煙道。支煙管上裝有風量調節閥。主煙管由一定厚度的鋼板焊接成圓筒形，煙道直徑由電解槽產生的煙氣量而定。煙道閥的控制點：為了均衡單臺槽煙氣量，從端頭槽開始依次開度變小，具體的開度大小需要借助測量風速或者負壓儀器進行調整。

2.3.2 吸附反應設備

煙氣經過電解煙道匯總至凈化系統后，進入凈化反應煙道中，與新鮮氧化鋁粉在反應器中完成吸附反應。

2.3.3 吸附期間的部分供風設備及后續煙氣流向

反應后的無害氣體在引風機作用下，通過除塵器出口煙道排入大氣中。

2.3.4 氣固分離設備（濾袋除塵器）

所謂氣固分離設備即袋式除塵器。用于鋁電解煙氣凈化的袋式過濾器有脈沖袋式過濾器和反吹風袋式過濾器。過濾機理是：當含有粉塵（或固體顆粒）的氣體通過過濾料層時，只讓氣體穿透過去，而粉塵被阻留在濾料表面上。此分離過程有兩個步驟：一是濾料纖維層對塵料鋪集;二是粉塵對塵粒的鋪集。

袋式過濾器的優點是過濾效率高，一般為99%以上。過濾后，排出的氣體塵粒很少，在過濾速度選擇適宜的情況下，入口含塵濃度變化對過濾效率和壓力損失影響不大，運行穩定，適應性強，便于回收粉料，實現綜合利用。

①脈沖袋式過濾器，已在較多鋁廠的煙氣干法凈化系統中應用，它又分高壓和低壓兩種類型。它的工作原理是利用壓縮空氣為動力，按要求開啟脈沖閥，瞬間內將壓縮空氣噴入濾袋產生膨脹，將粘附在濾袋外邊面粉塵抖落下來，達到清灰目的。脈沖袋式過濾器均為外濾式，有圓形濾袋，也有扁形濾袋。兩種脈沖帶式過濾器均在鋁電解煙氣干法凈化系統中應用，低壓式能耗低，鋁行業應用得較多;②反吹風袋式過濾器，即利用電機驅動風機吸入大氣，以正壓形式與過濾器氣流流向相反的方式吸入濾袋，使濾袋產生微振將粘附在濾袋外邊面的粉塵抖落，達到清灰目的。反吹風袋式過濾器，有外濾式，內慮式;濾袋有圓形、扁形、菱形。目前應用在鋁電解煙氣凈化系統中多為外濾式，濾袋為菱形，每條濾袋由29個菱形組成，再有12條濾袋排列為一個單元（一個箱體）類似蜂窩狀，亦可稱蜂窩狀袋式過濾器。

2.4 干法凈化回收工藝的優、缺點

優點：①流程簡單，運行可靠，設備少，凈化效率高;②干法凈化回收不需要各種洗液，不存在廢水，廢渣及二次污染，設備也不需要特殊防腐處理;③干法凈化回收所用吸附劑是電解鋁生產的原料氧化鋁，不需要專門制備，回收的氟可返回電解生產使用;④干法凈化回收可適用于各種自然條件下，特別是缺水和冰凍地區;⑤基建和運行費用較低。

缺點：①凈化二氧化硫的效果差;②原料氧化鋁在凈化過程中，因多次循環，容易帶進雜質;③吸氟后的氟化鋁飛揚較大。

3 結束語

綜上所述鋁電解煙氣干法凈化技術以成本低、凈化效率高、安裝環境要求低的優勢被冶金行業所廣泛采取，但隨著國家環保形勢的日趨嚴格，該技術在濾袋清灰方面和濾袋材質選擇方面正在逐步尋求新的突破，以提高鋁電解煙氣的回收效率和國家新的排放標準的要求。

參考文獻：

[1] GB/25465-2010，鋁行業污染物排放標準[S].環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局，2010.

[2]王捷.電解鋁生產工藝與設備[M].北京：冶金工業出版社，2006.