預(yù)焙陽(yáng)極焙燒爐煙氣吸附法凈化技術(shù)應(yīng)用

陸曉龍

（中電投 寧夏青銅峽能源鋁業(yè)集團(tuán)公司,寧夏 青銅峽 751603）

預(yù)焙陽(yáng)極焙燒爐煙氣吸附法凈化技術(shù)應(yīng)用

陸曉龍

（中電投 寧夏青銅峽能源鋁業(yè)集團(tuán)公司,寧夏 青銅峽 751603）

預(yù)焙陽(yáng)極焙燒爐煙氣的凈化有多種方法,原青銅峽鋁廠(chǎng)三期工程焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)采用干式電捕法。由于煙氣達(dá)不到排放要求,進(jìn)行改建為氧化鋁吸附法進(jìn)行煙氣凈化.主要介紹改建后的煙氣凈化系統(tǒng)的工作原理、工藝流程、主要設(shè)備、控制系統(tǒng)以及煙氣凈化效果.

1 概 述

預(yù)焙鋁電解槽所用陽(yáng)極炭塊要預(yù)先在焙燒爐內(nèi)進(jìn)行焙燒,其過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程.它是將含有 16%～23%瀝青粘結(jié)劑的生制品在隔絕空氣的條件下,通過(guò)1 000～1 300℃高溫進(jìn)行炭化的過(guò)程.在焙燒爐尾氣中,除燃料的燃燒產(chǎn)物和夾帶的填充料粉塵外,還含有大量的黏結(jié)劑熱解產(chǎn)物.主要成分為烴類(lèi)氣體、冷凝焦油霧滴、煙黑和一些致癌物質(zhì) -3,4苯并芘,當(dāng)生制品配有鋁電解用過(guò)的陽(yáng)極殘極時(shí),煙氣中還含有氟.因此,焙燒爐尾氣進(jìn)行凈化處理,對(duì)任何炭素廠(chǎng)都是非常重要的.

預(yù)焙陽(yáng)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(yáng)極焙燒爐煙氣電捕法凈化系統(tǒng)

2000年,原青銅峽鋁廠(chǎng)三期工程焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)采取電捕法,通過(guò)長(zhǎng)期使用,凈化系統(tǒng)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題:

（1）電捕焦油器存在電場(chǎng)運(yùn)行中跳閘頻繁.通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),電除塵器內(nèi)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(chǎng)跳閘頻繁.

（2）電場(chǎng)不能正常排污.電除塵器正常工作時(shí),捕集下來(lái)的瀝青等雜質(zhì)從錐體下部排出.由于電場(chǎng)頻繁跳閘,工作不正常.使得捕集下來(lái)的瀝青在錐體排污口進(jìn)行凝結(jié)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(tǒng)的排放達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),造成大氣環(huán)境污染,給企業(yè)造成損失.具體排放檢測(cè)數(shù)值詳見(jiàn)表 1.

3 現(xiàn)焙燒爐煙氣吸附法凈化系統(tǒng)

鑒于以上因素,原青銅峽鋁廠(chǎng)三期工程陽(yáng)極焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng),由原先電捕法改建為氧化鋁吸附法.2008年 4月開(kāi)始調(diào)試運(yùn)行至今,煙氣凈化效果明顯.

3.1 工作原理

三期工程陽(yáng)極焙燒爐采用 90室敞開(kāi)式環(huán)式爐,焙燒產(chǎn)生的煙氣中含有硫、氟、焦油和粉塵.在引風(fēng)機(jī)的吸力作用下,煙氣經(jīng)過(guò)環(huán)形煙道排出后,通過(guò)天然氣加熱爐加熱 （如果需要加熱）進(jìn)入立式干底式冷卻塔,冷卻降溫至 110℃以下后進(jìn)入文丘里反應(yīng)器.在反應(yīng)器中,煙氣與霧狀氧化鋁充分發(fā)生反應(yīng)、吸附.吸附后的含氟氧化鋁、粉塵以及其他含有有害物質(zhì)的煙氣進(jìn)入菱形扁布袋除塵器中.通過(guò)布袋的過(guò)濾作用,把氧化鋁、粉塵收集起來(lái),同時(shí)凈化后的煙氣通過(guò)主排風(fēng)機(jī)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(tǒng)的主要工作模式有三種:正常凈化模式、除塵器旁通、全過(guò)程旁通.

正常凈化模式為系統(tǒng)的正常工作方式,使煙氣通過(guò)噴淋冷卻塔、文丘里氧化鋁吸附反應(yīng)器、布袋除塵器去除有害物質(zhì)后,經(jīng)引風(fēng)機(jī)排放到大氣中.

除塵器旁通是指煙氣經(jīng)過(guò)噴淋冷卻塔,不經(jīng)過(guò)凈化除塵器,直接由引風(fēng)機(jī)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(shí)等情況下使用,以避免因煙氣溫度過(guò)高燒損除塵器布袋.

全過(guò)程旁通指焙燒煙氣不經(jīng)過(guò)噴淋冷卻塔、布袋除塵器和主副引風(fēng)機(jī),而通過(guò)地下煙道、引風(fēng)機(jī)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(tǒng)出現(xiàn)緊急故障及主副引風(fēng)機(jī)均同時(shí)發(fā)生故障或凈化進(jìn)口煙道、冷卻塔出口發(fā)生火情時(shí)使用,這樣可避免高溫?zé)煔鈸p壞除塵器或主副引風(fēng)機(jī).

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(shù)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(tǒng)主要設(shè)備

陽(yáng)極焙燒煙氣吸附法凈化系統(tǒng)主要由干底式冷卻塔、文丘里反應(yīng)器、布袋除塵器、排煙風(fēng)機(jī)和事故風(fēng)機(jī)等設(shè)備組成.

4.1 干底式冷卻塔

冷卻塔內(nèi)的最大風(fēng)速為 4 m/s,最短停留時(shí)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(jīng)過(guò)軟化后水的硬度降為 0.2～1.0mmo l/L.

來(lái)自焙燒爐的煙氣經(jīng)過(guò)溫度、壓力的檢測(cè),如果高于冷卻塔出口設(shè)定的 110℃,噴淋系統(tǒng)根據(jù)制定的冷卻塔進(jìn)、出口的溫差自動(dòng)調(diào)節(jié)三組高壓霧化噴嘴和水量,對(duì)煙氣進(jìn)行降溫,以防煙氣溫度過(guò)高燒損布袋.

4.2 文丘里反應(yīng)器

冷卻后的煙塵進(jìn)入除塵器前的水平管道內(nèi),然后分配到每臺(tái)反應(yīng)器內(nèi),注入反應(yīng)器的氧化鋁通過(guò)壓縮空氣的作用快速、均勻的噴灑到反應(yīng)器內(nèi),與向上流動(dòng)的煙氣充分的反應(yīng)和吸附.反應(yīng)器采用兩端圓錐形,可以降低設(shè)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(lái),同時(shí)過(guò)濾粉塵.含塵氣體以 15～18m/s的速度進(jìn)入風(fēng)箱內(nèi),由于進(jìn)風(fēng)箱內(nèi)斷面面積驟然擴(kuò)大,而且拐彎 180（°）進(jìn)入灰斗,大顆粒的粉塵由于重力的作用沉降到灰斗內(nèi),含有微粒的氣體從底部向上通過(guò)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(kāi)啟的閥門(mén)進(jìn)入排氣管,經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入大氣.

系統(tǒng)使用 4臺(tái)除塵器同時(shí)運(yùn)行.單臺(tái)設(shè)備的過(guò)濾面積為1 850 m2,除塵器的過(guò)濾風(fēng)速為0.51m/s.

5 煙氣吸附法凈化控制系統(tǒng)

煙氣吸附法凈化控制系統(tǒng)由 7個(gè)子系統(tǒng)組成:

5.1 噴淋控制子系統(tǒng)

在凈化工作模式下,啟動(dòng)的噴淋冷卻子系統(tǒng).煙氣溫度高于冷卻塔出口設(shè)定的溫度,PLC自動(dòng)啟動(dòng)噴淋系統(tǒng)對(duì)煙氣進(jìn)行降溫,冷卻塔出口裝有溫度檢測(cè)儀器,檢測(cè)冷卻塔出口的溫度.噴淋系統(tǒng)根據(jù)制定的冷卻塔進(jìn)、出口的溫差自動(dòng)調(diào)節(jié)噴嘴的數(shù)量和水量,對(duì)煙氣進(jìn)行降溫.煙氣溫度高于設(shè)定冷卻塔出口溫度時(shí),系統(tǒng)由凈化模式自動(dòng)切換至除塵器旁通模式運(yùn)行,避免煙氣溫度過(guò)高燒損布袋.

5.2 焙燒爐出口大水滅火子系統(tǒng)

焙燒爐出口溫度中的 2個(gè)檢測(cè)點(diǎn)溫度值大于,或凈化入口煙氣管道檢測(cè)到火警時(shí),啟動(dòng)該處的大水滅火閥,同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào).

5.3 加熱爐控制子系統(tǒng)

天然氣加熱爐采用全自動(dòng)加溫技術(shù).根據(jù)天然氣加熱爐前段的溫度檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果反饋到PLC,PLC根據(jù)天然氣加熱爐的進(jìn)、出口溫差自動(dòng)判斷.如果出口溫度低于設(shè)定的溫度時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)點(diǎn)燃天然氣給煙氣加熱到設(shè)定的溫度,如果測(cè)得溫度高于設(shè)定的溫度時(shí),系統(tǒng)將停止加熱.

5.4 布袋室反吹清灰控制系統(tǒng)

在凈化工作模式下,根據(jù)反吹工作的設(shè)定方式,每臺(tái)布袋除塵器有手動(dòng)、差壓清灰兩種模式,在 HM I畫(huà)面進(jìn)行選擇.各布袋室的進(jìn)出口差壓值高于設(shè)定差壓值時(shí),系統(tǒng)報(bào)警.

5.5 焙燒煙氣出口負(fù)壓控制子系統(tǒng)

在正常凈化模式、除塵器旁通、全過(guò)程旁通下,根據(jù)焙燒爐出口的負(fù)壓測(cè)量值和設(shè)定值,控制引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)相對(duì)應(yīng)角電動(dòng)執(zhí)行器調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度.分自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式.

5.6 氧化鋁給料量控制子系統(tǒng)

5.6.1 新鮮氧化鋁上料

上料系啟動(dòng),當(dāng)新鮮氧化鋁中間緩沖料倉(cāng)不是低限料位條件時(shí),且倉(cāng)泵不是向新鮮氧化鋁料倉(cāng)打料時(shí),啟動(dòng)給料機(jī),向倉(cāng)泵輸送新鮮氧化鋁,倉(cāng)泵的料位到達(dá)高限時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)停止向倉(cāng)泵加料,停給料機(jī);倉(cāng)泵的料位到達(dá)高限時(shí),且給料機(jī)已經(jīng)停止運(yùn)行,壓縮空氣儲(chǔ)罐出口壓力壓力正常,系統(tǒng)啟動(dòng)新鮮氧化鋁料倉(cāng)上除塵器,除塵器運(yùn)行信號(hào)到達(dá),延時(shí)打開(kāi)倉(cāng)泵的打料閥,向新鮮氧化鋁料倉(cāng)打料,當(dāng)倉(cāng)泵的料位到達(dá)低限時(shí),關(guān)閉倉(cāng)泵打料閥,重新向倉(cāng)泵加料,循環(huán)工作,直至新鮮氧化鋁料倉(cāng)的料位高限時(shí)停止上料.

5.6.2 新鮮化鋁布料

在凈化工作模式下,根據(jù)新鮮氧化鋁的給料流量和設(shè)定值,通過(guò)變頻器控制圓盤(pán)給料機(jī)的轉(zhuǎn)速,控制新鮮氧化鋁的給料量.分自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式.

5.7 含氟氧化鋁輸出控制子系統(tǒng)

凈化工作模式時(shí),含氟氧化鋁儲(chǔ)倉(cāng)的料位不是高限位的情況下,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)物料提升器的羅茨風(fēng)機(jī),向含氟氧化鋁儲(chǔ)倉(cāng)輸送含氟氧化鋁;在含氟氧化鋁儲(chǔ)倉(cāng)的料位不是低料位情況下,且外運(yùn)含氟氧化鋁中間緩沖料倉(cāng)不是的高料位情況下,就地 /遠(yuǎn)程啟動(dòng)倉(cāng)泵,打開(kāi)倉(cāng)泵進(jìn)料閥,當(dāng)倉(cāng)泵高料位時(shí),啟動(dòng)除塵器,關(guān)閉倉(cāng)泵進(jìn)料閥,啟動(dòng)倉(cāng)泵打料閥,向外運(yùn)含氟氧化鋁中間緩沖料倉(cāng)打料,周而復(fù)始.

就地 /遠(yuǎn)程啟動(dòng)或停止星形給料機(jī),并調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,達(dá)到控制輸送電解廠(chǎng)含氟氧化鋁的流量目的.

6 吸附法煙氣凈化排放指標(biāo)

自 2008年 4月開(kāi)始,煙氣吸附法凈化系統(tǒng)運(yùn)行.每月的煙氣檢測(cè)結(jié)果表明,煙氣中粉塵和瀝青煙含量有大幅下降,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家檢測(cè)指標(biāo).

圖 3為煙氣電捕法與吸附法凈化后實(shí)際效果照片.

表 2 改建后排放物具體數(shù)據(jù)一覽表

改建后排放物具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2,煙氣電捕法與吸附法凈化排放物檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示,吸附法明顯較電捕法凈化排放物低于國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn).

圖 2 凈化系統(tǒng)排放物檢測(cè)數(shù)據(jù)

7 結(jié) 語(yǔ)

三期工程煙氣吸附法凈化系統(tǒng),通過(guò) 1年 8個(gè)月實(shí)際運(yùn)行結(jié)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(tǒng)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(tǒng)采用的各種保護(hù)裝置是安全,可靠的.

A

1671-6620（2010）S1-0159-04