鋁用炭素廠瀝青熔化車間瀝青煙焚燒處理技術應用研究

羅宏武，邊振濤，金明虎

（1.中國鋁業集團有限公司，北京 100089；2.西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900）

目前，我國大部分的電解鋁廠使用預焙陽極炭塊，預焙陽極炭塊是以石油焦為原料，以煤瀝青為黏結劑，經過石油焦煅燒、中碎、篩分、細碎、瀝青的熔化、配料、混捏、成型和焙燒等工序加工制作而成。作為黏結劑，固體瀝青在熔化和液體瀝青的儲存過程中會產生大量的瀝青煙。研究表明，瀝青煙中含有大量的烷烴和苯類物質，不僅會污染環境，對人體也會產生巨大的危害，其中瀝青煙中所含的3,4-苯并芘是引起皮膚癌、肺癌、胃癌和食道癌的主要原因之一[1]。隨著近年來電解鋁行業的快速發展，瀝青煙的排放量大大增加，同時由于國家及政府對環境保護要求的日益提高以及人們環保意識和健康意識的日益增強，對瀝青熔化過程及液體瀝青儲存過程中產生的瀝青煙的治理提出了更高的要求。本文主要針對電解鋁行業炭素廠瀝青熔化車間固體瀝青熔化及液體瀝青的儲存過程中產生的瀝青煙的處理技術進行研究分析。

1 傳統的瀝青煙治理工藝

目前，我國針對瀝青煙的治理已經進行了大量的研究，使用較多的主要為靜電捕集法、吸收法和干式吸附法[2]。

1.1 靜電捕集法

靜電捕集法主要是瀝青煙中的大分子和顆粒物在高壓靜電場的作用下進行捕集和去除。靜電捕集法的優點是對瀝青煙的去除效率高，去除效率可達95%。缺點是對瀝青煙中的苯并[a]芘幾乎無去除，同時靜電捕集法在去除瀝青煙的過程中會產生電捕焦油，電捕焦油屬于危險廢物，在一定程度上增加了二次污染。

1.2 吸收法

吸收法主要是利用水、汽油和柴油等有機類液體作為吸收劑，在瀝青煙和吸收劑的逆向接觸過程中去除瀝青煙。吸收法的主要缺點是在去除瀝青煙的過程中會產生大量廢液，造成二次污染，廢液的處理難度大，處理費用高，同時對設備的腐蝕嚴重[3]。

1.3 干式吸附法

干式吸附法主要是使用如活性炭、氧化鋁等具有大表面積的物質作為吸附劑對瀝青煙進行去除。干式吸附法的優點是流程簡單，煅燒后的煅燒焦可以作為吸附劑去除瀝青煙，吸附瀝青煙后的煅燒焦可返回配料工序循環使用，在一定程度上做到資源循環利用。吸附法的缺點是瀝青煙中含的焦油等物質易堵塞吸附劑，吸附劑更換頻率較高，后期投資較大。

2 焚燒爐焚燒法瀝青煙處理技術

2.1 焚燒法處理瀝青煙原理

焚燒法是利用瀝青煙具有可燃的特性，在一定的條件下，利用高溫把瀝青煙燃燒處理生成CO2和H2O[4]。研究表明，瀝青煙中含有大量的可燃性物質，其主要成分為碳氫化合物，燃燒溫度控制在800～1000℃，氧氣充足，瀝青煙的停留時間在0.5 s左右時，瀝青煙中的烴類物質可得到充分的燃燒，其去除效率可達到99%。同時，瀝青煙中難去除的苯并[a]芘也可以得到充分的去除，其去除效率可達99%。

2.2 蘭鋁焚燒法去除瀝青煙應用分析

當前，人們的環保意識日益提高，中國鋁業蘭州分公司（以下簡稱“蘭鋁”）二廠區現有的電捕焦設備已不能滿足現行環保要求，從環保角度及企業實際情況考慮，蘭鋁決定對二廠區電捕焦設備進行改造，采用焚燒爐焚燒法對瀝青熔化車間瀝青煙進行治理，以期達到現行環保要求。

針對蘭鋁二廠區實際情況，對于蘭鋁二廠區瀝青熔化車間，采取焚燒爐焚燒加余熱導熱油爐的工藝。處理系統主要包括瀝青煙焚燒爐、余熱油導熱爐和蒸汽蒸發器等。收集的瀝青煙首先經過焚燒爐焚燒處理，焚燒處理后的煙氣和焚燒爐天然氣燃燒產生的廢氣一起進入余熱導熱油爐和蒸汽蒸發器進行余熱利用，最終經過新建的15 m高的煙囪排放，其工藝流程如圖1所示。

圖1 瀝青煙治理系統工藝流程

2.2.1 系統工藝參數

余熱導熱油爐和蒸汽蒸發器的工藝參數分別如表1、表2所示。

表1 余熱導熱油爐工藝參數

表2 蒸汽蒸發器工藝參數

2.2.2 去除效果分析

經過焚燒爐和余熱利用后，瀝青煙和苯并[a]芘的去除效率可達到99%，其排放能夠滿足《鋁工業污染物排放標準》（GB25465-2010）及修改單中相應標準。經焚燒爐和余熱利用系統處理前后，瀝青煙的濃度、排放速率和去除效率如表3所示。

2.2.3 與傳統電捕焦處理工藝對比分析

蘭鋁二廠區瀝青熔化車間現有電捕焦設備對瀝青煙和苯并[a]芘的處理情況如表4所示。

由表4可以看出，電捕焦設備對瀝青煙的去除效率可達到97%，去除效果較好，但是對苯并[a]芘的去除效率只有21%，去除效果較差。

與傳統的電捕焦設備相比，焚燒爐焚燒處理和余熱利用法具有以下優點：焚燒爐焚燒和余熱利用法對瀝青煙和苯并[a]芘的去除效率較高，尤其是對苯并[a]芘的去除效率較為明顯；焚燒法在運行過程中不會產生危險廢物，而電捕焦設備處理瀝青煙和苯并[a]芘會產生大量的電捕焦油，電捕焦油屬于危險廢物，電捕焦油處理不當會對環境產生二次污染；焚燒爐焚燒法在運行過程中產生的余熱可以得到充分利用，達到資源節約和循環利用的目的；焚燒爐焚燒和余熱利用法，其不足之處在于焚燒爐使用天然氣作為燃料，在運行過程中會產生一定廢氣，其成本相對較高，中小企業應用有一定的難度[5]。

表3 瀝青煙和苯并[a]芘產排濃度及去除效率

表4 現有電捕焦設備對瀝青煙和苯并[a]芘的去除效果

3 結論

炭素廠瀝青熔化車間產生的瀝青煙和苯并[a]芘經過焚燒爐焚燒和余熱利用后，其排放濃度能夠滿足《鋁工業污染物排放標準》（GB25465-2010）及修改單中相應的限值要求，余熱能夠得到充分的利用。利用焚燒爐焚燒和余熱利用法對瀝青煙和苯并[a]芘去除，能夠獲得較好的環境效益，同時資源節約和循環利用效果較好，其在炭素廠瀝青煙和苯并[a]芘的去除上具有廣闊的應用前景。