NEUl電解煙氣凈化綜合治理技術

王尚元，劉 靖，艾自金

（1.東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166；2.中國有色金屬建設股份有限公司，北京 100029）

1 污染物的種類及來源

電解鋁生產過程中的有害煙塵主要有氟化物、粉塵和SO2。其中，氟化物主要來自電解槽內氟化物熔鹽的分解和揮發；粉塵來自加料和換極時氧化鋁和覆蓋料的飛揚；SO2是由炭陽極所含的S元素在電解過程中氧化生成[1]。這些有害煙塵排放主要有兩個途徑：一部分是以有組織的形式被電解槽的集氣系統收集，經干法凈化系統處理后排空；另一部分是在生產及工藝操作過程中以無組織的形式經由天窗散發到周邊環境中。

2 治理現狀

國際上通常采用“噸鋁排氟量”這個指標來衡量一個電解鋁廠的環保水平。目前，國內的排放標準為小于0.9kg/t-Al，歐盟的排放標準是0.35kg/t-Al。目前，無組織的排放量遠大于有組織的排放量，是影響電解鋁廠氟化物排量總量的主要因素。因此，要進一步降低氟化物等污染物的排放量，即實現環境總量的控制目標，需要從有組織排放和無組織排放兩個方面采取有效措施，才能實現進一步降低有害污染物排放的目標。

3 污染物綜合治理方案

東北大學設計研究院（有限公司）（以下簡稱東大設計院）開發的鋁電解煙塵收集和凈化深度綜合治理技術及成套裝備，可使電解煙塵的排放指標滿足歐盟的排放要求。下面從如何控制煙塵的有組織和無組織排放兩個方面分別介紹應采取的相關技術措施。

3.1 控制煙塵有組織排放的技術措施

（1）提高集氣效率。①高位分區集氣技術。東大設計院開發的高位分區集氣技術，充分利用了熱煙氣的煙囪效應；加之應用對排煙結構進行模擬優化設計，使得電解槽槽罩內負壓分布均勻。實際工程應用表明：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99%以上的集氣效率。“高位分區集氣系統”模型可見圖1。②雙煙道排煙技術。當對電解槽進行操作的時候，為減少煙氣的無組織排放，煙氣量按正常生產時煙氣量的2倍考慮，為了減少煙氣的外溢并減少對煙氣凈化排煙管網系統的沖擊，設置副煙管處理電解槽的新增煙氣。電解槽集氣系統采用上述技術措施后，集氣效率可達到99%以上。

圖1 高位分區集氣系統3D模型

（2）提高凈化效率。東大設計院研發的兩段相向流煙氣干法凈化技術，應用特殊的逆流吸附工藝，有效提高了煙氣的凈化效率；較傳統干法凈化工藝技術，煙氣中的氟化物明顯降低。傳統凈化技術處理后煙氣中全氟濃度在7mg/Nm3左右，而采用相向流煙氣干法凈化工藝處理后的排放濃度為：粉塵＜3mg/Nm3，全氟＜0.85mg/Nm3。

（3）濕法脫硫系統。目前，在國內日益嚴峻的環保形勢下，國內大多數電解鋁企業已經提前建設濕法（鈣法）脫硫系統，含硫煙氣經過處理后，SO2排放濃度可以從200mg/Nm3降至＜35mg/Nm3，同時，煙氣中氟化物濃度得到了進一步的降低。

經過濕法脫硫系統處理后的煙氣排放濃度為：SO2＜35mg/Nm3；粉塵＜5mg/Nm3，全氟＜0.5mg/Nm3，達到超低排放標準的要求，氟化物排放降低約0.2kg/t-Al。總氟排放降低至小于0.4kg/t-Al。

3.2 減少煙塵無組織排放的技術措施

（1）殘極冷卻排煙系統。在殘極的冷卻過程中會產生大量的高溫含氟、含塵煙氣。東大設計院開發的殘極冷卻系統，利用殘極冷卻箱收集殘極冷卻過程中產生的煙氣。殘極冷卻箱放置在電解車間的大面，并利用排煙管道將產生的煙氣輸送到電解煙氣凈化系統集中處理。應用結果表明，采用該系統可以降低氟化物排放約0.05kg/t-Al。

（2）多功能天車移動集氣凈化系統。目前，大多數無組織排放的煙氣，是在更換陽極的操作過程中產生的。東大設計院在行業內率先開發的多功能天車移動集氣凈化系統，將陽極更換過程中產生的高溫含氟、含塵煙氣收集，并通過干法凈化系統進行凈化處理，會大幅度降低無組織排放的煙氣量。采用多功能天車移動集氣系統可以降低氟化物排放約0.1kg/t-Al。總氟排放可降低至小于0.25kg/t-Al。

（3）電解車間天窗凈化系統。盡管采取了諸多措施用于減少電解煙氣的無組織排放，但是電解車間無組織排放的污染物仍然存在，還是會對周圍環境產生不利影響。目前，電解車間廠房通風結構優化設計的結果是：電解車間無組織排放的煙氣僅有一個出口，即電解車間頂部的通風天窗。基于此，東大設計院開發了“電解車間天窗凈化系統”，該系統采用天窗噴淋治理的方法凈化天窗排放的含氟煙氣。

該系統遵循有色和環保行業先進的設計理念，確保凈化系統可以達到高效反應、閉環運行、循環利用和廢水零排放的設計標準。采用電解車間天窗凈化系統可以降低氟化物排放約0.12kg/t-Al。

4 其他輔助技術措施

（1）無閥門變徑控制技術。傳統的支煙管調節方式需要工人在高空對調節閥門進行操作，操作不安全且技術指標無法保障。因此，東大設計院開發了“無閥門變徑控制技術”。通過數值模擬，采用變徑管預設控制不同電解槽間出口煙氣負壓和風量，且節省了安裝在支煙管上的調節閥門。采用“無閥門變徑控制技術”，不但具有良好的技術經濟指標，而且還降低了項目投資和運行維護費用，簡化了后期運行維護管理。

（2）多單元主排煙管網集氣技術。采用分區控制的思路，東大設計院通過數值模擬的手段開發了的“多單元主排煙管網集氣技術”，使整個排煙管網的阻力平衡得到進一步優化。

（3）電解車間通風墻設計。電解車間設置通風墻，使車間內氣流組織更為合理，有利于有害物質和余熱的排出。

5 綜合治理后的排放指標

采用上述深度綜合治理技術后，東大設計院開發的電解煙塵綜合、深度治理技術的排放指標對比表詳見表1。

表1 電解煙塵深度綜合治理技術的排放指標對比表

通過表1可以發現：東大設計院開發的電解煙塵深度綜合治理技術的排放指標優于歐盟的排放指標，在電解煙塵治理領域可以發揮更大的作用，可以為提高我國電解鋁的整體裝備技術水平做出更大貢獻。