黃 校 岑加茂

(廣西百礦鋁業(yè)有限公司， 廣西 百色 533600)

0 前言

鋁工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎產(chǎn)業(yè)，同時也是高耗能高污染產(chǎn)業(yè)。進入21世紀以來，我國電解鋁工業(yè)得到迅猛發(fā)展，2017年我國電解鋁產(chǎn)能已突破4 000萬t，連續(xù)多年位居世界第一[1]；與此同時，電解鋁工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也越來越嚴重。在鋁電解生產(chǎn)過程中，多種氟化鹽高溫時與水發(fā)生水解反應產(chǎn)生有害的氟化氫氣體[2]，這些氟化氫氣體是電解鋁生產(chǎn)過程中的特征污染物，會嚴重污染空氣。目前,國內(nèi)外均采用干法凈化技術治理電解槽排出的含氟煙氣。本文以某鋁業(yè)公司為例，積極探索電解煙氣凈化優(yōu)化工藝，優(yōu)化鋁電解干法煙氣凈化系統(tǒng)，提高煙氣集氣效率和凈化效率。

1 某鋁業(yè)公司干法煙氣凈化系統(tǒng)概況

1.1 干法煙氣凈化工藝

1.1.1 工藝原理

干法煙氣凈化工藝的基本原理是利用氧化鋁對氟化氫氣體具有較強的吸附能力這一特性，讓電解煙氣與氧化鋁充分接觸，將煙氣中的氟化氫氣體吸附在氧化鋁表面，然后進行氣固分離，使煙氣中的氟化氫得到凈化[3-5]；與此同時，煙氣中的粉塵也被高效回收。干法煙氣凈化效率可達98%～99%。氧化鋁對氟化氫的吸附主要是化學吸附，速度快且不易解吸，反應可在1 s左右完成。吸附過程中，在氧化鋁表面生成單分子層吸附化合物，每個氧化鋁分子吸附2個氟化氫分子，其化學反應方程式如下：

6HF+Al2O3=2AIF3+3H2O

(1)

1.1.2 工藝優(yōu)點

鋁電解干法煙氣凈化工藝的優(yōu)點如下：

1)設備少、流程簡短、運行可靠、凈化效率高[6]。

2)可用于各種氣候條件，特別是缺水和冰凍地區(qū)。

3)基建和運行費用較低，經(jīng)濟效益較好。

4)凈化所用的吸附劑是電解生產(chǎn)原料——氧化鋁，吸附后的載氟氧化鋁直接加入電解槽用于電解生產(chǎn)，不存在廢水、廢渣及二次污染。

1.2 干法煙氣凈化系統(tǒng)概況

某鋁業(yè)公司作為某集團旗下首個煤電鋁電聯(lián)營鋁水項目，利用自身煤礦資源自建發(fā)電廠與其它兄弟企業(yè)共建局域電網(wǎng)，走循環(huán)經(jīng)濟綠色發(fā)展的路子。某鋁業(yè)公司設計產(chǎn)能為30萬t/a電解鋁水，分設2個廠房6個工區(qū)，共有電流為420 kA電解槽268臺，于2016年9月建成投產(chǎn)。2個電解廠房中間設置2套電解煙氣凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備有4臺排煙風機、2臺空氣提升機、2套32個凈化反應器組成的凈化除塵器，共有24 576條Φ150 mm×6 000 mm過濾除塵布袋，采用文丘里重力噴吹加料反應器、循環(huán)加料控制、寬間距沸騰床、氣流均布、在線脈沖噴吹清灰等技術功能。干法煙氣凈化的基本流程如圖1所示。

圖1 某鋁業(yè)公司干法煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程

2 某鋁業(yè)公司鋁電解干法煙氣凈化系統(tǒng)的優(yōu)化實踐

某鋁業(yè)公司為提高干法煙氣凈化系統(tǒng)的集氣效率和凈化效率，積極探索電解煙氣凈化優(yōu)化工藝措施，同時對排放指標進行24小時全天候監(jiān)督。在煙囪中部安裝24小時在線監(jiān)測系統(tǒng)設備采樣探頭，煙囪旁邊設立實時煙氣采集分析室，凈化系統(tǒng)煙囪中部及料塔頂端共分布設置了6個360度視頻監(jiān)控高清攝像頭，所有采集分析數(shù)據(jù)及監(jiān)控視頻直接傳輸?shù)阶灾螀^(qū)環(huán)保監(jiān)督部門，監(jiān)督手段趨向科技化、智能化、實時化。

2.1 提高煙氣集氣效率的優(yōu)化措施

2.1.1 開啟備用引風機

為加大電解煙氣捕集率，某鋁業(yè)公司將每套凈化系統(tǒng)排煙引風機由原三開一備的運行方式改為四臺全運行，加大力度對電解產(chǎn)生的煙氣進行有組織抽排控制，減小二次無組織排放。此項投入一個月增加排煙風機的電量消耗115.77萬kWh，如電價按0.35元/kWh計算，月新增的電費成本約40萬元。

2.1.2 加強電解槽作業(yè)槽蓋板管理

某鋁業(yè)公司專門制定了環(huán)境保護管理辦法，凈化系統(tǒng)全面密封管理，特別加強電解車間槽罩的監(jiān)督管理，要求電解換極作業(yè)槽只能開啟3塊槽蓋板，一個工區(qū)同時打開槽蓋板換極臺數(shù)不得超過3臺。生產(chǎn)運行科及安全環(huán)?？萍訌娧惨暀z查，對違反環(huán)境保護管理辦法的單位及個人在全公司范圍內(nèi)給予通報考核。同時，加強對電解煙氣凈化工藝的控制管理，嚴肅工藝紀律，對未執(zhí)行到位或出現(xiàn)異常情況未及時處理的班組按相關考核制度落實考核，確保鋁電解煙氣實現(xiàn)高效捕集。

2.1.3 檢測調(diào)節(jié)電解槽支煙管負壓

每季度對電解槽支煙管負壓進行檢測，對明顯偏高或偏低的個別槽進行調(diào)整，確保電解負壓控制在合理均衡有效抽風范圍值，將負壓系統(tǒng)調(diào)整至最佳狀態(tài)，提高單臺電解槽抽風負壓，以減少煙氣的無組織排放。

2.1.4 控制除塵器布袋壓差，提升總管負壓

有效控制凈化除塵器的壓差，確保壓差控制在合理范圍。在除塵器濾袋承載力范圍保持較低壓差值時，使用凈化除塵器噴吹間隔及噴吹壓力合理搭配，相應減小氧化鋁在除塵布袋外側保持的附著量，降低粉塵附著阻隔細微煙塵穿透排放的阻力，進一步提升煙管總負壓，盡全力使排煙風機更多有用功作用于電解煙氣集氣捕集上。

2.1.5 封堵電解槽槽蓋板泄漏間隙及各泄漏點

由于電解槽槽蓋板設計上存在缺陷，電解槽出鋁端和煙道端的槽眉與槽蓋板三角板之間縫隙密封不嚴氣體收集泄漏，同時煙氣捕集管道軟性補償連接器在負壓作用下極易出現(xiàn)破損，電解氣體容易透過間隙散發(fā)至廠房，不被凈化系統(tǒng)有效捕集回收，將會造成員工工作環(huán)境差。因此，在電解車間的每臺電解槽出鋁端、煙道端前后的4塊三角蓋板上端蓋板骨架上，安裝耐高溫的密封補償板；同時凈化崗位加強巡查及時封堵老舊脆化破損的系統(tǒng)密封件，嚴密防止煙氣無組織排放。

2.2 提高煙氣凈化效率的優(yōu)化措施

2.2.1 改進新鮮投料控制閥

某鋁業(yè)公司原設計的煙氣凈化系統(tǒng)新鮮投料控制閥是用普通鐵質(zhì)插板閥，其能實現(xiàn)物料的投放及切斷，但其在投料均衡持續(xù)穩(wěn)定方面極不穩(wěn)定，單個反應器投料經(jīng)常忽大忽小，甚至出現(xiàn)大小不受控的情況，要么就投料很大，要么就不下料。投料大小的把控全靠崗位人員的個人感知，無法形成統(tǒng)一標準的可持續(xù)性的、相對穩(wěn)定的投料控制。由于投料在多個反應器下料不一，不能使煙氣與吸附劑充分混合，凈化效果大打折扣。經(jīng)過反復試驗引進了一種調(diào)節(jié)控制器并通過投料溜槽再造等技術升級，實現(xiàn)每套凈化系統(tǒng)32個反應器投料均衡一致，避免因投料偏小而未能有效吸附有害煙氣的問題。

2.2.2 改進循環(huán)投料控制裝置

煙氣凈化系統(tǒng)循環(huán)投料設計初衷是除塵器灰斗積料來料、返回料、循環(huán)投料三元動態(tài)平衡，但是由于實際運行過程中產(chǎn)生氧化鋁板結料，返回料會出現(xiàn)上述提及的新鮮投料控制閥一樣的問題，加上返回料為灰斗下料最下沿出口，大量的結渣隨自重物流移至閥板處沉積造成堵料，此時循環(huán)投料口成為灰斗最下沿出料口，同理又將循環(huán)投料出口及溜槽堵死。循環(huán)投料沒有渣塊過濾裝置，吹刷積堵溜槽時其渣塊通過反應器后再次進入灰斗，如此循而復往，清吹溜槽堵料工作只治標不治本。若要將渣塊從“死循環(huán)”中徹底清除需進行灰斗排料、開箱清理，其工作量大而且還存在安全風險。

結合多種不足，設計了一種集分料、分渣、定量于一體的循環(huán)投料控制裝置，如圖2所示。改進后的裝置能有效地將灰斗內(nèi)渣塊料渣分離，解決了返回料與循環(huán)料的分料控制，實現(xiàn)了來料、返回料、循環(huán)料的三元動態(tài)平衡，從根本上確保循環(huán)投料持續(xù)穩(wěn)定投料，進而有效提升凈化吸附效率。

圖2 煙氣凈化系統(tǒng)改造前后的循環(huán)投料控制裝置

2.2.3 改進反應器投料噴料裝置

煙氣凈化系統(tǒng)反應器投料噴料裝置設在反應器內(nèi)，用壓縮空氣作為噴料助吹，因壓縮空氣壓力較高及氧化鋁顆粒流動沖刷影響，極易造成噴料器托盆、管道磨穿漏料。循環(huán)投料噴料裝置未設有噴料助吹氣源，因載氟氧化鋁受原料輸送破碎變細、載氟量上升、雜質(zhì)增加等影響，其噴灑效果不佳。偶爾出現(xiàn)循環(huán)投料直接堆積于出口與托盆間隙間造成堵料，就算其能自然流動，也會出現(xiàn)原料剛流動到托盆邊沿就受逆風負壓帶動上升，在反應器內(nèi)形成吸附劑未能覆蓋的氣流通道，吸附效果依然不佳。

為此，某鋁業(yè)公司引進了一種無動力加料噴射裝置更替原有噴料裝置，該噴料裝置能有效解決上述問題與不足，新鮮投料和循環(huán)投料噴料能橫灑至反應器邊緣，形成兩道嚴密的吸附攔截網(wǎng)，從攔截網(wǎng)往上形成一段混合反應柱，使煙氣凈化吸附充分反應。

2.2.4 改進除塵布袋漏袋檢測技術

煙氣凈化系統(tǒng)除塵布袋漏袋檢查延續(xù)傳統(tǒng)人工檢查確認更換方式，為減小布袋漏袋檢查工作，在每一列除塵器總出口設置了粉塵探測儀，在粉塵探測儀器輔助下檢查布袋漏袋范圍鎖定在某列8個箱體內(nèi)。在科技智能化的推動指引下，通過技術升級改造，把除塵布袋漏袋檢查范圍不斷縮減，將原本一列8個箱體(3 072條濾袋)縮減到某一個箱體(3 072條濾袋)，最終縮減到某個箱體的某一根噴吹管(16條濾袋)。僅從縮小檢查范圍看，縮小檢查范圍高達99%。

3 優(yōu)化效果

經(jīng)過上述多種優(yōu)化措施聯(lián)合實施，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)以及采樣比對檢測結果雙重驗證，某鋁業(yè)公司的鋁電解干法煙氣凈化系統(tǒng)得到優(yōu)化，獲得了良好的環(huán)保效益、經(jīng)濟效益和社會效益。

1)鋁電解煙氣凈化排放指標明顯改善。其中氣氟穩(wěn)定控制在0.5 mg/m3以下，總氟(氣氟加塵氣氟)排放穩(wěn)定在1.5 mg/m3左右，多數(shù)時間均在1.0 mg/m3以下；顆粒物平穩(wěn)在3.0 mg/m3左右。

2)氟化鋁單耗下降，節(jié)約成本。在煙氣排放數(shù)據(jù)得到優(yōu)化的同時，電解載氟氧化鋁含氟量明顯上升，其含量從原來1.0%上升至1.5%，為電解節(jié)省氟化鹽投入提供先決條件，僅2018年技改前后氟化鋁單耗下降2.28 kg,單從氟化鋁單耗下降成本核算上看，按產(chǎn)能30萬t/a計，剔除投入的電費成本后一年仍可創(chuàng)收100多萬元。

3)電解煙氣排放優(yōu)于國標限值，改善了車間生產(chǎn)工作環(huán)境，保障工人健康。

4 結束語

現(xiàn)代化鋁電解工業(yè)技術快速發(fā)展的當下，國家對節(jié)能減排、環(huán)境污染控制越來越嚴格，某鋁業(yè)公司會持續(xù)在鋁電解煙氣凈化方面不斷升級優(yōu)化，努力實現(xiàn)低值排放，未來將在電解煙氣脫硫方面展開攻關，努力實現(xiàn)環(huán)保、效益雙豐收。