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1  现状及分析

目前国内预焙阳极电解铝含氟废气控制技术主要采用 “ 管道式 ”电解铝含氟烟气干法净化技术 , 该技术做到了电解铝含氟烟气达标排放 , 但存在运行不稳定、吸附不均匀、氧化铝破损大、操作控制难度大等缺陷 , 采用 “n型喷射两级逆流吸附干法净化技术 ”克服了 “管道式 ”电解铝含氟烟气干法净化技术中的缺陷 , 不仅从根本上解决了电解铝含氟废气污染治理问题 , 促进了电解铝高效生产 , 同时进一步提高了含氟废气净化效率 , 降低了吨铝氟化盐消耗及吨铝氟化物排放量 , 实现了节能降耗减污和更低排放量的达标排放 , 在我国铝电解含氟废气控制技术方面具有很好的推广应用价值。

2  铝电解工艺

铝电解工艺生产采用传统的冰晶石 — 氧化铝熔融电解法 , 将冰晶石、氟化铝及其它添加剂等物质按要求的配比加入电解槽内 , 将一定量的沙状氧化铝及吸附了电解烟气中氟化物的载氟氧化铝原料溶解于熔融的冰晶石中 , 通过炭素阳极导入直流电流 , 发生电化学反应 , 在阴极上析出液态铝。电解生产过程中析出的 O2 同阳极炭反应生成 CO和 CO2 , 这些气体与氟化盐水解产生的氟化氢、四氟化碳以及氟化盐挥发、氟化铝升华的凝聚物和含氟烟气经电解槽的密闭罩收集后送往采用 Al 2O3为吸附剂的干法净化系统处理 , 净化后的烟气排入大气。

300K A大型预焙阳极电解槽共两个车间 248 台 , 建设有 n型喷射两级逆流吸附干法净化设施 3 套、连续计量 “ 组合式 ”输送系统 6套。 ”工艺流程见图 1。

3  烟气净化

3.1  烟气净化技术

铝电解生产用原料氧化铝具有较大的比表面积 , 对氟化氢气体有较强的吸附能力。铝电解生产过程中产生的含氟烟气经密闭罩捕集后 , 经电解排烟支管汇入排烟总管 , 在进入脉冲喷吹袋式收尘器之前 , 将新鲜氧化铝、载氟氧化铝分别经过均匀分料后 , 加入排烟总管和 n型喷射反应器中 , 使氧化铝和含氟烟气气固两相充分接触发生反应 , 氟化氢被氧化铝吸附 , 形成载氟氧化铝, 载氟氧化铝和从电解槽中随烟气带出的粉尘均在脉冲喷吹袋式收尘器内被分离下来 , 一部分循环进入 n型喷射反应器 , 一部分经风动溜槽和气力提升送至载氟氧化铝料仓 , 再输送到各电解槽上料箱供电解槽生产作原料使用。净化后的烟气经排烟风机由 70m烟囱排放。在物料输送过程中设置有相应的除尘设施 , 经除尘后排入大气。

3.2  工艺流程

n型喷射两级逆流吸附烟气干法净化系统主要由: 排烟净化和供、排料两个系统组成。

3.2.1  排烟净化系统

所有电解槽均用小型活动盖板和上部盖板密闭 , 槽内烟气通过集气罩及上部的连接支管与排烟净化系统连接。

每台电解槽的支管均接在室外架空的水平干管上 , 干管接至排烟管道汇集在一起进入净化系统的脉冲喷吹袋式收尘器 , 在这之前 , 采用两级加料 , 第一级通过爪型加料装置把含氟氧化铝加入烟气系统 , 载氟氧化铝在烟道总管内与含氟浓度较高的烟气混合进行预吸附反应; 第二级通过分料箱和 n型喷射反应器 , 将新鲜氧化铝定量加入脉冲喷吹袋式收尘器前的各个烟道气流中 , 使新鲜氧化铝与烟气中氟化物更充分混合 , 发生吸附反应。

3.2.2  供、排料系统

干法净化的供、排料系统包括新鲜氧化铝和循环载氟氧化铝两部分的输送。新鲜氧化铝来自新鲜氧化铝仓 , 经风动溜槽、冲板流量仪控制下料量 , 再经风动溜槽、均匀分料装置、n型喷射反应器加到烟管内与氟化氢气体进行充分反应。循环氧化铝是从脉冲喷吹袋式收尘器回收下来的含氟氧化铝 , 经风动溜槽、密封箱、渣皮捕集器、分料箱、空气提升机等输送设备 , 一部分重返烟气总管 , 另一部分送至含氟氧化铝仓供电解槽使用 (图 2)。

3.2.3  主要设计参数及指标:

电解槽排氟量: 1718kg/ t1Al ;

单槽排烟量: 11000m3 /h1;

氧化铝输送系统排烟量: 60000m3 /h1;

净化系统总排烟量: 712000m3 /h1 × 3;

电解槽排尘量: 42kg/ t1Al ; 电解槽集气效率: 98%;

吸附剂: 氧化铝 , 比表面积 > 40m2 /g;

新鲜氧化铝固气比: 1515g/m3 ;

净化效率: 9815%。

4  运行效果

2005年 6月 27日 , 经中国有色金属工业协会组织有关专家鉴定 , 在主要技术特点和创新方面得出 “300K A新型大型预焙电解槽技术采用连续计量 ‘ 组合式 ’输送技术和 n型喷射两级逆流吸附烟气干法净化技术 , 取得了国内领先的氟化物排放指标 ” 。经云南省环境监测中心站监测结果如表 1。

根据以上监测结果 , 有组织排放的氟 5.67kg/ h, 折合 0.248kg/ tAl, 其余是无组织从天窗及阳极系统排放的。

对 300KA新型大型预焙电解槽技术作了氟平衡 , 加入到电解槽中的氟有三部分: 一是添加的氟化盐; 二是烟气净化回收的氟; 三是阳极中带回的氟。300KA大型预焙阳极电解槽生产技术 , 每生产 1 t铝 , 消耗氟化盐 27kg, 折纯氟 15.644kg。在电解生产过程中 , 电解槽氟的支出主要有四部分: 一是随电解烟气排出; 二是槽内衬吸附 , 随电解槽大修渣排出; 三是原料运输、残极加工带出等造成的机械损失; 四是残极带走。电解烟气中的氟大部分由烟气净化系统回收 , 返回电解槽 , 少量排入环境空气; 残极带出的氟大部分以电解质的形式回收 , 少量由残极带至阳极焙烧系统 , 焙烧时经烟气净化系统处理后 , 一部分进入净化收下的焦油和粉尘中 , 少部分净化后经烟囱排入大气。以吨铝产品计算氟平衡 , 电解槽氟的总收入为 30.734kg/ t1Al, 其中补充的氟化盐中氟为 15.644kg/ t1Al, 占总氟量的 50.90%; 干法净化系统回收返回的氟量为 14.058kg/ t1Al, 占总氟量的 45.74%; 阳极中返回的氟量为 1.032kg/ tAl, 占总氟量的 3136%。在支出中槽内衬吸收 11.406kg/ t1Al, 占总氟量的 37.11%; 电解烟气排出的氟 14.565kg/ t1Al, 占总氟量的 47.39%; 运输等机械损失、铸造捞渣、残极等带出的氟分别为 3.470kg/ t1Al、0.196kg/ t1Al、 1.097kg/ t1Al, 占氟量的比例分别为 11.29%、0.64%、3.57%。电解生产氟平衡见表 2及图 3。

根据氟平衡图可知 , 吨铝排氟量为 0.534kg, < 1.0kg/ t1Al, 达到了国内领先水平。该技术克服了 “ 管道式 ”电解铝含氟烟气干法净化技术存在运行不稳定、吸附不均匀、氧化铝破损大、操作控制难度大等缺陷 , 采用 n型喷射两级逆流吸附干法净化技术 , 管道布置合理 , 吸附更加均匀 , 不仅从根本上解决了电解铝含氟废气污染治理问题 , 促进电解铝高效生产 , 同时进一步提高了含氟废气净化效率 , 降低吨铝氟化盐消耗及吨铝氟化物排放量 , 具有很好的环保效益、经济效益和社会效益。

5  运行效益分析

5.1  经济效益

减少氟化盐添加量 , 从原来的 32kg/ t1Al降低至 20kg/ t1Al, 按年产电解铝 20万 t计算 , 年节约氟化盐 1600 t, 按 5200元 / t计 , 合 830万元; 此外 , 年可回收利用氧化铝粉尘 3200 t, 按 3000元 / t 计 , 合 960万元 , 具有良好的经济效益。

5.2  环保效益

吨铝排氟量从原来的 110kg/ t1Al 降低至 01544kg/ t1Al, 按年产电解铝 20万 t计算 , 年削减排氟总量 91 t, 大大改善环境状况 , 取得显著的环保效益 , 为公司开展节能减排奠定了良好的基础。

5.3  社会效益

公司通过 “ 九五 ” 、“ 十五 ”环境治理、节能技术改造工程 , 2004年 4月彻底淘汰了污染严重、能耗高的 60K A自焙阳极电解槽 , 大大降低了污染物的排放量 , 极大地改善了厂区周围的环境质量, 树立了一个上市公司良好的社会形象。公司先后通过了清洁生产及 ISO14001论证 , 2005年 11月荣获 “ 国家环境友好企业 ”称号 , 为企业参与国际竞争 , 促进企业可持续发展创造良好条件。

6  存在的问题及改进措施

(1) 由于滤料器的原因 , 反应器内压力分布不均匀 , 进入烟道内的氧化铝料难于均衡控制 , 从而使净化的效果不稳定 , 待与滤料器生产厂家共同研究改进;

(2) 干法吸附反应后的烟气进入除尘器后, 由于压力不均衡 , 烟气对滤袋的冲刷程度不同 , 导致滤袋的使用寿命长短不同 , 对滤袋的更换管理造成不便。

(3) 载氟氧化铝由空气提升机送至料仓, 在输送过程中易产生氧化铝结块, 影响了氧化铝的输送。