淺談電解鋁中的煙氣凈化余熱利用技術(shù)

段呈璽，劉 穎，楊 娟

（青海西部水電有限公司，青海 民和 810800）

在能源領(lǐng)域中，電解鋁是重要且常見的一種能源，該能源若想要得到長(zhǎng)期的發(fā)展，就必須更深入地研究能源生產(chǎn)過程中的節(jié)能技術(shù)，提高能源利用率。下面，筆者結(jié)合參與工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相關(guān)方面的內(nèi)容展開論述。希望通過本文的論述，能夠?yàn)閰⑴c相關(guān)工作的技術(shù)人員提供有價(jià)值的參考。

1 電解鋁生產(chǎn)造成的污染現(xiàn)狀

現(xiàn)階段我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域中，大部分電解鋁生產(chǎn)企業(yè)都采用了大型預(yù)焙槽或干法凈化這兩種技術(shù)方式。在電解鋁的生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的污染物，包括固體污染物、液體污染物及氣體污染物。具體來說，固體污染物主要是廢內(nèi)襯等固體材料；液體污染物主要是符合生活污水標(biāo)準(zhǔn)的液態(tài)物質(zhì)；而氣體污染物主要是指生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的無機(jī)氟化物、SO2等氣體。同時(shí)，在對(duì)含有鋁的溶液進(jìn)行分解、凈化的過程中，還會(huì)產(chǎn)生粉塵等廢氣污染源，對(duì)空氣、環(huán)境造成一定的破壞。粉塵中一般含有Fe、Si、Ca、Pt等元素；且這些粉塵的直徑一般都在5μm的范圍內(nèi)。根據(jù)我國(guó)相關(guān)部門調(diào)差的電解鋁生產(chǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)電解鋁過程中排放出的粉塵，其密度通常在35mg/m3左右，與我國(guó)相關(guān)部門規(guī)定的5mg/m3相比，是其6倍左右，屬于嚴(yán)重超標(biāo)的范疇。目前我國(guó)電解鋁生產(chǎn)企業(yè)中采用的生產(chǎn)方式及相關(guān)技術(shù)，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的改善，技術(shù)應(yīng)用水平有待提高。

2 常見的煙氣凈化方法

2.1 強(qiáng)化凈化設(shè)備的吸附及過濾功能

實(shí)際上，在電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的運(yùn)行過程中，煙氣凈化過程與電解鋁生產(chǎn)過程有著同等重要的地位，對(duì)電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行凈化處理，是一項(xiàng)非常復(fù)雜的流程，主要包括5個(gè)環(huán)節(jié)。首先，將電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有氣體收集起來；其次，將氣體中的粉塵顆粒吸附到裝置上；再者，將氣體與固體進(jìn)行分離處理，并分別收集起來；之后，將得到的氧化鋁運(yùn)輸帶制定的地點(diǎn)；最后，利用相關(guān)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行排風(fēng)處理[1]。值得一提的是，在使用袋式除塵器收集氣體的過程中，收集作業(yè)完成后，操作人員通常會(huì)使用風(fēng)力運(yùn)輸槽，將混有大量粉塵的氧化鋁混合物輸送到運(yùn)輸車上，之后再利用排煙機(jī)，將通過凈化處理后的煙氣直接排放到大氣中。上述流程就是干法凈化技術(shù)的應(yīng)用過程，

換言之，利用某種固態(tài)物質(zhì)來清除某種氣體，就是干法凈化技術(shù)的應(yīng)用原理，是在有針對(duì)性選擇的情況下將一些指定的雜質(zhì)有效清除。在電解鋁的生產(chǎn)過程中采用干法凈化技術(shù)，通常會(huì)使用到吸附能力比較強(qiáng)的某種物質(zhì)，這種物質(zhì)被稱作吸附劑，而被其吸附的物質(zhì)被人們叫做吸附質(zhì)。電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒、有害物質(zhì)及粉塵等污染物，就是需要被有效處理的物質(zhì)，這也是煙氣凈化的關(guān)鍵部分。

一般情況下，在應(yīng)用干法凈化技術(shù)的應(yīng)用過程中，其主要是結(jié)合布袋除塵器的結(jié)構(gòu)采取的優(yōu)化處理方案。首先，在對(duì)煙氣進(jìn)行凈化過濾的過程中，一定要考慮到布袋可能被損壞的情況。因此，布袋材質(zhì)一定要選擇具有一定耐磨性的材料，且其具有耐高溫的特質(zhì)。其次，在對(duì)煙氣進(jìn)行凈化的過程中，一定要考慮溫度變化產(chǎn)生的影響。通常情況下，當(dāng)溫度高于200℃時(shí)，就要采取相應(yīng)的措施對(duì)溫度進(jìn)行控制。技術(shù)人員一般會(huì)采取水冷法，在合適位置安裝散熱裝置[2]。此外，工作人員應(yīng)定期對(duì)過濾袋進(jìn)行清理，保證干法凈化過程中的工作環(huán)境，確保最終的除塵效果。需要注意的是，對(duì)于煙氣凈化過程中的過濾面積及氣流速度，一定要結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行優(yōu)化，最好將風(fēng)速控制在2m/s～4m/s的范圍內(nèi)。

2.2 使用砂狀氧化鋁作為吸附劑

在電解鋁生產(chǎn)過程中，砂狀氧化鋁是一種常見的吸附劑。實(shí)際上，在氧化鋁溶解的過程中，會(huì)受到氧化鋁質(zhì)量及其表面積的影響，使氧化鋁的溶解能力發(fā)生改變；同時(shí)，氧化鋁質(zhì)量及其表面積也會(huì)對(duì)混合物中的CO、SO2等有毒氣體的吸水效果產(chǎn)生一定的影響。因此，在電解鋁生產(chǎn)過程中，為了使污染物的排放情況符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，通常會(huì)在污染物處理過程中使用砂狀氧化鋁作為吸附劑，確保最終的吸附效果。

3 電解鋁中的煙氣凈化余熱利用技術(shù)

3.1 案例分析

以青海地區(qū)某水電公司為例，在其進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)的過程中，擁有比較完善的電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由兩個(gè)過濾室構(gòu)成，分別位于公司的中部及西部；同時(shí)，這兩個(gè)過濾室中都設(shè)有20個(gè)反吹氣缸，并安裝在過濾室的上方位置。

由于青海地區(qū)位于我國(guó)的高海拔嚴(yán)寒地帶，每年的十月份到次年的四月份之間，室外的環(huán)境溫度一般都在零攝氏度以下。

因此，為了確保氣缸能夠在這種環(huán)境下正常運(yùn)行，公司通常會(huì)采用加設(shè)防護(hù)罩的方式，對(duì)這四十個(gè)反吹氣缸進(jìn)行保溫，使其溫度能夠控制工作狀態(tài)條件下。值得一提的是，在每一層防護(hù)罩中，都會(huì)配一根加熱棒，功率一般為2kW，在一整天24小時(shí)內(nèi)保持持續(xù)的加熱，保障氣缸作業(yè)環(huán)境的溫度。經(jīng)過相關(guān)人員的計(jì)算，該水電公司每年消耗的電能能夠達(dá)到320000kW。

3.2 電解鋁煙氣能源利用方案的設(shè)計(jì)

實(shí)際上，電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣，一般含有非常高的溫度，煙氣本身含有大量的熱能。但是，隨著煙氣的收集、輸送及吸附等流程的進(jìn)行，這些能量會(huì)漸漸消失，造成能源的浪費(fèi)。因此，若能將煙氣中含有的能量進(jìn)行有效的利用，利用這些能量對(duì)氣缸進(jìn)行加溫，必定會(huì)提高公司的能源利用率，降低公司的能源使用成本，使公司能夠獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益，也能夠促進(jìn)公司的發(fā)展及建設(shè)。鑒于此，針對(duì)該公司電解鋁生產(chǎn)的實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)電解鋁煙氣余熱使用方案的過程中，決定利用履帶室上方平整的特點(diǎn)，結(jié)合熱空氣向上流動(dòng)的物理運(yùn)動(dòng)原理，在其上方建設(shè)一個(gè)彩鋼簡(jiǎn)易房，使其將反吹氣缸全部覆蓋在內(nèi)。

3.3 電解鋁煙氣余熱利用方案的實(shí)施情況分析

電解鋁煙氣余熱利用方案的實(shí)施主要包括以下內(nèi)容：首先，企業(yè)安排施工人員將原先安裝在氣缸外面的防護(hù)罩進(jìn)行拆除，將所有的加熱棒都進(jìn)行回收，并利用煙氣余熱進(jìn)行加熱作業(yè)，不再使用加熱棒進(jìn)行加熱。根據(jù)企業(yè)的相關(guān)人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這一方案的實(shí)施，相比之前每年能夠?yàn)楣竟?jié)省25萬元人民幣的用電成本。其次，在彩鋼簡(jiǎn)易房建成后，原來的防護(hù)罩被拆除，氣缸的維修及養(yǎng)護(hù)空間大大增加，維修、養(yǎng)護(hù)工作的效率大大提升，技術(shù)人員能夠更快速、更有效地開展相關(guān)工作，為電解鋁的順利生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。最后，采用彩鋼簡(jiǎn)易房覆蓋氣缸這一方案，不僅能夠?qū)煔庥酂徇M(jìn)行合理的利用，還符合我國(guó)倡導(dǎo)的節(jié)能減排的相關(guān)理念，為電解鋁生產(chǎn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供新的發(fā)展路徑。

4 結(jié)論

電解鋁生產(chǎn)企業(yè)必須在其生產(chǎn)過程中使用各種有效的煙氣凈化技術(shù)和余熱利用技術(shù)，避免電解鋁生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染、杜絕能源的浪費(fèi)，使企業(yè)能夠可持續(xù)發(fā)展，為能源領(lǐng)域的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。