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

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(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是高耗能高污染產(chǎn)業(yè)。進(jìn)入21世紀(jì)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(shí)，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(yán)重。在鋁電解生產(chǎn)過程中，多種氟化鹽高溫時(shí)與水發(fā)生水解反應(yīng)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(huì)嚴(yán)重污染空氣。目前,國內(nèi)外均采用干法凈化技術(shù)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(duì)氟化氫氣體具有較強(qiáng)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(jìn)行氣固分離，使煙氣中的氟化氫得到凈化[3-5]；與此同時(shí)，煙氣中的粉塵也被高效回收。干法煙氣凈化效率可達(dá)98%～99%。氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附主要是化學(xué)吸附，速度快且不易解吸，反應(yīng)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(gè)氧化鋁分子吸附2個(gè)氟化氫分子，其化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

6HF+Al2O3=2AIF3+3H2O

(1)

1.1.2 工藝優(yōu)點(diǎn)

鋁電解干法煙氣凈化工藝的優(yōu)點(diǎn)如下：

1)設(shè)備少、流程簡短、運(yùn)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(yùn)行費(fèi)用較低，經(jīng)濟(jì)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(tuán)旗下首個(gè)煤電鋁電聯(lián)營鋁水項(xiàng)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(jì)綠色發(fā)展的路子。某鋁業(yè)公司設(shè)計(jì)產(chǎn)能為30萬t/a電解鋁水，分設(shè)2個(gè)廠房6個(gè)工區(qū)，共有電流為420 kA電解槽268臺(tái)，于2016年9月建成投產(chǎn)。2個(gè)電解廠房中間設(shè)置2套電解煙氣凈化系統(tǒng)，每套凈化系統(tǒng)配備有4臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)、2臺(tái)空氣提升機(jī)、2套32個(gè)凈化反應(yīng)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(yīng)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(shù)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(shí)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(shí)對(duì)排放指標(biāo)進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)督。在煙囪中部安裝24小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備采樣探頭，煙囪旁邊設(shè)立實(shí)時(shí)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(shè)置了6個(gè)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(shí)時(shí)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(fēng)機(jī)

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(fēng)機(jī)由原三開一備的運(yùn)行方式改為四臺(tái)全運(yùn)行，加大力度對(duì)電解產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行有組織抽排控制，減小二次無組織排放。此項(xiàng)投入一個(gè)月增加排煙風(fēng)機(jī)的電量消耗115.77萬kWh，如電價(jià)按0.35元/kWh計(jì)算，月新增的電費(fèi)成本約40萬元。

2.1.2 加強(qiáng)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(hù)管理辦法，凈化系統(tǒng)全面密封管理，特別加強(qiáng)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(gè)工區(qū)同時(shí)打開槽蓋板換極臺(tái)數(shù)不得超過3臺(tái)。生產(chǎn)運(yùn)行科及安全環(huán)?？萍訌?qiáng)巡視檢查，對(duì)違反環(huán)境保護(hù)管理辦法的單位及個(gè)人在全公司范圍內(nèi)給予通報(bào)考核。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)電解煙氣凈化工藝的控制管理，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律，對(duì)未執(zhí)行到位或出現(xiàn)異常情況未及時(shí)處理的班組按相關(guān)考核制度落實(shí)考核，確保鋁電解煙氣實(shí)現(xiàn)高效捕集。

2.1.3 檢測調(diào)節(jié)電解槽支煙管負(fù)壓

每季度對(duì)電解槽支煙管負(fù)壓進(jìn)行檢測，對(duì)明顯偏高或偏低的個(gè)別槽進(jìn)行調(diào)整，確保電解負(fù)壓控制在合理均衡有效抽風(fēng)范圍值，將負(fù)壓系統(tǒng)調(diào)整至最佳狀態(tài)，提高單臺(tái)電解槽抽風(fēng)負(fù)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(fù)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(shí)，使用凈化除塵器噴吹間隔及噴吹壓力合理搭配，相應(yīng)減小氧化鋁在除塵布袋外側(cè)保持的附著量，降低粉塵附著阻隔細(xì)微煙塵穿透排放的阻力，進(jìn)一步提升煙管總負(fù)壓，盡全力使排煙風(fēng)機(jī)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(diǎn)

由于電解槽槽蓋板設(shè)計(jì)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(yán)氣體收集泄漏，同時(shí)煙氣捕集管道軟性補(bǔ)償連接器在負(fù)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(huì)造成員工工作環(huán)境差。因此，在電解車間的每臺(tái)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(bǔ)償板；同時(shí)凈化崗位加強(qiáng)巡查及時(shí)封堵老舊脆化破損的系統(tǒng)密封件，嚴(yán)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(jìn)新鮮投料控制閥

某鋁業(yè)公司原設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)反應(yīng)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(gè)人感知，無法形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的可持續(xù)性的、相對(duì)穩(wěn)定的投料控制。由于投料在多個(gè)反應(yīng)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(fù)試驗(yàn)引進(jìn)了一種調(diào)節(jié)控制器并通過投料溜槽再造等技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)每套凈化系統(tǒng)32個(gè)反應(yīng)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(jìn)循環(huán)投料控制裝置

煙氣凈化系統(tǒng)循環(huán)投料設(shè)計(jì)初衷是除塵器灰斗積料來料、返回料、循環(huán)投料三元?jiǎng)討B(tài)平衡，但是由于實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生氧化鋁板結(jié)料，返回料會(huì)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(jié)渣隨自重物流移至閥板處沉積造成堵料，此時(shí)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(shí)其渣塊通過反應(yīng)器后再次進(jìn)入灰斗，如此循而復(fù)往，清吹溜槽堵料工作只治標(biāo)不治本。若要將渣塊從“死循環(huán)”中徹底清除需進(jìn)行灰斗排料、開箱清理，其工作量大而且還存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)合多種不足，設(shè)計(jì)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了來料、返回料、循環(huán)料的三元?jiǎng)討B(tài)平衡，從根本上確保循環(huán)投料持續(xù)穩(wěn)定投料，進(jìn)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(jìn)反應(yīng)器投料噴料裝置

煙氣凈化系統(tǒng)反應(yīng)器投料噴料裝置設(shè)在反應(yīng)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(dòng)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(shè)有噴料助吹氣源，因載氟氧化鋁受原料輸送破碎變細(xì)、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(dòng)，也會(huì)出現(xiàn)原料剛流動(dòng)到托盆邊沿就受逆風(fēng)負(fù)壓帶動(dòng)上升，在反應(yīng)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(jìn)了一種無動(dòng)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(yīng)器邊緣，形成兩道嚴(yán)密的吸附攔截網(wǎng)，從攔截網(wǎng)往上形成一段混合反應(yīng)柱，使煙氣凈化吸附充分反應(yīng)。

2.2.4 改進(jìn)除塵布袋漏袋檢測技術(shù)

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(rèn)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(shè)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(gè)箱體內(nèi)。在科技智能化的推動(dòng)指引下，通過技術(shù)升級(jí)改造，把除塵布袋漏袋檢查范圍不斷縮減，將原本一列8個(gè)箱體(3 072條濾袋)縮減到某一個(gè)箱體(3 072條濾袋)，最終縮減到某個(gè)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(dá)99%。

3 優(yōu)化效果

經(jīng)過上述多種優(yōu)化措施聯(lián)合實(shí)施，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)以及采樣比對(duì)檢測結(jié)果雙重驗(yàn)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(jì)效益和社會(huì)效益。

1)鋁電解煙氣凈化排放指標(biāo)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(shí)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(shí)，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(jì)，剔除投入的電費(fèi)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(biāo)限值，改善了車間生產(chǎn)工作環(huán)境，保障工人健康。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代化鋁電解工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，國家對(duì)節(jié)能減排、環(huán)境污染控制越來越嚴(yán)格，某鋁業(yè)公司會(huì)持續(xù)在鋁電解煙氣凈化方面不斷升級(jí)優(yōu)化，努力實(shí)現(xiàn)低值排放，未來將在電解煙氣脫硫方面展開攻關(guān)，努力實(shí)現(xiàn)環(huán)保、效益雙豐收。