關(guān)于電解鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的探討-star的日志

1、關(guān)于電解鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的探討-star的日志網(wǎng)易博客關(guān)于電解鋁廠煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的探討默認(rèn)分類2009-08-2522:42閱讀46評論0(貴陽鋁鎂設(shè)計研究院，貴州貴陽550004)摘要：筆者就電解鋁廠電解煙氣凈化系統(tǒng)集氣效率的有關(guān)問題，結(jié)合實際運(yùn)行情況，從設(shè)計和運(yùn)行2個方面，進(jìn)行了系統(tǒng)地闡述，并針對電解煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行時的幾個問題，提生了自己的看法和建議。關(guān)鍵詞：電解槽；煙氣凈化系統(tǒng)；集氣效率StudyonHoodingEfficiencyofthePotFumeTreatmentPlantLIUZhi-ling(GuiyangAluminum-MagnesiumDesign&

2、amp;amp;ResearchInstitute,Guiyang550004,China)Abstract:Thewritergivesasystematicaldescriptiononbothdesignandoperationintermsofactu2aloperationconditionsofhoodingefficiencyofpotfumetreatmentplantinthesmelters,andalsooffershisopinionsandrecommendationsonproblemstobemetintheoperationofpotfumetreatmentp

3、lant.Keywords:Pot;potfumetreatmentplant;hoodingefficiency1 概述在電解鋁廠的生產(chǎn)過程中,氟化鹽作為鋁電解的溶劑，是電解鋁不可缺少的成分之一，而高溫使氟化鹽與水發(fā)生水解反應(yīng)后產(chǎn)生的氟化氫氣體，是電解鋁過程中產(chǎn)生的主要污染物。目前，預(yù)焙槽在生產(chǎn)過程中的噸鋁排氟量一般為1615kg,從電解槽排生的如此大量的含氟煙氣對人體健康、車間環(huán)境和周圍大氣質(zhì)量，都有著極大地危害，因此，國家規(guī)定了嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，這些煙氣必須經(jīng)過治理才能排放。目前，國內(nèi)外均采用干法凈化技術(shù)來治理電解槽排生的含氟煙氣，利用氧化鋁吸附煙氣中的氟化氫，凈化煙氣中的有害物，控制氟化

4、物排放量，以達(dá)到國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)，減少對周圍環(huán)境的污染。采用氧化鋁吸附含有氟化氫煙氣的干法凈化技術(shù)，是一種高效、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、成熟的煙氣凈化技術(shù)，目前在世界上廣泛應(yīng)用于電解鋁廠的電解槽含氟煙氣的治理（尤其是采用預(yù)焙槽的電解鋁廠）。近年來，國內(nèi)外的各種電解煙氣凈化技術(shù)雖然不盡相同，但是其基本原理和流程卻差別不大。下面以我院獲得專利的“鋁電解煙氣n型噴射兩級逆流吸附干法凈化工藝”為例，簡要介紹其主要工藝流程：電解槽采用小型活動蓋板和上部蓋板密閉，電解槽產(chǎn)生的含氟煙氣通過槽上集氣罩及上部的連結(jié)支管與凈化系統(tǒng)連接。每臺電解槽的支管均插入到室外架空的排煙水平干管上。

5、含氟煙氣通過排煙總管進(jìn)入凈化反應(yīng)器，在凈化反應(yīng)器中加入新鮮氧化鋁和循環(huán)氧化鋁，進(jìn)行吸附凈化反應(yīng)，在氣固兩相充分接觸過程中,氟化氫被氧化鋁吸附。凈化后的煙氣進(jìn)入袋式除塵器，加入的氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶生的粉塵均在袋式除塵器內(nèi)被分離下來返回電解槽使用。經(jīng)過凈化后的煙氣，通過排煙風(fēng)機(jī)送入煙囪排空。從上述流程可以看由,電解煙氣凈化系統(tǒng)主要分為煙氣捕集和煙氣凈化2個部分，提高電解槽煙氣捕集效率（集氣效率），能有效減少電解槽的無組織煙氣的排放。本文將從設(shè)計和運(yùn)行兩方面來論述如何提高電解槽集氣效率。2 集氣效率的確定電解槽產(chǎn)生的含氟煙氣，主要是通過電解車間的天窗和煙氣凈化系統(tǒng)的煙囪2條途徑排放。國際上一

6、般采用“噸鋁排氟量”這個指標(biāo)，來衡量一個電解鋁廠的環(huán)保水平;國際工程中一般采用目前世界上最為嚴(yán)格的PARCOM標(biāo)準(zhǔn)來作為設(shè)計保證值。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：新建電解鋁廠噸鋁排氟量應(yīng)低于016kg,而西方一些專業(yè)的煙氣凈化公司現(xiàn)在也提生了013014kg的噸鋁排氟量指標(biāo)。要達(dá)到如此高的標(biāo)準(zhǔn)，僅僅提高電解煙氣凈化系統(tǒng)的凈化效率，是不可能達(dá)到的。而電解車間天窗排生的無組織煙氣，由于煙氣量大，有害物含量低，治理成本很高。因此，必須提高煙氣的捕集效率，減少從天窗排放的無組織煙氣。我國現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中,僅控制煙囪的氟化物排放量沒有采用噸鋁排氟量指標(biāo)，不盡合理。但是建設(shè)地區(qū)

7、的污染物總控指標(biāo)，實際上也只控制了相應(yīng)污染物的排放總量。在即將頒布實施的國家標(biāo)準(zhǔn)有色金屬工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)鋁工業(yè)中，則提由了主要污染物排放的限值，即電解鋁廠電解槽噸鋁氟化物排放量應(yīng)低于0197kgo由此可見，對于電解槽煙氣中的污染物控制，是總量的控制。即總量為煙氣有組織地通過凈化系統(tǒng)凈化后從煙囪排生的氟量，與煙氣以自然通風(fēng)方式通過車間天窗排生的氟量之和，而不僅僅只是控制煙氣凈化系統(tǒng)后的排放量。目前我國的電解鋁廠，對從電解車間天窗排生的煙氣均沒有采取任何凈化措施，而是直接排空。所以，如何高效地把這些電解槽排放的污染物捕集起來集中處理，是治理電解槽煙氣的關(guān)鍵，這就需要保證有較高的集氣效率。211鋁

8、電解工藝與集氣效率的關(guān)系大型預(yù)焙電解槽采用的是自動打殼、自動加料的生產(chǎn)工藝，除了更換陽極和處理陽極效應(yīng)時需要打開電解槽側(cè)部的局部蓋板，以及由鋁和必要的觀察需要打開一些電解槽端部蓋板外，其余基本的操作均不需要打開槽蓋板而由微機(jī)控制自動完成，整個生產(chǎn)過程基本上是一個密閉的過程，是清潔的生產(chǎn)工藝，這樣，從工藝操作上就為達(dá)到較高的集氣效率提供了首要的保證。在電解槽正常運(yùn)行時，每臺槽的陽極效應(yīng)小于013次/d,每臺槽的陽極更換率僅為1115塊/d,單槽換極時間大約在15min左右。在上述的短時間開槽時，通過加大排煙支管上的閥門開度，來增加該臺槽的排煙量，控制由于開啟槽蓋板而增加的排煙量，從而避免了煙氣散

9、入車間內(nèi)。電解槽生產(chǎn)的總開槽率一般在4%左右，開槽時增大的排煙量，在設(shè)計電解煙氣凈化系統(tǒng)時已計入。212煙氣凈化效率的保證先進(jìn)的電解煙氣干法凈化技術(shù)，是減少污染物排放的有效途徑。國內(nèi)外已廣泛使用的我院的“鋁電解煙氣n型噴射兩級逆流吸附干法凈化工藝”技術(shù)、ALSTOM公司的ABBART凈化技術(shù)、SOLIOS公司的TGTRE凈化技術(shù)等都是高效成熟的凈化技術(shù)，凈化效率可達(dá)9815%以上，凈化后煙氣中的氟化物濃度達(dá)到12mg/Nm3,粉塵濃度低于10mg/Nm3。213集氣效率的確定有了先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和高凈化效率的保證，提高集氣效率是有效控制污染源擴(kuò)散的關(guān)鍵。目

10、前的預(yù)焙電解槽噸鋁排氟量為1625kg,如煙氣凈化系統(tǒng)凈化效率按9815%計，要達(dá)到噸鋁0197kg的國家排放水平，集氣效率η按下式計算:(1625)×(1-η)+(1625)×η×(1-9815%)≤0197貝Uη≥9514%9716%。由此可見，要滿足上述指標(biāo)，煙氣凈化系統(tǒng)的集氣效率必須要保證大于9514%9716%。對于國際工程煙氣凈化效率，按99%計，按照PARCOM的標(biāo)準(zhǔn)，噸鋁排氟量指標(biāo)要達(dá)到016kg的水平，則集氣效率

11、必須大于9713%9816%o采用小型活動蓋板的電解槽要達(dá)到95%以上的集氣效率，對設(shè)備的制造、生產(chǎn)和凈化工藝的設(shè)計、生產(chǎn)運(yùn)行管理，都有很高的要求，目前國內(nèi)實際投入運(yùn)行的電解廠往往難以達(dá)到。所以，如何提高集氣效率已成為鋁電解煙氣治理急待解決的問題。3 排煙量對集氣效率的影響電解槽煙氣的有組織排放，是通過凈化系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓來實現(xiàn)的，保證槽蓋板縫隙處有微負(fù)壓而使煙氣不散至室內(nèi)。排煙量的大小，關(guān)系到電解槽的集氣效率的高低，增大排煙量有利于提高集氣效率，控制污染源的無組織排放。但是，排煙量的增加，必須導(dǎo)致凈化系統(tǒng)處理煙氣量的增大，造成煙氣凈化系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費用增加。因此，必須合理選擇電解槽排

12、煙量，才能保證電解槽集氣效率和煙氣凈化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)合理。目前，大型預(yù)焙電解槽的噸鋁排煙量一般按120000130000m3來進(jìn)行設(shè)計。4 電解槽結(jié)構(gòu)對集氣效率的影響我院設(shè)計的大型預(yù)焙電解槽，是通過槽上部的船形集煙箱進(jìn)行排煙的。目前，350kA槽的長度已接近18m,船形集煙箱按槽長度方向配置；電解槽內(nèi)部由鋁端和煙道端的阻力差別很大，如何保證槽內(nèi)的煙氣能夠均勻等量地排生,避免由現(xiàn)鋁端排風(fēng)不足，煙道端排煙過量，是保證電解槽集氣效率而必須注意的問題。采用集煙箱側(cè)部開大小不同的排煙口、煙道端小孔、由鋁端大孔的方式，可以有效地解決槽內(nèi)排煙不均的問題；但是孔徑的大小和分布，必須根據(jù)不同的槽型經(jīng)過計算和實驗確定。

13、電解槽槽上蓋板的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)選擇、加工精度也直接影響著電解槽的密閉性。在保證易于操作和堆放的前提下，槽蓋板應(yīng)選用具有一定強(qiáng)度且在高溫下不易變形的材料，一般采用帶加強(qiáng)肋的鋁合金平蓋板。同時，在加工上一定要保證蓋板的平整度和尺寸精度，減小蓋板間的縫隙，在保證電解槽排煙量的前提下，提高集氣效率。5 煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)對集氣效率的影響電解車間通常有幾百米至上千米的長度，每棟廠房內(nèi)配置的電解槽臺數(shù)，有幾十臺到一百余臺，起始端的電解槽與末端的電解槽相距幾百米，很難做到每臺槽等量排風(fēng)，從而遠(yuǎn)端的電解槽就不能保證集氣效率。想要做到等量排風(fēng)，就必須保持排煙干管全長上的靜壓恒定。通常在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下風(fēng)管的全壓

14、損失是沿著長度方向增加的，因此，要使靜壓保持不變，必須使動壓沿著氣流方向逐漸降低，也就是說，風(fēng)管的截面應(yīng)沿著氣流方向逐漸擴(kuò)大。因此，現(xiàn)在設(shè)計上通常采用變徑的排煙干管，并且盡量縮短排煙干管的長度，即每條干管所帶的電解槽數(shù)控制在n=518臺，控制起始端的電解槽與末端的電解槽間距在120m以內(nèi)（一般在60m左右），減小最近端與最遠(yuǎn)端阻力不平衡率，以利于每臺槽排煙的阻力平衡。另外，再通過調(diào)整電解槽排煙支管上的調(diào)節(jié)閥的閥門角度，來調(diào)節(jié)阻力，使每臺電解槽均勻排風(fēng)以保證設(shè)計值，從而保證較高的集氣效率。每條排煙干管所帶的電解槽數(shù)越多，并聯(lián)干管的相互影響使得管網(wǎng)越不易平衡。實踐證明，早期的單排排煙干管排煙管網(wǎng)雖

15、然采用了變徑主干管，但是排煙干管上并聯(lián)的槽數(shù)達(dá)到30臺左右，排煙干管長度達(dá)到200m左右；排煙干管首末兩端的阻力損失差值高達(dá)600700Pa,最近端與最遠(yuǎn)端阻力不平衡率約為113;無法通過調(diào)節(jié)排煙支管上的調(diào)節(jié)閥來控制電解槽的排煙量和負(fù)壓平衡，實際運(yùn)行中由現(xiàn)末端的幾臺電解槽排煙量和負(fù)壓不足，槽內(nèi)煙氣外泄。目前采用的雙排管排煙管網(wǎng)，排煙干管并聯(lián)槽臺數(shù)減少到12臺左右，排煙干管長度增加，工程投資有所增加，但是大幅減少了電解槽排煙的不平衡率，最近端與最遠(yuǎn)端阻力不平衡率僅為017,電解槽的集氣效率獲得很大提高。6 氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的影響大多數(shù)電解鋁廠氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的排風(fēng)，直接接入電解車間的水平

16、排煙干管上。在風(fēng)動溜槽上，每隔一個槽間距設(shè)一個平衡管，從平衡管再接排氣管進(jìn)入電解車間的水平排煙干管，通過排煙干管的負(fù)壓和風(fēng)動溜槽的正壓進(jìn)行排風(fēng)，以平衡風(fēng)動溜槽的底部氣室和料室壓力穩(wěn)定，理論上排氣管只排氣體來平衡溜槽的各點壓力，使溜槽正常運(yùn)行。在實際運(yùn)行中，由于平衡管和排氣管的直徑和平衡管高度設(shè)置不合適，或者是超濃相輸送系統(tǒng)的供風(fēng)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓設(shè)計過高時，壓力的臨界點不能控制在平衡管段內(nèi)，造成大量氧化鋁進(jìn)入排煙干管，從而使排煙干管造成堵塞,影響電解槽的排煙，集氣效率下降。因此，合理設(shè)計超濃相輸送系統(tǒng)的排風(fēng)系統(tǒng)和確定輸送系統(tǒng)風(fēng)壓，可減少氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)對電解槽集氣效率的影響。一般設(shè)計平衡管管徑&am

17、p;lt;203mm,平衡管高度2m以上，排氣管直徑<102mm。輸送系統(tǒng)的送風(fēng)壓力應(yīng)計算，并根據(jù)實際情況反復(fù)仔細(xì)調(diào)試后確定。7 生產(chǎn)運(yùn)行的影響711電解槽蓋板的問題莫些電解鋁廠在實際運(yùn)行中,工人為了操作觀察方便，電解槽的蓋板經(jīng)常敞開不蓋，或者由于槽蓋板變形后蓋不嚴(yán)密而漏風(fēng)嚴(yán)重。這樣，當(dāng)電解槽的蓋板敞開或蓋不嚴(yán)密時，風(fēng)機(jī)負(fù)壓就無法完全控制煙氣，因而從車間天窗排生的氟量就大量增加，這樣，不但污染了車間內(nèi)的環(huán)境，氟的排放量甚至還會超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)。因此嚴(yán)格生產(chǎn)管理，制定相應(yīng)的規(guī)章制度，正常生產(chǎn)時電解槽蓋板必須按要求蓋好，才能保證電解槽集氣效率達(dá)到設(shè)計值。另外，縮短更換陽極時開啟槽蓋板

18、的時間，減少由鋁時端部蓋板的開啟面積，也是減少煙氣外泄的重要手段。712軟接管破損問題由于電解槽所排煙氣溫度較高，一般在120150C左右，排煙管網(wǎng)存在熱脹冷縮，通常在排煙支管上設(shè)計有一段軟接管。在實際運(yùn)行中,軟接管破損后不及時更換，從該處吸入大量野風(fēng)，不但使該臺電解槽煙氣不能排生,而且破壞了整個排煙管網(wǎng)的阻力平衡，結(jié)果使得遠(yuǎn)端電解槽的集氣效率達(dá)不到設(shè)計值。所以，在生產(chǎn)運(yùn)行時，應(yīng)備有足夠的備品備件,定期檢查軟接管，如有破損應(yīng)及時更換。713煙氣凈化系統(tǒng)的運(yùn)行阻力問題電解煙氣凈化系統(tǒng)大多采用脈沖或風(fēng)機(jī)反吹袋式除塵器，設(shè)計運(yùn)行阻力在16001800Pao但在實際運(yùn)行中,袋式除塵器清灰系統(tǒng)工作不正常

19、時，例如，在脈沖袋式除塵器所配的脈沖閥或反吹風(fēng)除塵器所配的氣缸損壞不能正常工作，或者清灰所需的壓縮空氣供氣不夠、壓力不夠時，以上情況不及時排除，除塵器不能正常清灰，濾袋表面的粉塵厚度逐漸增加，從而導(dǎo)致除塵器阻力增加超過設(shè)計值，最終影響凈化系統(tǒng)末端的排煙管網(wǎng)的集氣效率。714排煙機(jī)運(yùn)行臺數(shù)的問題鋁電解廠通風(fēng)與煙氣凈化設(shè)計規(guī)范(YS5025-95)的第31216條規(guī)定“凈化系統(tǒng)排煙機(jī)，當(dāng)多臺并聯(lián)工作時可不備用；但當(dāng)一臺排煙機(jī)故障停機(jī)后的總排煙量，不宜小于設(shè)計總排煙量的85%o”o在其條文說明中是這樣解釋的：“為節(jié)約投資，排煙機(jī)多臺并聯(lián)工作

20、時可不備用，當(dāng)一臺故障停機(jī)時，允許短時減少一些排煙量，但不應(yīng)使電解槽集氣效率降低過多……”從規(guī)范中可以看由,為保證電解槽的排煙量和集氣效率，僅在排煙機(jī)由現(xiàn)故障時才能停止運(yùn)行。然而在一些鋁廠的實際運(yùn)行中，為了減少能耗，通常每套凈化系統(tǒng)會少開一臺風(fēng)機(jī)，通過利用電機(jī)儲備系數(shù)，來提高運(yùn)行風(fēng)機(jī)的電流，以增大風(fēng)機(jī)排風(fēng)量，但此時風(fēng)機(jī)風(fēng)壓下降，會對電解槽的集氣效率有很大影響。筆者在一些鋁廠觀察過，凈化系統(tǒng)少開一臺風(fēng)機(jī)，憑肉眼都能看由電解車間內(nèi)的環(huán)境和風(fēng)機(jī)全開時有著非常明顯的區(qū)別，集氣效率明顯降低。因此這種以節(jié)約運(yùn)行費用為目的，但是卻以環(huán)境污染為代價，減少排煙機(jī)的運(yùn)行數(shù)量的生產(chǎn)運(yùn)行方式，是不可取的。另外，少開一臺風(fēng)機(jī)，表面上可以省電減少能耗，實際上集氣效率降低后，通過天窗排生的氟量增加，不能回收作為生產(chǎn)原料返回電解槽使用使得氟化鹽的耗量也增加。能否降低運(yùn)行費用，我們可以作一個比較：以配套產(chǎn)能7萬t/a的凈化系統(tǒng)為例，系統(tǒng)一般配置4臺排煙風(fēng)機(jī)，每臺風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為500kW(一般