铝冶炼烟气净化余热利用技术的探讨

侯健

摘要：自20世纪80年代我国在有色金属行业提出“优先发展铝工业”的战略发展方针以来 ，我国铝工业有了长足的发展。2003年，国内冶炼铝产量达到了520万t，居世界第一位，我国已经成为世界铝工业大国。国内铝冶炼行业在规模、槽型、布局、节能、环保上存在先天不足，原料质量差、管理水平比较低，同时能耗高、污染严重。一方面冶炼烟气的余热利用效果不佳，另一方面烟气的除尘净化更是难中之难、重中之重。

关键词：铝冶炼；烟气排放；利用余热；

前言

关于铝冶炼烟气净化处理的工艺方法，国内外大都采用干法净化方式，即首先用新鲜的氧化铝吸附烟气中的有害物质，然后通过布袋过滤，最后将低于国标准的烟气排入大气。由于在烟气净化中一味追求净化和物料回收效果，对利用高温烟气中携带的热能考虑甚少，造成烟气中的大量的热能白白浪费。

一、国内铝冶炼烟气治理存在的问题

（一）由大数据可以看出，铝冶炼烟气温度高，风量大，成分复杂，不同槽型的烟气特征差别很大。同时粉尘的性质比较特殊，粉尘颗粒细，比表面积大，比重轻，同时还具有一定的粘性，难以清灰；粉尘中含有较多的沥青粉尘，磨蚀性比较强；粉尘中的比电阻也比较高，治理难度比较大。国内铝冶炼行业为治理铝冶炼烟气进行了大规模、长时间、形式多样、坚持不懈的烟气净化试验研究及实践。但铝冶炼烟气净化方面的总体状况堪忧。许多铝冶炼企业只片面追求经济效益，根本没有烟气净化系统；即使已建立了系统的企业，由于投入不足，也存在不少问题。现有系统的净化指标达不到国家标准；大多数企业进行电解系列扩容改造后，没有对净化系统进行相应的改造，更不具有烟气余热利用系统。

（二）中铝平果分公司，共有2个电解铝生产系列，3个电解车间，共288台预焙阳极电解槽，3个净化除尘系统。预焙槽烟气由管道引出各自厂房外，再汇入统一管道混合进入各自的干法烟气净化装置，厂房环境效果良好，没有烟气余热利用系统。

（三）化隆先奇铝业有限责任公司，共有1个电解铝生产系列，2个电解车间，共有108台预焙阳极电解槽，年产量5万t。设计方案有两套烟气净化系统，但未实际建设。这种情况在国内较普遍，没有烟气余热利用系统。自焙槽由于烟气疲软度高，无法直接应用袋除尘器或电除尘器，比较好的如长青铝业公司利用烟气烘焦炭后除尘，但也未能达到排放标准。由于自焙槽污染大，烟气治理难，能耗高，“九五”以后国家将通过政策逐步予以淘汰，预计到2006年后将全部关闭。国内铝冶炼行业，无论是国内自行设计的还是从发达国家引进的，基本没有应用铝冶炼烟气余热利用技术，没有解决节能问题。虽然有少数企业对铝冶炼烟气的部分热能进行了利用，但效果均不佳。我國是一个严重缺能的国家，对如何有效的积极的利用能源，特别是再生能源显得越来越具有经济意义和社会意义。

二、烟气减排的途径

（一）优化净化设备的过滤及吸附效果

净化工艺流程从功能上主要包括集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械排风五个部分。铝液混合产生的烟气经密闭集气罩收集，通过支烟管进入水平烟道总管到反应器，烟气在总管与来自氧化铝储槽下部电磁振动给料机的新鲜氧化铝接触混合，经反应器吸附反应，袋式除尘器捕集后的含尘氧化铝用风动流槽输送到运输车，净化后的烟气由排烟机抽送到烟囱排入大气，该工艺俗称干法净化技术。干法净化就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成的净化过程。具有吸附作用的物质称吸附剂，被吸附的物质叫吸附质（铝冶炼企业一般采用氧化铝作为吸附质），做为吸附剂吸附烟气中的有毒气体和粉尘等污染物来完成对烟气的净化。

（二）采用砂状氧化铝为吸附剂

氧化铝分为粉状氧化铝和砂状氧化铝氧化铝的比表面积的大小，不仅影响氧化铝的熔解性能，而且也影响对CO的吸附效率。氧化铝是一种多孔结构的物质，具有很大的内表面积，这给吸附物和吸附剂之间提供了接触机会。所以氧化铝的比表面积越大，接收吸附物的能力就越大，吸附量也随比表面积的增加而增加。砂状氧化铝的比表面积比粉状氧化铝的比表面积大的多，所以砂状氧化铝是理想的吸附剂。因此为达到污染物减排的目标，电解生产过程中采用砂状氧化铝将是较好的实施途径。

三、铝冶炼的烟气净化工艺

（一）工艺流程

干法净化工艺流程从功能上主要包括冶炼槽集气、吸附反应、气固分离、氧化铝输送、机械排风五个部分。冶炼槽产生的烟气经密闭集气罩收集，通过直径 600mm 的支烟管进入水平排烟总管到地下烟道。烟气在地下烟道与来自氧化铝储槽下部电磁振动给料机的新鲜氧化铝接触混合，经文丘里管吸附反应，袋式除尘器捕集后的含氟氧化铝用风动流槽、斗式提升机输送至含氟氧化铝储槽供冶炼槽使用。净化后的烟气由排烟机抽送到 70m 高的烟囱排入大气。

（二）烟气特征

铝冶炼从槽型上来说分为自焙槽和预焙槽两种。槽型不同，其烟气性质完全不同。自焙槽烟气量大，烟温低，一般不超过200℃；预焙槽烟温较高，一般达到 400℃以上，烟气量大幅降低。除与炉型有关外，不同的地区、工艺流程、操作手段、原材料都对冶炼槽的烟气特征产生影响。

四、铝冶炼烟气余热的利用

冶炼产生的烟气由导烟管引入余热锅炉进行热交换，温度降至150℃后进入主烟道与氧化铝进行吸附反应，然后进针刺布袋除尘器除尘，净化后烟气由排烟机送入烟囱排放。余热锅炉采用单气包自然循环直立烟道式，用落丸清灰技术有效解决了锅炉受热面的清灰难题；锅炉结构紧凑、热工制度稳定，保证烟气出口温度稳定在150℃以下，满足了袋除尘器的要求。根据铝冶炼烟气特点设计的袋除尘器采用了一些最新技术，重点考虑了气流分布、清灰方式、卸灰方式、温度控制、设备锁风等技术，并考虑了加强的钢结构设计及整体热应力消除技术。由于采用负压流程，进入风机的烟气已经得到净化，风机运转的可靠性大大加强。计算机控制方面实现了各工艺过程主要参数的实时监控，锅炉水位自动调节，锅炉受热面和针刺袋清灰的自动控制，落丸清灰系统过程监控。主要工艺参数实现了实时曲线或数据显示，并可以根据需要随时查询打印。烟气温度必须超过300℃才能产生过热蒸汽；烟气量不能太大，否则经济上没有可行性；烟气中不能有焦油，否则余热锅炉和针刺袋除尘器都将失效；烟气中一氧化碳必须小于一定比例，否则进余热锅炉容易产生爆炸。这样的应用条件对于自焙槽铝冶炼行业来说是无法达到的，该槽型约占总数的15%。另外该技术一次投资太大，以年产10万t的铝冶炼企业为例，烟气净化余热利用系统一次投资约4000万元。

结束语

铝冶炼行业总体环保与节能的水平较低，如果政府不给优惠电价，铝冶炼生产就要亏本；如果环保标准严格执行，铝冶炼厂就必须停产。所以环保与节能是关系到铝冶炼企业发展的重大问题。

参考文献：

[1]周维国，等.现代大型预焙糟技术，沈阳：东北大学出版社，1995

[2]田应甫编著.大型预焙铝电解槽生产实践湖南：中南工业大学出社，2003endprint