再生铝熔炼烟气除尘脱硫系统改造研究

齐辉,李钢,丁甦

（1.沈阳广播电视大学，辽宁 沈阳 110003；2.中国石油天然气股份有限公司辽宁沈阳销售分公司，辽宁 沈阳 110015 ；3.四川道远环保设备有限公司，四川 成都 610225）

1 概述

近几年，我国再生铝工业发展加快，特别是产量规模与生产规模方面，在再生有色金属中位居榜首，使其在铝工业中的重要性逐渐突显出来。然而，在再生铝工业长期发展的过程中，其不协调性问题也愈加明显，环境意识薄弱且环境保护工作严重滞后，对行业本身的全面可持续发展带来了负面的影响。

随着治理环境污染已经到了攻坚阶段，目前我国在环境保护方面给予了高度重视，而且相关部门在管理再生铝工业环境方面的力度明显加强，很多对环境污染程度严重的再生铝企业都已经停业或者是被淘汰。由此可见，在再生铝行业未来发展的过程中，环境竞争将成为主要的竞争内容，如果无法解决环境问题，就必然会影响企业的生存与发展，所以必须要形成正确地认知。

2 再生铝废气分类与主要成分阐释

2.1 再生铝废气分类

综合考虑国家环境保护部门规定要求，可以对工业废气进行有效地分类，集中表现在含颗粒性废气和含气态性废气两方面。但因为再生铝行业所需原材料十分复杂，所以在实际生产的过程中，会同时形成不低于两种类型的废气，不仅存在含颗粒性废气，同时还有含气态性废气。在这种情况下，治理废气的过程中，一定要对废气中有害气体以及粉尘影响外界环境的程度加以综合考虑与分析。

2.2 废气主要成分

再生铝行业原料来源的渠道不同、受污染程度不同、废料品种不同、添加剂成分不同、选用燃料不同、采用的熔炼技术不同，因此，废气中的有害污染物也不同。有以下几种：（1）颗粒状废物。这些废物主要是在熔炼的过程中产生一些金属氧化物和非金属氧化物，如：Ca、Zn、Al、Fe、Mg、Na、K的氯化物和氧化物，还有大量碳粒状灰份等，以上这些成分构成了尘。（2）气体污染物废气的主要成分。再生铝行业普遍存在以下气体污染物废气，SO2、CO2、CO、NOX、HF、HCl、碳氢化合物，还会有一些易挥发的金属氧化物或者挥发的金属，还可能会有氯气等，当然并不是这些成分都有害，但其中的大多数成分会对外界环境产生较大的影响，有些可能会危及操作人员的生命安全。

3 设计思路

（1）设计除尘脱硫烟气流程：铝熔炼炉烟气出口→水冷式多管旋风除尘器→布袋除尘器→引风机→旋流板脱硫吸收塔→烟囱。（2）脱硫工艺采用钠钙双碱法：通过塔内吸收，塔外氧化的方式，将烟气中的SO2最终转化成石膏排放。（3）脱硫系统设置烟气旁路，脱硫装置在任何情况下都不会影响铝熔炼炉的正常、安全运行。（4）在设计点下，均按脱硫效率≥85%，烟尘浓度＜50mg/Nm3进行设计，从而保证净烟气中污染物的达标排放。

4 铝熔炼炉除尘系统方案设计

4.1 铝熔炼炉除尘的难点

（1）烟气温度高；铝熔炼炉在炉况正常的情况下，与加料口的野风混合，其烟气的温度不超过200℃；一旦加料缺乏及时性，那么空炉、棚料或者是打炉，其瞬间的烟气温度就会骤然升高，并且超过300℃，直接增加了气体输送与干法除尘的难度。

（2）粉尘过多；微粉的比例大，而且大部分微粉都不亲水。铝熔炼炉原始烟气（不计高温膨胀，不计野风）的含尘量为10～16g/Nm3。

（3）烟气含有酸性氧化物及氟化物；在焦炭燃烧的过程中，会产生SO2、CO2和NOX，这些都溶于水，呈现酸性。如果用干法除尘，可直接排空；如果用湿法除尘，水呈现的酸性会腐蚀设备，对人也有危害，还容易污染水质和农作物。

4.2 铝熔炼炉除尘器的选择

（1）冷却器的合理选择。一般情况下，除尘器都不具备耐高温的性能，即使其除尘方式耐高温，若始终处于高温条件下运行，那么设备使用的时间也会减少。在这种情况下，在颗粒除尘器不设置冷却器的基础上，其他所有的除尘方式都应当加设冷却器。由此可见，冷却器的选择十分关键。（2）根据地区、资金的不同选择除尘器。因不同地区对铝熔炼炉的排放标准不同，要选择合适的除尘方式，资金充裕的时候，可以选择除尘效率高、一次投资大，同时运行成本低的除尘方式。（3）选用铝熔炼炉除尘器一定要有前瞻性。人们对环境的要求越来越高，在选择铝熔炼炉除尘方式时，一定要有超前的意识，一定要用发展的眼光做设备的选择。（4）多种除尘结合或多级除尘。现有的除尘方式，很难利用一种方式就达到排放的要求，因此，可以选择多种除尘方式相结合或者多级除尘的形式。

4.3 铝熔炼炉烟气降温

在以上分析对比的基础上，要想实现除尘效率的优化发展，从根本上消除二次污染，在系统中就要借助布袋除尘器，将其作为主体，并形成二级除尘。其中，第一级是多管水冷除尘模式，而第二级则是脉冲清灰布袋除尘模式。在此方案中，主要内容具体体现在以下几个方面：通过熔炼炉所产生的烟气与抄灰机废气会在混合以后进入到多管水冷除尘器内部，使得出口温度降低，使得大颗粒得以消除并燃炭，利用布袋除尘器对细微颗粒进行收集，通过风机进入到旋流板脱硫吸收塔，由脱硫塔上部烟囱放空。

在袋式除尘器应用之前，在将多管水冷旋风除尘器增设其中以后，当含尘气体携带火星通过进气口进入到旋风除尘器以后，气流就会从直线运动转变为圆周运动状态，而且旋转气流中的大部分含尘气体也会顺着除尘器的内壁以螺旋形的状态向下流动，一般情况下，这种现象被称之为外旋气流。在整个过程中，含尘气体则会在实际旋转的过程中形成离心力，并且将密度超过气体的粉尘离子以及火星向除尘器壁面甩去。如果这两者和除尘器壁面相互接触，那么火星就会随之熄灭并成为灰尘，其惯性力也会随之消失，只能够依靠重力与向下动量沿着壁面下落，并向排灰管内部进入，随后得以排出。

5 脉冲袋式除尘器方案选择

5.1 铝熔炼炉除尘的净化方式

目前绝大多数采用脉冲袋式除尘器，技术也已较成熟。其主要优点有：可离线（在线）清灰，反吹气流阻力低、脉冲清灰效果好，高架式，灰仓锥角大，不易积灰搭拱。对布袋外部烟尘的吸附，需借助反吹压缩空气的方式完成清灰的工作。而在清灰周期期间，特别是调试方面，应采取定时设定的方式完成压差的监控作业，并实时加以调整，以保证清灰周期能够与除尘器积灰的速度保持一致。在实际清灰的时候，能够对离线清灰模式加以运用，具体指的就是分室轮流清灰的同时，要关闭清灰室离线清灰阀，并将上部分负压源切断处理，确保布袋机可以受自重力作用影响，下落到仓底灰仓当中。而在完成清灰以后，即可将离线清灰阀开启。这样一来，此室就会处于净化的状态，而下一室则处于清灰的状态。

5.2 选择脉冲袋式除尘器注意要点

选择适合铝熔炼炉烟气治理的脉冲袋式除尘器必须注意以下主要几点：（1）清灰能力强、设备阻力低：正常的设备阻力（低于1500Pa）。

（2）除尘器控制应对现代程控器加以利用，借助手动、定时以及压差三种不同的控制手段，以保证全面且系统化地控制除尘器的脉冲阀、离线阀以及卸灰阀等。

5.3 脉冲清灰袋式除尘器工作的基本原理阐释

袋式除尘器也就是过滤式除尘器，具体指的就是对由纤维编制的袋式过滤元件加以合理运用，用于含尘气体颗粒物捕捉的一种除尘装置。在实际工作的过程中，会涉及到惯性、碰撞、扩散、静电等诸多因素内容，所以实际的除尘效率将与筛滤效应存在紧密的联系。在含尘气体被引入袋式除尘器的进口以后，会在烟气分配装置的作用下向滤袋内部均匀分配。而在含尘气体经由滤袋的过程中，粉尘就会在滤袋外侧被吸附，随后被净化的气体则会在滤袋内部排放出来。在滤袋吸附粉尘达到特定厚度的情况下，厚度阻力会上升至定值，此时电脉冲阀会随之开启，将空气喷出，并经由滤袋出口位置的文丘里喷嘴，由上至下与排出气体方向相反的方向被吹入到滤袋内部，使得吸附于滤袋外表面的粉尘随之清落，并进入到下方灰斗当中，在排料阀的作用下排出粉尘。

6 结语

虽然再生铝行业因在节能方面的优势而具有很大的经济价值，但十九大已明确提出治理环境污染已经到了攻坚阶段，环境保护方面不解决，不管具有多大的经济价值都不会有广阔的发展前景。因此做好再生铝熔炼烟气除尘脱硫改造和技术更新、根据地区气候环境的不同用发展的眼光选择除尘器、科学的设计除尘工艺、研发新型净化除杂技术，是再生铝行业可持续健康发展的重要技术支撑。