NEUl电解烟气净化综合治理技术

王尚元，刘 靖，艾自金

（1.东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166；2.中国有色金属建设股份有限公司，北京 100029）

1 污染物的种类及来源

电解铝生产过程中的有害烟尘主要有氟化物、粉尘和SO2。其中，氟化物主要来自电解槽内氟化物熔盐的分解和挥发；粉尘来自加料和换极时氧化铝和覆盖料的飞扬；SO2是由炭阳极所含的S元素在电解过程中氧化生成[1]。这些有害烟尘排放主要有两个途径：一部分是以有组织的形式被电解槽的集气系统收集，经干法净化系统处理后排空；另一部分是在生产及工艺操作过程中以无组织的形式经由天窗散发到周边环境中。

2 治理现状

国际上通常采用“吨铝排氟量”这个指标来衡量一个电解铝厂的环保水平。目前，国内的排放标准为小于0.9kg/t-Al，欧盟的排放标准是0.35kg/t-Al。目前，无组织的排放量远大于有组织的排放量，是影响电解铝厂氟化物排量总量的主要因素。因此，要进一步降低氟化物等污染物的排放量，即实现环境总量的控制目标，需要从有组织排放和无组织排放两个方面采取有效措施，才能实现进一步降低有害污染物排放的目标。

3 污染物综合治理方案

东北大学设计研究院（有限公司）（以下简称东大设计院）开发的铝电解烟尘收集和净化深度综合治理技术及成套装备，可使电解烟尘的排放指标满足欧盟的排放要求。下面从如何控制烟尘的有组织和无组织排放两个方面分别介绍应采取的相关技术措施。

3.1 控制烟尘有组织排放的技术措施

（1）提高集气效率。①高位分区集气技术。东大设计院开发的高位分区集气技术，充分利用了热烟气的烟囱效应；加之应用对排烟结构进行模拟优化设计，使得电解槽槽罩内负压分布均匀。实际工程应用表明：在电解槽排烟量较传统集气结构降低20%的情况下，仍能保持99%以上的集气效率。“高位分区集气系统”模型可见图1。②双烟道排烟技术。当对电解槽进行操作的时候，为减少烟气的无组织排放，烟气量按正常生产时烟气量的2倍考虑，为了减少烟气的外溢并减少对烟气净化排烟管网系统的冲击，设置副烟管处理电解槽的新增烟气。电解槽集气系统采用上述技术措施后，集气效率可达到99%以上。

图1 高位分区集气系统3D模型

（2）提高净化效率。东大设计院研发的两段相向流烟气干法净化技术，应用特殊的逆流吸附工艺，有效提高了烟气的净化效率；较传统干法净化工艺技术，烟气中的氟化物明显降低。传统净化技术处理后烟气中全氟浓度在7mg/Nm3左右，而采用相向流烟气干法净化工艺处理后的排放浓度为：粉尘＜3mg/Nm3，全氟＜0.85mg/Nm3。

（3）湿法脱硫系统。目前，在国内日益严峻的环保形势下，国内大多数电解铝企业已经提前建设湿法（钙法）脱硫系统，含硫烟气经过处理后，SO2排放浓度可以从200mg/Nm3降至＜35mg/Nm3，同时，烟气中氟化物浓度得到了进一步的降低。

经过湿法脱硫系统处理后的烟气排放浓度为：SO2＜35mg/Nm3；粉尘＜5mg/Nm3，全氟＜0.5mg/Nm3，达到超低排放标准的要求，氟化物排放降低约0.2kg/t-Al。总氟排放降低至小于0.4kg/t-Al。

3.2 减少烟尘无组织排放的技术措施

（1）残极冷却排烟系统。在残极的冷却过程中会产生大量的高温含氟、含尘烟气。东大设计院开发的残极冷却系统，利用残极冷却箱收集残极冷却过程中产生的烟气。残极冷却箱放置在电解车间的大面，并利用排烟管道将产生的烟气输送到电解烟气净化系统集中处理。应用结果表明，采用该系统可以降低氟化物排放约0.05kg/t-Al。

（2）多功能天车移动集气净化系统。目前，大多数无组织排放的烟气，是在更换阳极的操作过程中产生的。东大设计院在行业内率先开发的多功能天车移动集气净化系统，将阳极更换过程中产生的高温含氟、含尘烟气收集，并通过干法净化系统进行净化处理，会大幅度降低无组织排放的烟气量。采用多功能天车移动集气系统可以降低氟化物排放约0.1kg/t-Al。总氟排放可降低至小于0.25kg/t-Al。

（3）电解车间天窗净化系统。尽管采取了诸多措施用于减少电解烟气的无组织排放，但是电解车间无组织排放的污染物仍然存在，还是会对周围环境产生不利影响。目前，电解车间厂房通风结构优化设计的结果是：电解车间无组织排放的烟气仅有一个出口，即电解车间顶部的通风天窗。基于此，东大设计院开发了“电解车间天窗净化系统”，该系统采用天窗喷淋治理的方法净化天窗排放的含氟烟气。

该系统遵循有色和环保行业先进的设计理念，确保净化系统可以达到高效反应、闭环运行、循环利用和废水零排放的设计标准。采用电解车间天窗净化系统可以降低氟化物排放约0.12kg/t-Al。

4 其他辅助技术措施

（1）无阀门变径控制技术。传统的支烟管调节方式需要工人在高空对调节阀门进行操作，操作不安全且技术指标无法保障。因此，东大设计院开发了“无阀门变径控制技术”。通过数值模拟，采用变径管预设控制不同电解槽间出口烟气负压和风量，且节省了安装在支烟管上的调节阀门。采用“无阀门变径控制技术”，不但具有良好的技术经济指标，而且还降低了项目投资和运行维护费用，简化了后期运行维护管理。

（2）多单元主排烟管网集气技术。采用分区控制的思路，东大设计院通过数值模拟的手段开发了的“多单元主排烟管网集气技术”，使整个排烟管网的阻力平衡得到进一步优化。

（3）电解车间通风墙设计。电解车间设置通风墙，使车间内气流组织更为合理，有利于有害物质和余热的排出。

5 综合治理后的排放指标

采用上述深度综合治理技术后，东大设计院开发的电解烟尘综合、深度治理技术的排放指标对比表详见表1。

表1 电解烟尘深度综合治理技术的排放指标对比表

通过表1可以发现：东大设计院开发的电解烟尘深度综合治理技术的排放指标优于欧盟的排放指标，在电解烟尘治理领域可以发挥更大的作用，可以为提高我国电解铝的整体装备技术水平做出更大贡献。