电解铝生产中烟气处理与余热利用探讨

魏迎辉

（山西兆丰铝电有限责任公司，山西 阳泉 045200）

随着科技的日益进步，以及对节能环保这方面的重视，电解铝生产中烟气处理与余热利用也随之出现了能量利用率低的问题，那么如何尽可能地将电解铝生产过程中产生的烟气余热的能量利用率提高就成为了我们必须要解决的问题，电解铝是重要并且常见的一种能源，只有对其深入研究发现问题、解决问题那么该能源，能够保持长期的发展，有着长远的未来。

1 提高电解铝能量利用率的意义

当今世界总体上能源形势日益严峻，节能环保已经在世界上达成了共识。因此将各种能源的利用率提高，也就成为了对节约能源这一方面的一种不可或缺的因素。然而，电解铝过程中能量利用率仅在50%左右，造成了大量热空气的排放，这样既造成了能源的大量损失，也使得环境被污染。因此，对于电解铝生产中烟气处理与余热利用这一问题，我们一定要将其重视起来，尽可能地提高电解铝生产过程中产生的烟气余热的能量利用率，并将其高效地应用在人们生活中的其他方面。

2 对于电解铝生产过程中所存在的污染

要知道大多数的化学反应都伴随着一定的污染，电解铝也不例外，在电解铝生产过程中，其所产生的固体废物、气体废物、液体废物，这些都会对环境造成很大的损害。固体废物则是生产过程中产生的残渣。气体废物指的是其排放的气体中有二氧化硫以及各种无机氟化物，而二氧化硫则有利于酸雨的形成。而其排放的液体废物，则基本上已经满足了生活污水的标准，可见电解铝所产生的废物对环境所造成的危害之大。

2.1 关于电解铝生产中烟气的特点

电解铝的基本过程是电化学反应，其中铝离子在阴极上得电子发生反应，生成铝单质，相应的，氧气则在阳极上失电子发生反应，生成一氧化碳和二氧化碳气体，由于电解铝反应中，阴阳两极都是碳。因此会不可避免地出现碳被氧化的情况，而且还有氟化物的存在，所以会导致烟气中掺杂碳粒等微小颗粒物。铝电解过程是在高温的作用下进行，而烟气所带走的热量约占30%。因此，烟气在排出时所具有的温度一般在150度左右。在电解铝产生烟气的过程中，电解铝装置也会对烟气产生各种各样的影响，由于电解铝过程产生的烟气中含有大量的无机氟化物也会对环境造成极大的污染。因此，对于电解铝的净化工艺，一般会选择干法净化法。

通过以上对于电解铝生产过程中的论述，可以得出烟气的排放量大、烟气带走的热量大、烟气的排放会受到各种各样的影响、烟气中含有有毒气体。

2.2 对于烟气的净化方法

用颗粒状氧化铝作为吸附剂。由于在电解铝生产过程中会产生相应的二氧化硫等污染物气体，而氧化铝的质量和表面积这两个因素会对这些污染气体的被吸收产生一定的效果，即颗粒状氧化铝作为吸附剂，吸收了二氧化硫等污染物气体。因此，在实际的电解铝生产过程中，会加入一定量的颗粒状氧化铝作为吸附剂来吸附污染气体，从而使得污染物的排放情况达到国家标准。

2.3 在设备上进行强化

要知道对于电解铝生产中产生的烟气进行处理是一项较为复杂的过程，需要对烟气进行收集之后，将收集的气体中的粉尘颗粒除去，还要将气体和固体进行分离，并分别收集。在做完这些工作后，将最终得到的氧化铝运输到相应地点，最后还要用相关的设备对这些氧化铝进行排放处理。然而，这也充分证明了在电解铝生产过程中，电解铝生产过程和烟气净化的过程都有着重要的地位。因此，优化相关的净化设备以及提高相应的净化技术就成为了一个不可或缺的问题，所以我们要用到干法净化技术，而干法净化技术的原理就是用某种固态物质来净化某种气体。这种技术可以在特定情况下对气体进行有效的净化。那么想要利用干法净化技术对烟气进行有效的处理，我们就要在干法净化技术的基础上，结合实际情况来制定具有针对性的方案，例如对于布袋的材质要有耐磨性，并且耐高温的特点，其次，还要考虑相应的冷却装置和散热装置，这样可以有效的保证干法净化过程中的工作环境。

3 对于烟气能源利用率提高方案的设计

通过电解铝生产过程中产生的烟气具有非常高的温度，也可以说其含有大量的热能，但是这些热能如果不能及时地被利用，就会造成相应的损失。比如在烟气的收集、输送等各种流程的进行中就会造成烟气中的热量部分损失，从而造成了能源的浪费，但是如果我们将这些能量用于对气缸进行加温，就会对企业的经济效益有极大的提高。因此想要达到这样的效果，就必须结合公司的实际情况来设计相应的电解铝烟气余热使用方案，以此来提高烟气能源利用率。

4 对于烟气散热的回收利用现状

电解铝烟气含有巨大的热量，并且随着企业的发展烟气储存槽容量增大，从而导致了烟气的流量增大，散热量也加大，热量的损失相较于之前也同时增大。因此，如果我们能充分地将这些损失的热量利用起来，那么就会对相关企业的经济效益带来极大的提升，也将会是节约能源的新出路。随着电解铝烟气的流量增大，散热量增大，对于净化设备质量的要求也更加严格。如果净化设备质量不达标，那么就会在很大程度上影响净化系统的运行成本以及运行效率。在实际生产过程中为了尽可能地使烟气的温度降低，一般会将烟气和大量的空气混合稀释，从而对烟气达到降温的效果。但是这种方法由于引进了大量的空气而空气中也含有很多杂质，使得烟气处理量增大，相关的能耗量也增大。但是总体而言，这种通过将烟气和大量空气混合，稀释降温的方法既达到了对烟气降温的目的，也降低了净化系统运行的成本并且由于电解出来的烟气不会再参与电解过程，因此对于电解铝烟气余热回收方面采取的措施不会对电解过程产生任何的影响。到目前为止，对于烟气散热的回收利用有两种方法其中最主要的是动力利用和热利用。

4.1 动力利用

动力利用一般情况下指的是通过利用电解铝生产过程中产生的烟气余热来进行发电，也就是说，将烟气中的热能转化为电能。近年来，随着低温烟气余热发电技术的发展有不少学者对其进行了深入研究。ORC发电技术就是对低温烟气的余热发电方面深入研究得到的成果，这种技术普遍运用在有机物或者混合物方面.ORC循环发电技术在国外已经发展了近半个世纪因此，ORC循环发电技术在国外已经有了较为成熟的体系，但是随着科技的发展，ORC循环发电技术在电解铝工业由于其发电效率偏低，无法和新能源相比。例如风能、地热能等等。因此ORC循环技术在国内外都没有应用在大规模工业化的报道，但是ORC循环技术有着其独特的特点，该特点就是可以优化筛选适用于电解铝过程产生的烟气的有机工质。

ORC循环系统有些工具的决定因素有很多，其中主要有压力蒸发以及冷凝温度分子质量传导性、稳定性以及是否环保，是否安全等等。正是由于其具有独特的利用价值，国内外学者根据电解过程中产生的烟气的特点以及烟气的余热回收利用所应该使用的有机工质进行了优化筛选，国内外学者对该技术不断地进行优化改良使得ORC应用在烟气的余热回收利用方面的技术越来越成熟也使得ORC这一技术在该方面体现出的价值独一无二。

4.2 热利用

早在20世纪七八十年代，美国就开始研究烟气余热能否应用在居民的生活用水上。在北欧，由于其铝电解工业非常发达，有些科学家就利用电解铝过程中产生的烟气余热代替居民取暖所用的地热并将其应用在热水供应上。同时，我国也有人在21世纪对电解铝过程中产生烟气余热应用在热水供应等方面进行了研究，并取得了一定的成功。但是需要注意的是，在电解铝过程中产生的烟气余热的热利用容易受到各种因素的影响，利用面狭小，并且在美国有些科学家通过分析认为通过烟气的余热对水进行加热，会导致水的成本高，回收期较长，能量利用率低，并且还会影响烟气的降温，还会因为作为烟气载体的管道影响净化系统，这一系列的问题需要解决。然而将烟气产生的余热，通过热交换器在以水为媒介的前提下对阳极炭块培烧炉培烧用燃气进行预热，就会避免以上的问题，同时也会节约成本节能减排，对环境的影响较小。然而，由于企业所在的地理位置不同，不能够死板地将整套模式强加在企业身上，要根据企业所在的地理位置以及企业内部的实际情况对模式进行优化修改，从而使得能源得到最大化利用。

5 存在于烟气散热的回收利用方面的问题

烟气在离开电解槽，经过管道通向净化系统装置的过程中，会存在散热问题。在实际生产过程中，烟气的温度会受到很多因素的影响，例如电解槽的状态，烟气的流速，烟气的流量以及外界温度变化等等，从而给回收利用带来了很大的困难，并且由于铝电解烟气中会含有大量的杂质，这些也会对余热回收带来一定的困难。要知道热交换器应用于余热回收方面会提高回收效率并且热交换器一般会安装在净化系统之前，也就是说烟气还没进行进化，就会通过热交换器。这也就出现了一个问题那就是随着时间的推移烟气中的杂质会慢慢地堆积在热交换器中，日积月累，就会导致热交换器堵塞。这样会在很大程度上降低余热回收利用的效率并且会带来很大的安全隐患。因此使用一段时间就得对热交换器装置进行清理工作。然而，在进行清理工作时，污垢的位置可能会比较特殊地存在于交换器内壁，加大了清理工作的难度，污垢的结构主要与烟气的流量重力，表面张力等有关，也与热交换器本身的结构有关因此，通过改善热交换器本身的结构，对热交换器的内壁进行一定得改善会有利于清理工作的进行。

上面也提到，随着时间的进行，污垢也会逐渐积累，在热交换器中又因为烟气中有大量的酸性化合物，以及水分在烟气从电解铝向净化系统运行的过程中，经过热交换器时温度有所降低，因此水分会液化，而这些水分呈酸性，就会对热交换器产生一定的腐蚀从而带来极大的安全隐患。因此要解决这个问题就需要对热交换器进行适当的加热，防止水分液化。

6 结语

对电解铝生产过程中产生的烟气余热，回收利用的研究在目前能源形势严峻的情况下有着极大的意义。随着科技的日益进步以及电解铝过程中产生的烟气余热回收利用技术的发展，铝电解烟气余热回收利用越来越受到人们的重视。这项技术还没有发挥其完全的作用，发展空间还很大，还有很多问题仍待解决，比如技术不成熟，发展较晚，烟气余热回收效率低并且由于烟气本身含有的杂质多以及受到各种各样的影响，处理难度大。烟气中含有酸性物质，也会对管道以及净化装置有一定的腐蚀作用。这些问题都需要解决，目前烟气余热回收利用在热利用方面的成就较大，在动力方面的利用虽然还很少，但是其发展前景更好。将来可以应用的范围更广。因此，我们要大力发展电解铝过程中的烟气余热发电技术，以期将来能对国家的发展做出巨大的贡献。