焙烧烟气净化——干法净化自动投料系统研究与实践

王 冉，韩 栋

（新疆农六师碳素有限公司 设备技术科，新疆 五家渠 831300）

炭素厂阳极焙烧炉生产过程中会散发含有氟化物(掺入残极的情况下)、沥青烟、粉尘、SO2以及苯并芘等有害物质，按照《铝工业污染物排放标准》(修改单)(GB25465-2010)、《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2007)及工业和信息化部发布的《铝行业准入条件》(2012 年修订)的要求，必须对炭素焙烧炉烟气加以治理。

目前，国家先后出台了《重点区域大气污染物防治“十二五”规划》、以及《京津冀及周边地区2017 年大气污染防治工作方案(2+26)》、《环境保护税法》等一系列的环保法律法规，部分省份出台了更加严格的地方标准。因此，开发行之有效的工艺，净化焙烧烟气，使其实现长期、稳定、可靠的达标排放势在必行。

因而合理的选择阳极烟气净化技术，防治含有害物质的烟气的排放污染，对碳素厂技术改造及新建焙烧生产线至关重要。采用焙烧烟气净化处理方法能够有效的降低碳素生产中所造成的环境污染。目前碳素行业主要使用的焙烧烟气净化方法包括电捕焦油器净化法、氧化铝吸附干法净化、碱液湿洗涤净化法等。其中大多数碳素工业企业采用的净化方式是氧化铝吸附干法净化。

1 焙烧烟气净化方法

1.1 电捕焦油器净化法

电捕焦油器净化法是一种最简单的烟气净化方法，其流程也最简单。这种方法可以净化烟气中的粉尘与沥青烟，其净化效率高达90%。然而电捕焦油器净化法无法对烟气中的气态氟化物起到净化作用。

1.2 氧化铝吸附干法净化

氧化铝吸附干法净化的净化流程也相对比较简单。这种方法的原理是利用氧化铝对烟气中沥青烟与氟的吸附功能，再使用布袋除尘器进行过滤分离。氧化铝吸附干法净化主要以铝电解生产中的原料氧化铝作为吸附剂，对烟气中包括氟化物、沥青焦油等在内的有害成分进行吸附。氧化铝吸附干法净化所回收的物料能够完全返回至电解槽进行再利用，因此不存在二次污染的问题。

2 电捕焦油器净化法与氧化铝吸附干法净化的结合

这种方法的工艺流程如下：

高温烟气从焙烧炉出口释放出来后，先经过全蒸式冷却塔，使高温烟气温度下降。当烟气的温度下降至90℃时，烟气中的大多数气态焦油被冷凝，形成液态焦油。通过这种方式使电阻比降低，提高烟气的净化效率。烟气进入反应器后，将新添加的氧化铝与之充分的接触，这样烟气中的沥青焦油、氟化物就被吸附到了氧化铝的表面上。最后吸附着焦油、氟化物的氧化铝会随着剩余的烟气进入到袋式除尘器，在其中进行气固分离。

烟气在净化后，从主排烟风机排放至空气中。分离出来的一部分氧化铝被循环使用，另外一部分氧化铝则在气力提升机与风动溜槽的共同作用下被转送至氟化盐的料仓，根据回收再利用的原则由槽罐车运送到电解车间，在铝工业的生产中继续使用。

3 焙烧烟气净化方法对于碳素企业的重要性与意义

炭素制品生产过程中产生的污染物，主要有沥青烟、SO2、含炭粉尘、固体废渣、含粉尘含焦油的废水、噪声等。焙烧烟气净化方法是控制污染物中氟化物排放的有效途径，可以有效的减少氟化物对环境造成的污染。焙烧烟气净化方法加快了粉尘的清除速度，有效的节省了净化的时间，同时减少了生产中有害的化学污染物的排放，避免了污染物对环境造成的极大污染。焙烧烟气净化方法通过对污染物的回收再利用，在降低污染的同时，使资源得到了充分的利用。

随着焙烧净化技术的进步，净化过程中，烟气中的颗粒物、沥青烟、氟化物、SO2的排放浓度均低于我国规定的空气污染物的排放标准，使污染物的排放指标得到了进一步的降低。这种结合方法的整体运行效果十分稳定，使铝工业企业的污染物排放量低于国家规定排放标准。由于该系统的密封性与控制精度的有效提高，为焙烧炉的稳定运作提供了更为有利的条件。同时，保证了焙烧炉炉室内的温度控制程序能够根据事前预设的曲线自动运作，使成品的质量得到较大提高。

4 碳素焙烧车间干法净化面临的问题与解决方法

现有的干法控制多为手动阀门调控，操作人员需手动调节阀门开度，首先焙烧车间排出烟气是存在不稳定的变化因素，其次手动调整难以实现数据的实时性，再者干法新鲜料在管道与溜槽内也时常出现断流堵塞现象，都会造成环保数据的不稳定与超限。本文内容介绍通过PLC 与电动调节阀门相结合实现干法净化自动调节功能，确保稳定给料，数据实时监控，在烟气含量变换的的情况下快速有效的调节，确保各项数据达标。

（1）干法净化自动运行系统包含新鲜仓下增加定量给料机运行控制；新鲜料入口下料阀堵料调节，氧化铝粉料流监测，投新鲜氧化铝粉累加计量，氧化铝粉新鲜仓料位监测，干法净化设备故障监测。

图1 定量给料机

（2）新鲜仓调节：上位系统根据环保数据要求设置二氧化硫目标值，颗粒物超限值，新鲜仓投放量上限，下限值。

（3）系统可根据焙烧车间烟气含量值变化时自动调试控制当颗粒物低于颗粒物超限值时，新鲜仓料投放量，根据二氧化硫目标值与当前烟气二氧化硫测量值执行PID 自动调整；在干法净化的控制过程中，连续控制系统的理想PID 控制规律为：

式中，Kp——比例增益；

Tt——积分时间常数；

TD——微分时间常数；

u（t）——PID 控制器的输出阀门开度信号；

e（t）——SO2 给定值r（t）与测量值之差。

自动运行条件为，新鲜仓定量给料机远程控制，无故障报警且允许运行；电动调节阀无故障；烟气采集通讯正常。

新鲜仓定量给料机设置投放量上限，下限；当回馈超过上限时，新鲜仓投放量不再增加，当新鲜仓回馈低于投放量下限时，新鲜仓投放量不再减少。

图2 上位机工艺监控

（4）各调节阀门通过配方方式控制：可设置多组阀门调控配方。

所有电动阀门均在配方中，可以在干法净化系统中预设阀门配方，通过切换配方达到一键切换流程的功能。

调节阀在就地时干法净化系统可以读取当前阀门开度。可以通过配方界面中的按钮达到一键导入当前状态下的阀门参数；既是就地调节完阀门，重新导入当前状态，不需要在界面输入当前值。

（5）防堵料控制机制。

由于氧化铝粉容易在阀门处堆积，所以系统新鲜料入口阀在自动运行时，每半个小时完全打开一个阀门5 秒，此后回归原开关大小，然后执行下一个阀门，直到所有阀门均执行一次。保证所有阀门不堵料。

5 结论

综上所述，炭素生产中存在着大量的可变因素，同时烟气的净化方法也在不断的进步。我国对铝工业的烟气净化还有进一步的发展空间，需要不断的深入研究与探索。电捕焦油器净化法与氧化铝吸附干法净化的有机结合，弥补了单独使用电捕焦油器净化法或氧化铝吸附干法净化的不足，PLC 与电动调节阀的结合使烟气中的氟化物等污染物得到了更好的净化，使碳素企业实现了污染物排放量的达标。同时这种净化方法有效的提高了烟气的净化效率，节省了大量的净化时间，为企业带来了一定的经济效益。