摘要：随着现代铝电解工业技术的快速发展，国家对节能减排、环境污染控制越来越严格，为减少对环境的影响，铝电解烟气净化系统技术正向环保、实效方面拓展。烟气净化技术的升级能够减缓对环境的影响，还能有效地节约能源、材料，对于铝电解企业降本增效作用显著。本文概述了420kA级铝电解生产烟气净化系统技术的应用情况，并对其应用中的技术特点和缺陷进行总结和分析，提出了工艺、设备及管理优化升级的思路。
关键词：电解烟气；净化方法；管控要点；
1前言
铝电解生产采用熔盐电解法，生产过程中产生的烟气主要成分为氟化物、二氧化硫和烟尘，为了减少这些有害物质逸散造成环境污染，设置铝电解烟气净化设施，对氟化物回收处理后返回电解生产系统使用，减少物料损失，对烟气中的烟尘进行净化处理，达到国家排放要求。
2 420kA铝电解烟气净化技术应用概况
1）某司420kA铝电解生产系列共248台电解槽，分两区域采用两套烟气净化系统，该系统由贵阳铝镁设计院于2010年4月设计，2013年6月投产，采用局部和全面通风相结合的联合通、排风方法，对铝电解所产生的有害气体进行控制和净化，采用氧化铝吸附、布袋除尘器收尘处理烟气，将气态氟转化为固态氟（载氟氧化铝）回收利用。其反应原理如下：Al2O3吸附HF反应原理如下：
铝电解产生含氟烟气，经主排烟风机产生的负压由双烟管捕集后进入重力逆流反应器，与投入的新鲜氧化铝充分混合反应，将烟气中的气氟捕捉，经长袋低压脉冲袋式过滤器进行气固分离，形成的固氟（即载氟氧化铝），经沸腾床、风动溜槽收集后，由气力提升机输送到3000t载氟仓（日常仓）供电解槽生产使用，净化后的气体经烟囱直接对大气排放。
2）420kA级大型预焙电解槽铝电解烟气捕集管网采用国内铝行业先进的双排烟管道系统。电解台槽烟气捕集管道采用双烟管系统（主、辅烟管），在出铝、更换阳极作业及阳极效应发生时，由微机控制自动开启辅助烟管，增加抽风量使开槽操作时的电解槽烟气进入净化系统，集气效率高。每套净化系统采用四段地下排烟管道，分区域（四个工区各36台电解槽划分为四个反应区域）采集汇总方式，共两套净化系统承担248台电解槽烟气净化控制。
3）该槽型生产特点是打击、下料等作业全程由微机控制，槽上部采用六点打击，六点下料模式，打击、下料和电化反应过程是在电解槽全密闭状态下进行，铝电解产生烟气被双支烟管收集，有效减少了烟气的外泄，烟气捕集率高；同时，通过严格的工艺管理，无组织排放频次低，电解槽集气效率达98.5%以上。
4）净化系统采用沸腾床和重力逆流反应器结合的净化反应模式。氧化铝经分料箱和风动溜槽进入反应器中心，通过压力助吹方式使投入的氧化铝从反应器喷嘴溢出，通过挡板形成反射面，在负压和紊流的作用下，弥散在烟道内与烟气接触混合，吸附烟气中的氟化物，完成气氟到固氟转换的过程；气固分离采用长袋低压脉冲袋式除尘器，内设预分离挡面和气流导向结构，混合的烟尘、物料经气流方向进入除尘器后，颗粒较大物料在挡板作用下先分离沉降，余下气混物再经导向槽分流进入过滤层，混合物最终被滤袋捕捉经清灰装置完成气固分离。该除尘器特有的内部结构，有效减弱物料对滤袋的冲刷，延长除尘器箱体及滤袋使用寿命，降低维护成本。
5）净化系统Ⅰ区域采用行业内首创烟管余热回收技术。电解厂房中部主烟管上并网接入余热回收模块，通过热媒介质进行热能转换，利用烟管热能，为生产厂区澡堂提供热水源及生活区提供气流采暖，实现余热利用。该模式的运用，大幅降低了除尘器烟管进口的烟气温度，有效延长了滤袋的使用寿命。
6）把控主辅原料质量关。采用比表面积≧45m2/g的砂状氧化铝作为主要生产原料，比表面积大的氧化铝颗粒，在净化流程中易于吸附气态HF，可有效提高净化反应段的吸氟效率；同期使用低硫石油焦浇注的阳极炭块，减少硫参与的反应量（即硫化物的生产量）。通过上述技术手段和管理操作规范要求，某司420kA级铝电解系列烟气净化段，实现了较好的集气效率和净化污染物排放指标。
3 420kA铝电解净化系统现状分析
1）净化反应段投料模式缺陷
净化反应器是电解铝烟气中氟化物（主要成分是HF）与新鲜氧化铝反应的关键设备，原采用分段溜槽投料方式结合重力逆流反应器的净化反应段属于二代反应器（文丘里反应器）。由于投料方式的缺陷，导致无法实现将新鲜氧化铝持续不断、均衡地投入到各组反应器内尤其越靠后的反应器室更为明显，再加上反应器投料过程中喷嘴及助吹管易堵塞，造成反应器内预给定的吸附剂（新鲜氧化铝）常出现断流或布料不均衡，反应器内含氟烟气未充分反应回收或反应不均衡。基于上述因素，各反应室的均衡控制就不理想，采用人工干预的模式，效果也差强人意，导致形成的载氟氧化铝（固氟）吸附不均衡，载氟料上仓后形成分层，影响电解生产工艺控制；同时该反应器的特点决定了投入的氧化铝与烟气接触需在强烈的紊流气氛中进行，氧化铝物料在反应器中滞留时间较长，加剧了氧化铝的破损，导致反应段生成物料的载氟率低；另外流化元件与烟气直接接触易堵塞反应器喷射孔，紊流作用还造成喷嘴和助吹管的破损。
4 420kA铝电解烟气净化优化升级思路
4.1反应器改造
进行技术缺陷研究后，对比现有国内铝工业420kA铝电解净化模式和设备，420kA电解烟气净化系统可采用国内先进的CC型多点式反应器，配套投料输送段对原净化系统进行升级改造。电解烟气的干法净化系统中，用于混合烟气与新鲜氧化铝的反应器，是确保高效净化效率的关键设备。通过计算固气比值，将所需的氧化铝持续均衡地经辅助喷射孔在负压和紊流的作用下充分弥散在烟道内和烟气充分接触混合，有效吸附烟气中的HF。
4.2电解槽集气主烟箱改造
420kA电解槽集气结构为菱形主烟箱的四壁开孔，其孔径依据出口的远近由大变小呈均匀排列，利用孔径大小节流，由于这种低位集气的方式在集气管道方向形成爬坡，增大了气流阻力，其次低位集气的方式在日常电解作业中易积料堵塞收烟口，这一结构对捕集电解槽的烟气表现就差强人意，基于这点，改进槽上部菱形主烟箱的集气结构，采用高位集气技术、分段式立体集气罩进行远近端分段控制，减小烟气流向的阻力，增大槽内吸附面积，仅需以往风机能耗的85%效率就能实现均衡合理分配台槽烟管流量，保证密封槽内严格意义上的低负压状态，由于该项技术改造在线实施困难，可考虑槽大修时进行。
5结束语
随日趋严格的环保排放指标及大型电解槽的工艺特点，对铝工业电解烟气净化技术提出了更高的要求，随着国内铝行业强电流、大容量预焙槽的发展，只有积极深入研究和实践与之关联的净化系统工艺、设备控制和生产系统，不断创新工艺和技术升级，借鉴行业内的先进技术，才能使烟气净化效率得到实质的提高。采用先进的净化技术不仅对保护环境有利，且可获得显著的经济效益。
参考文献：
[1]杨海峰.电解烟气余热回收利用[J].轻金属，2016，（07）：60-62.
[2]李振宇.干法净化技术在铝电解烟气治理中的应用[J].湖南有色金属，2010，26（01）：40-44.
论文作者:黄校
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：烟气论文; 反应器论文; 氧化铝论文; 电解槽论文; 烟管论文; 净化系统论文; 铝电解论文; 《基层建设》2018年第5期论文;