新式除塵器在電解鋁煙氣治理中的應(yīng)用

含氟煙氣主要來源于工業(yè)生產(chǎn)過程，冶金工業(yè)的鋁電解行業(yè)和煉鋼過程，化學(xué)工業(yè)的黃磷、磷肥和氟塑料生產(chǎn)過程都要排放出大量的含氟廢氣，其次搪瓷中的上釉、磚瓦、玻璃在高溫下燒制時，也排出含氟廢氣。鋁電解含氟煙氣是指鋁電解過程中產(chǎn)生的含有氟化氫(HF)、四氟化碳( CF4)和四氟化硅( SiF4)等的煙氣。

    鋁電解含氟煙氣治理一般分為濕法凈化和干法凈化兩大類。濕法凈化系采用液體吸收劑吸收凈化含氟煙氣。根據(jù)所選的吸收劑的不同，又可分為酸法和堿法兩種。酸法是指以水為吸收劑凈化含氟煙氣，生成氫氟酸和氟硅酸溶液，此酸性溶液可進(jìn)一步加工成為有用的氟化物，如冰晶石或氟硅酸鈉等副產(chǎn)品。堿法是指以堿性溶液(如純堿、石灰乳等)作為吸收劑，凈化含氟煙氣，生成氟化物水溶液或沉淀物。由于濕法凈化存在處理成本高、產(chǎn)生廢水、廢渣二次污染等問題，尤其在北方還存在保溫防凍問題，因此在鋁行業(yè)內(nèi)已經(jīng)很少使用，取而代之的是干法凈化工藝。
    干法凈化系指以固體物質(zhì)吸附或吸收含氟煙氣中的氟化物，達(dá)到凈化煙氣的目的。在鋁電解含氟煙氣治理方面，上個世紀(jì)六、七十年代北美的一些鋁業(yè)公司首先應(yīng)用了干法凈化技術(shù)。近幾年來，由于大型預(yù)焙槽的廣泛出現(xiàn)，干法凈化技術(shù)更是得到了廣泛的應(yīng)用、發(fā)展。目前，國外采用的干法凈化流程主要有美國的A - 398法、加拿大的阿爾肯(A lcan)法、法國的彼施涅系統(tǒng)等。鋁電解煙氣的干法凈化具有的主要特點如下:(1)凈化效率高，一般在98%
以上;( 2)不用準(zhǔn)備特別的吸附劑，吸附劑為電解鋁的原料一41203，吸附的HF可直接隨同氧化鋁一起進(jìn)入電解生產(chǎn)中代替氟化鹽(熔劑)，從而減少氟化鹽的用量，降低生產(chǎn)成本;( 3)整個干法凈化系統(tǒng)的工藝流程簡單，維護、維修方便;( 4)干法凈化系統(tǒng)的基建費用和運行費用相對較低，可適用于各種氣候條件;( 5)易提高集氣效率，減少煙氣的無組織排放，利于節(jié)能減排。
電解煙氣的成分和危害
1. 1電解鋁的工藝介紹
    采用霍爾一埃魯法(冰晶石一氧化鋁熔鹽電解)生產(chǎn)鋁已有100年的歷史，即電解槽導(dǎo)入強大直流電，氧化鋁、氟化鹽在950℃左右高溫條件下熔融(電解質(zhì))，電解質(zhì)在電解槽內(nèi)經(jīng)過復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，氧化鋁被分解，在槽底陰極析出液態(tài)金屬鋁，陽極釋放陽極氣體。
1. 2鋁電解煙氣的產(chǎn)生
在400 } 600℃溫度下，氧化鋁中仍可含有0. 2%一0. 5%的水分。電解鋁生產(chǎn)過程中，高溫條件下氟化鹽與水發(fā)生水解反應(yīng)后產(chǎn)生的氟化氫氣體是電解鋁過程中產(chǎn)生的主要污染物。鋁電解時散發(fā)
主要的氟化物有:
    1.熔融電解質(zhì)蒸氣，主要是Na}A1Ffi, NaA1F4和A1F3。在低于920℃時，Na3A1F}分解成亞冰晶石(N aA1F4)與A1F3。
    2.氣態(tài)氟化物主要是HF，因為在原料中含有水分，或電解液暴露面與空氣中水分發(fā)生下述反應(yīng):
    2Na3A1F6+ 3Hz0= A1z03+ 6NaF+ 6HF T
    2A1F3+ 3Hz0= A1z03+ 6HF T
    3.在接近發(fā)生陽極效應(yīng)時，產(chǎn)生CF4與CzF}}含量占1. 5%一2%，在陽極效應(yīng)時高達(dá)20%~40%。
    4.向電解槽加入氟化鹽時產(chǎn)生粉塵進(jìn)入煙氣。
1. 3電解鋁煙氣的成分

    實驗證明電解鋁散發(fā)的主要污染物是氟化物及少量的SO:和碳?xì)浠衔铮浯问且恍┭趸X粉塵。而鋁電解槽排放的氟化物有兩種形態(tài):一種是氣態(tài)氟化物，它是由氟化鹽水解產(chǎn)生的，主要是HF氣體;其次是CF4, SiF4;另一種是固態(tài)氟化物，它包括電解質(zhì)揮發(fā)、氟化鋁升華的凝聚物和含氟粉塵，每生產(chǎn)It鋁約排氟16- 20 kg。

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1電解煙氣的危害
1. 1氟污染對植物的影響
    對植物而言，氟化物是*毒的污染物之一，植物通過葉片的呼吸吸收大氣中的氣態(tài)氟，通過其根吸收水或土壤中的氟，并在體內(nèi)蓄積;含氟粉塵由于其重力沉降作用或隨降水落到植物葉片表面，被其吸附并集累。植物吸收過量的氟將影響其生長，并通過食物鏈影響食草動物。大氣中低至1 ILL/ L的氟就能對敏感植物造成傷害，濃度超過幾十ILL/ L，大多數(shù)植物因這急性中毒而受到摧殘。
1.2氟污染對動物的影響
    氟對動物*突出的影響是對骨骼和生長中牙齒的損害，*終動物因骨質(zhì)松脆，體態(tài)膨大，不能站立甚至癱瘓，牙齒不能咀嚼牧草而餓死。牛長期食用含氟30} 40曳/g的草，就會引起嚴(yán)重的中毒。馬、牛、羊等牲畜食用大量含氟牧草后，會引起慢性中毒，稱為“長牙病”。
1.3氟污染對人類的影響

    HF對人體的傷害作用要比SO:大20倍，比氯氣大5倍。人體吸入過量的氟，常常會引起骨硬化、骨質(zhì)增生、斑狀齒等氟骨病，嚴(yán)重者使人喪失勞動能力。另外，氟化物還對人體呼吸道粘膜及皮膚有強烈的刺激和腐蝕作用。我國衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，車間空氣中氟化物(以氟計)的*高容許濃度為0. 5 mg/耐，按照現(xiàn)行***標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》中對毒物毒性分級的原則，氟化物為II級，屬于高度危害。

2千法凈化的工藝流程及關(guān)鍵設(shè)備

2.1干法凈化工作原理
    干法凈化原理為吸附反應(yīng)原理，即通過物理吸附和化學(xué)吸附來達(dá)到凈化污染物的目的。干法凈化就是以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。鋁電解含氟煙氣的干法凈化是利用電解鋁生產(chǎn)的原料一4120:作為吸附劑，吸附煙氣中的HF等來完成對煙氣的凈化。
2. 2干法凈化的工藝流程
    以撫順鋁業(yè)200I}A系列煙氣凈化流程(如圖1所示)為例:煙氣由每臺電解槽的排煙支管匯集到廠房外側(cè)的排煙總管中，在每個排煙支管上都裝有手動蝶閥，因電解槽距除塵器的距離不同所以調(diào)整此閥的開度使分配在各電解槽上的負(fù)壓保持基本一致，*終保證每臺電解槽的集氣效率。匯集到排煙總管的煙氣被分配到每臺除塵器進(jìn)煙管中，在V RI反應(yīng)器中加入新鮮氧化鋁和循環(huán)氧化鋁進(jìn)行吸附反應(yīng)，然后進(jìn)入袋式除塵器內(nèi)部進(jìn)行氣固分離。凈化后的氣體由主排煙風(fēng)機排入煙囪。分離下來的氧化鋁進(jìn)入除塵器底部的沸騰床內(nèi)。一部分經(jīng)循環(huán)溜槽作為循環(huán)氧化鋁再次加入VRI反應(yīng)器進(jìn)行循環(huán)吸附，另一部分經(jīng)返回料溢流口排出除塵器，由風(fēng)動溜槽送入氣力提升機提升到載氟氧化鋁貯倉中，再由超濃相輸送系統(tǒng)送到電解槽上料箱，供電解鋁生產(chǎn)使用。
2. 3干法凈化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備

    主排煙風(fēng)機:它是整個系統(tǒng)的動力源，在日常的生產(chǎn)工作中應(yīng)加強對它的維護保養(yǎng)，降低故障率，以保證整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)率。根據(jù)煙氣排放量多少和除塵器過濾面積大小，整個凈化車間三套凈化系統(tǒng)共配置主排煙風(fēng)機六臺。

羅茨鼓風(fēng)機:有兩種，一種是為沸騰床供風(fēng)，功率較大，一種是為氣力提升機提供氣源，功率小些。每套凈化系統(tǒng)中每種羅茨鼓風(fēng)機數(shù)量為2臺，一用一備。
    高壓離心風(fēng)機:是為系統(tǒng)中各流槽,VRI反應(yīng)器提供氣源的風(fēng)機。
    氣力提升機:行業(yè)內(nèi)一般有兩種形式，一種是立式氣力提升機，另一種是臥式氣力提升機。本系統(tǒng)中均采用立式氣力提升機。
    袋式除塵器:LLZB-  II型流態(tài)化菱形組合袋式除塵器，每個單元處理風(fēng)量為 9 000~ 10 000 m3/ h o它是氣固分離的主要設(shè)備。
    VRI反應(yīng)器:VRI反應(yīng)器是發(fā)生吸附反應(yīng)的主要設(shè)備，因此在系統(tǒng)中顯得特別重要，它的外殼為圓筒形，由錐形空心筒和流化元件等組成，其特點是定量加入氧化鋁經(jīng)給料箱和流化元件進(jìn)入空心錐體，空心錐形殼體上部沿輻射線布置的排料孔均勻布置在四周，使氧化鋁在溢流狀態(tài)流入煙氣管道，并很快充滿整個管道截面與氧化鋁充分接觸，氧化鋁連續(xù)加入而煙氣也連續(xù)地流過，為煙氣和氧化鋁提供了均勻接觸的機會，V RI反應(yīng)裝置流化元件位于給料
箱的底部，其作用是將加入的新鮮載氟氧化鋁呈溢流狀態(tài)射出，以減少對氧化鋁的機械破損。錐體的流線形結(jié)構(gòu)減弱了煙氣的紊流程度，從而減少了反應(yīng)器的阻力損失，達(dá)到了節(jié)能的目的。沿錐體周圍布置的溢流孔使氧化鋁呈一個很規(guī)則的圓截面充滿在整修管道斷面上，克服了管道稀相化等反應(yīng)裝置分布不均勻的缺點?？s短了所需管道的長度。由于氧化鋁與煙氣接觸不是在強烈的紊流狀態(tài)下進(jìn)行，因此氧化鋁破損率較低，同時，流化元件不與煙氣直接接觸，不存在孔隙堵塞問題，是目前吸附裝置中各方面性能均較***的一種理想反應(yīng)裝置。V RI吸附反應(yīng)器如圖

3鋁電解煙氣治理效果
    2005年1月?lián)犴樹X業(yè)200I}A系列三套煙氣凈化

    目前，預(yù)焙槽煙氣干法凈化技術(shù)十分成熟，凈化系統(tǒng)的除塵效率可達(dá)到98. 5%以上，凈化效率(除氟)可大于98%，排放濃度可控制在2 - 4 mg/ m3內(nèi)，是凈化效率*高的方法。

    經(jīng)過近些年的探討摸索，企業(yè)也發(fā)現(xiàn)了對凈化系統(tǒng)集氣效率，凈化效率造成影響的一些問題，也找出了相應(yīng)的處理措施。

4. 1各除塵器的風(fēng)量分配問題
    在干法凈化系統(tǒng)中，除塵器一般都是數(shù)臺并聯(lián)，如果煙氣的分布不均勻，會導(dǎo)致某些單元處理煙氣量超過設(shè)計煙氣量，不僅會加大該單元的處理負(fù)荷，造成濾袋使用壽命下降;還由于固氣比下降，造成該單元凈化效率降低，從而影響整個凈化系統(tǒng)的凈化效率，所以可以通過調(diào)節(jié)每個單元的進(jìn)出口閥對進(jìn)入它的煙氣量實現(xiàn)單獨調(diào)節(jié)，以滿足均分煙氣量的需要，使每臺除塵器的處理煙氣量基本一致，基本解決了這一制約系統(tǒng)凈化效率的問題。
4. 2氧化鋁加人量問題
    均勻分配進(jìn)入每個反應(yīng)器的氧化鋁也非常重要。在每套凈化系統(tǒng)中由于各方面的原因，調(diào)整后的一些“定量”往往發(fā)生變化。氧化鋁應(yīng)均勻加入到每臺除塵器中，但實際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，這個量經(jīng)常有一定的變化，也影響著系統(tǒng)的凈化效率，為保證凈化效率，在實際工作中必須要加以觀察，根據(jù)每套系統(tǒng)的化系統(tǒng)順利統(tǒng)過***環(huán)保局的驗收。根據(jù)撫順鋁廠環(huán)保綜合治理改造工程竣工環(huán)境保護驗收監(jiān)測報告，3套凈化系統(tǒng)的各項指標(biāo)如表2所示。實際情況做出調(diào)整。為保證固氣比需要經(jīng)常巡檢“循環(huán)氧化鋁”出口，保證其暢通，使固氣比達(dá)到40}100 g/ m3之間。
4. 3電解槽煙氣的集氣效率問題
    電解槽煙氣的有組織排放，是通過凈化系統(tǒng)排煙風(fēng)機產(chǎn)生的負(fù)壓來實現(xiàn)的，保證槽蓋板間縫隙處有微負(fù)壓而使煙氣不散至車間內(nèi)。無組織排放造成電解車間內(nèi)煙氣彌漫，工作環(huán)境惡劣，影響人的身體健康，不利于企業(yè)的正常發(fā)展，因此，必須提高煙氣的捕集效率，減少可避免的無組織煙氣。
    另外加強對主風(fēng)機的維護，保證運轉(zhuǎn)率，減少系統(tǒng)的停運次數(shù);加強對電解工人作業(yè)時的管理，減少非正常開啟槽蓋板，大大減少煙氣的無組織排放，也就是相應(yīng)地提高了系統(tǒng)的集氣效率，凈化效率。