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1、铝电解烟气净化培训教案曹 广 洲培训内容第一部分 工艺篇v电解铝行业形势分析v烟气净化产生的背景v烟气收集系统 v烟气净化方法 v电解烟气干法净化工艺 v除尘装置介绍第二部分 技术规范篇净化操作规程介绍环境相关法律法规培训内容第一部分 工艺篇一、电解铝行业形势分析近年新建的氧化铝厂起步规模都在80 万吨以上， 采用能耗较低的拜耳法工艺。电解铝槽容也趋于大型化。一批新增生产能力基本上完全采用400KA 大型预焙槽，世界上最先进、槽容量最大的600KA 预焙槽也与2007 年进入工业化试验阶段。 电解铝行业方面，严禁落后的自焙槽项目死灰复燃，报请核准 的电解铝淘汰落后生产能力置换项目及环保改造项目
2、，必须采 用200KA及以上大型预焙槽工艺，并且力争在“十一五”末期电解 铝行业全部采用160KA以上大型预焙槽冶炼工艺。公告还禁止 建设10万吨/年以下的独立铝用碳素项目，对于没有自己碳素项 目的电解铝企业也将因为辅料短缺而陷入困境。在能源消耗方 面，公告规定新改造的电解铝生产能力综合交流电耗必须低于 14300千瓦时/吨铝，电流效率必须高于94%，并且要求阳极效 应系数要小于0.08个/槽日；现有的电解铝企业综合交流电耗应 低于14450千瓦时/吨铝，电流效率必须高于93%，并且要求十 一五末现有电解铝综合交流电耗达到新改造项目水平，这对电 解铝企业的工艺水平提出了更高的要求。 近年来国内
3、电解铝企业的盲目扩张，产能 过剩严重，在经济危机来临，需求大幅下降的 情况下一批企业破产倒闭已不可避免。企业间 竞争加剧，由于电解铝行业的规模效应，行业 集中度有望进一步提高。资金雄厚，在行业中 处于龙头地位的央企更容易得到国家的支撑， 将成为这波行业洗牌过程中最大的赢家。电解铝产业属于高耗能高污染的行业，能耗高的企业这 一项成本可以占到总成本的40%，因此改进电解槽设备降 低能耗，减少生产成本是企业间竞争的重点。电解铝生产 中会产生氟化物污染，随着国家对环境保护的重视，对电 解铝企业废物排放的指标也将越来越严格。 由于我国铝矿资源稀缺，目前自给率仅在40%左右，而中国作为全球制造业中心，对于
4、铝金属的需求在长期来看还将保持高速增长，因此对于铝矿的控制也将是电解铝企业竞争的重点。除了争夺国内的铝矿资源外，还将积极的利用国外优质铝土矿资源。 二、烟气净化产生的背景v1、电解铝生产中产生的有害气体成分1.1 工业铝电解槽的冰晶石氧化铝熔体为电解质，以碳 素材料为电极进行电解，在阴极上析出液态的金属铝，在 阳极上产生大量的CO2与CO气体，另外在阳极气体中还含 有氟化物：电解质蒸发，阳极气体带走氟化物固体颗粒， 由于氧化铝含水0.2%-0.5%，原料中的水分及大气水蒸气 ，对固态氟化盐在高位（400-600度）条件下反应，生成 HF气体：2Na3AlF6+3H2O=2Al2O3+6NaF+
5、6HF 2AlF3+3H2O=Al2O3+6HF 2NaF+H2O=Na2O+2HF1.2在发生阳极效应时，在高电压作用下析出的初 生态氟原子与阳极作用生成CF4： C+4F CF4/C2F6。这二种产物排放量取决于阳极效应的频 率，阳极效应延续时间。名称固态氟 化物HFCF4 C2F6CO2COSO2数量 Kg/T-AL8-117-120.1-0.2900- 1000280- 3307.9-15电解槽烟气的粉尘和沥青挥发物含量（Kg/T-AL）v2、电解烟气的危害弥漫在电解车间电解烟气，恶化劳动生产条件，严重影响 生产工人的身体健康，电解烟气不净化处理扩散到大气中 ，对生态有一定的危害。环保
6、要求日益严格，世界各国都颁发了铝厂氟化物排放量 的法规。牧草和干草中含有过量氟化物对生畜有危害，特 别是那些工作和居住在排放源周围的人们，铝厂的污染是 一个严重的问题。多数氟化物毒性是由氟化物离子，而不 是由分子中所含其它元素来决定的，氟化钠比冰晶石和氟 化铝这些低水溶性物质毒性更大些。因某些情形下吸入的 含氟化物的粉尘已被证明跟吸入的相同浓度氟化氢气体在 生理上同样起作用。氟化物离子是一种普通的细胞毒素。所以人体中所有的 细胞和器官系统都会受到影响。当氟化物进入人的肌体 内时，大部分氟化物便被胃肠道吸收，进入血液中。沉 积于骨骼的磷灰石无机物中。氟化物离子对钙和磷有很 强的亲和力是其沉积骨骼
7、、牙齿、指甲和头发的硬组织 中的原因。人体中99以上氟化物滞留在骨骼中。铝工业中氟化物对人体影响可分为两部分：对工人影响 ，以及对居住在铝厂周围人群的危害。老式自焙槽铝厂 的操作工人在车间空气中氟化物浓度超过3mgFm3空 气时，并未出现损坏性的变化，但有25工人经X光检查 发现他们骨骼异常。众所周知CO2被称为温室气体。而CF4C2F6全氟乙烷使 全球变暖趋势分别是CO2的65009200倍，因此在电解 铝生产中应尽量减少阳极效应次数，法国彼施涅公司， 300kA预焙槽，基本达到无效应操作。v3、对废气治理的必要性按照国家环保标准GB12971996大气污染物综合排 放标准的要求，必须对电解
8、烟气加以治理，进行达标 排放。国家提高对电解铝行业准入的门槛，如：产能消耗（电 能）厂址外部环境、技术指标等进行限制。强制对治理效果进行监测，定期复检、在线监测、环保 局设置终端监测等。三、烟气收集系统v1、集气系统铝电解槽散发出来的烟气，由槽上集气罩收集下来的 ，称为一次烟气；未经集气罩收集而直接进入电解厂房空 气中的烟气，称为二次烟气。一次烟气的体积较小，其中 氟化物浓渡较大；二次烟气的体积较大，其中氟化物浓渡 较小。收集一次烟气的设备系统，称为一次集气系统；收 集二次烟气的设备系统，称为二次集气系统。 1)一次集气系统 三种槽型(预焙槽、上插槽和旁插槽)各有不同的一次集气 系统：预焙槽通
9、常采用平板式罩子或圆弧式罩子使其密闭 ，上插棒槽的一次集气系统是由安装在阳极下部周围的裙 式集气罩所构成，旁插槽通常是用槽罩或槽帘来使其密闭 。在这三种型式电解槽上，都有导气支管把罩子内的气体排 送入导气总管内，然后送一次净化系统(干法或湿法净化) 一次集气系统的密闭程度通常是7598。这就是说，还 有相当数量的烟气泄漏入厂房空气中，当然也有相当数量 的空气进入槽罩之内。中间点式下料预焙槽，设计的排烟 风量约为12万M3tAl。2)二次集气系统由于一次集气系统的密闭程度不能达到100，再加上还有大量的热从电解槽散发出来，所以电解厂房内部必须有良好的通风，让外部的新鲜空气通过墙壁上的百叶窗进入电
10、解厂房，流经电解槽的操作地带，然后上升至天窗。边部加工预焙槽在阳极侧部和端部打壳和加料，槽上虽然有密闭罩，由于打开罩子的次数多，故控制系统仅能收集8090的污染物。上插自焙槽的裙式集气罩，可收集5085的污染物，氟的收集效率为80。须二次净化(天窗与地面)旁插自焙槽采用全密闭的罩子，集气系统可收集8090的污染物，氟的收集效率为86。须二次净化(天窗与地面)。中间下料预焙槽，打壳下料不打开罩子集气效率为98氟的捕集效率98，因此可采用一次集气地面系统净化即可在标排放。四、烟气净化方法v铝电解烟气净化工艺主要有湿法净化和干法净化回收两种 。 (1)干法。用氧化铝作吸附剂，使之产生含氟氧化铝，直接
11、 返回电解槽使用。此法多用于预焙槽和上插自焙槽，是一 种较新的方法。我国于1977年4月开始试验这一技术，现 在已掌握了工艺流程和技术条件控制等问题。v (2)湿法。湿法净化回收有多种方法，如用清水洗涤、碱 水洗涤、海水洗涤等。洗液再通过碱法、氨法和酸法流程 加以回收，制取冰晶石、氟化钠、氟化铝等。一般多用于 制造冰晶石。虽然烟气净化最简单经济的方法是用水洗涤 ，但由于水溶解氟化氢后变为氢氟酸，最容易腐蚀设备， 所以目前各国多采用碱法净化回收。v从近十几年的发展趋势看，湿法净化回收大部分已被干 法净化回收所取代。这不但是因为干法净化易于控制、 流程简单、环境好、操作容易，而且干法净化回收过程
12、中产生的二次污染小、净化效果好。湿法净化回收系统 已逐渐不适应环保的要求，而趋于被淘汰。湿法净化工艺v湿法净化系统电解槽烟气经槽集气罩密封收集经过排烟支管汇集到 电解厂房侧面总管中，再由引风机送到洗涤塔内，由循环 泵将洗涤液打到洗涤塔上部，经喷咀喷淋，与烟气充分接 触使烟气中的HF等酸性气体被吸收，同时，烟气中的粉尘 沥青挥发等有害物质也被洗涤下去。洗涤后的烟气经气水 分离器除去雾沫后排入大气。洗涤液在循环洗涤过程中消 耗的碱由回收部及时供给补充。当洗涤液中的NaF浓度达 到2025g/l时，进行冰晶石合成。冰晶石过滤烘干后返回 到电解生产使用。v湿法净化原理及参数控制湿法净化工艺的原理是用N
13、a2CO3，NaOH的溶液与电解烟气中的HF 反应，最终生成冰晶石，然后返回到电解生产使用。其主要反应式如 下：HF+Na2CO3=NaF+NaHCO3HF+NaHCO3=NaF+CO2+H2OCO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3SO2+Na2CO3=Na2SO3+CO2NaOH+Al(OH)3=NaAlO2+2H2O6NaF+NaAlO2+2CO2=Na2AlF6+2Na2CO3洗涤液的pH值控制在85-105。洗涤液吸收反应后的NaF浓度最终控制在20-25gl。NaOH的浓度在35-45范围内，过量值为12-13。Al(OH)3量按理论计算值加入。冰晶石合成时间16-48小时(以
14、烟气中酸性气体而定)。v湿法净化主要设备湿法净化系统的主要设备是：引风机：洗涤 塔(塔体内包括喷淋装置)；泵；各种溶液槽 ；自动板框过滤机；烘干回转窑等。v湿法净化工艺的净化效率气氟 93固氟 85粉尘 80沥青挥发物 42五、电解烟气干法净化工艺 1、干法净化原理：干法净化就是以某种固体物质吸附另一种气体物质所完成 的净化过程。具有吸附作用的物质称吸附剂，被吸附的物 质叫吸附质。铝电解含氟烟气的干法净化是使用电解铝生 产用的Al2O3，做为吸附剂吸附烟气中的HF等大气污染物 来完成对烟气的净化。Al2O3吸附HF是由它们的性质和吸附规律决定的。电解用Al2O3和HF的性质Al2O3根据焙烧状
15、况的不同，各结晶构造的比例也不一样，一般为r型与 型及少量的中间型。型活性较差，约占总量的4050，r型及中间型Al2O3孔隙率较高，比表面积较大，且Al2O3是一个典型的两性化合物。HF沸点为1954,活性大，具有同自身以及其他化合物相结合的特点。氧化铝与烟气中的HF接触后，吸附反应速度很快，几乎是在0251.5秒钟完成。干法净化回收的吸附效率主要取决于氧化铝的物理性能和投入到烟 气中的数量。v氧化铝分粉状氧化铝和砂状氧化铝。v特性见下表：真比重 g/cm3比表面 积m3/g安息角 （度）粒度粉状 氧化 铝3.8820-35380-20um20-60um大于 60um砂状 氧化 铝3.599
16、03518.1%41.8%40.1%v氧化铝的比表面积的大小，不仅影响氧化铝的熔解性能， 而且也影响对HF的吸附效率。氧化铝是一种多孔结构的物 质，具有很大的内表面积，这给吸附物和吸附剂之间提供 了接触机会。所以氧化铝的比表面积越大，接收吸附物的 能力就越大，吸附量也随比表面积的增加而增加。从上表 中可以看出砂状氧化铝的比表面积比粉状氧化铝的比表面 积大的多，所以砂状氧化铝是理想的吸附剂。国内几个氧 化铝厂生产的氧化铝都基本接近砂状氧化铝，所以都可以 做为较好的吸附剂使用。向铝电解烟气中投入的氧化铝数 量称为气固比，在预焙槽烟气净化回收系统中的气固比为 3555gm3，在自焙槽烟气净化回收系统中的气固比为 4580gm3。2、吸附规律吸附为表面作用，吸附剂的比表面积越大其吸附能力 越强。吸附剂的比表面积的大小取决吸附剂的孔隙率 的大小及其颗粒的粗细。吸附质的沸点越高越易被吸 附，相反则难于被吸附。 HF的吸附一般分为物理吸附和化学吸附。产生
