如何降低电解铝烟气氟化物排放浓度

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[摘 要]从电解铝烟气净化设施设计角度寻求降低铝电解阳极烟气中氟化物排放浓度的方法。着重描述干法净化工艺中载氟氧化铝循环系统运行时，整个净化系统各项运行参数的设定与氟化物排放浓度的关系，寻找降低电解铝含氟烟气排放浓度的最佳控制措施。

[关键词]电解铝烟气； 氟化物 ； 排放浓度

中图分类号： X758 文献标识码： A 文章.编号：

1 概述

工业生产中时常会排出一些有毒有害气体，这些污染物如果肆意排放，必将危害工人和厂区周围居民的身体健康，危害动植物的生长，破坏生态环境，所以国家在不断的要求各行各业减少这些有毒有害气体的排放。

2010年9月27日，国家环境保护部会同国家质量监督检验检疫总局首次了《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010），规定了铝工业企业生产过程中水污染物和大气污染物排放限值等，将电解铝企业原来执行的水污染物和大气污染物排放限值大幅度降低。其中，电解槽烟气中氟化物经净化后排放浓度限值为3.0/m3（原执行标准为9.0/m3），对电解铝企业提出了严峻的考验。

电解铝行业是高耗、重污的行业，因此，减少和控制特征污染物――氟化物的排放，这是建立环境友好型社会的必要保障，是国家环境保护的要求，也是企业生存发展的必由之路。

2.影响电解槽烟气干法净化效果的主要因素

2.1 氧化铝的性质

氧化铝比表面积越大，接收吸附的能力越大。α型氧化铝活性较差，γ型及少量中间型的氧化铝空隙率较高，比表面积较大，化学活性高。实验表明：氧化铝中起吸附作用的主要依赖于γ型氧化铝，因此γ型氧化铝含量多少与吸附量成正比。所以，生产中应优先选用砂状γ型氧化铝。

2.2 氟化氢

氟化氢分子有较大的极性和相当大的偶极矩，而且氟化氢具有沸点高、化学活性强的特点，所以在一定的反应速度和反应推动力下，很容易被氧化铝吸附。

氧化铝吸附氟化氢反应时，其反应速度与反应物浓度（或分压）成正比。当氟化氢浓度增高时，反应速度急剧增加，特别有利于吸附过程的进行。因此，应加强电解槽的密闭，使烟气中氟化氢的浓度尽量提高。

2.3 氧化铝与氟化氢的接触反应时间

实验证明：铝电解含氟烟气干法净化主要是利用氧化铝活性强的特点来完成对氟的吸附，在湍流状态下，只需1s左右即可完成对氟的吸附过程。所以，净化系统中各设备、设施运行参数的合理搭配是至关重要的。

2.4 载氟氧化铝的投放量

新鲜氧化铝吸附氟化物后便成为了载氟氧化铝。有实验表明：载氟氧化铝吸附氟化氢的效率远远高于新鲜氧化铝。所以，使载氟氧化铝更多地参与到吸附反应中，可有效提高吸附反应效率。

2.5 袋式除尘器

在烟气净化系统中，袋式除尘器的作用是将净化后的气体与载氟氧化铝进行气固分离。除尘器中除尘布袋是烟气净化的关键设备，在净化工艺环节中起气固分离作用。对除尘布袋整体定期更新，破损布袋及时更换，脉冲系统随时维护，使气流在除尘器内分布合理，可有效防止漏料，有利于控制污染物排放浓度。

3.降氟试验监测情况

3.1 某电解铝企业现状

某电解铝企业现拥有156台240kA预焙阳极电解槽，电解二、三车间各78台，设计产能10万吨。配套建设两套双排干法净化系统（图3-1），采用长袋脉冲袋式除尘器。其中2#净化系统为两个电解车间一段1-39#电解槽配套，3#净化系统为两个电解车间二段1-39#电解槽配套，2004年2月投入运行，每天处理烟气量1000万Nm3。

在近两年各次监督性监测中，该企业2#电解烟气净化系统氟化物最大排放浓度为8.81mg/m3，3#电解烟气净化系统氟化物最大排放浓度为8.84mg/m3，均符合GB 16297-1996《大气污染物综合排放标准》中二级标准规定的限值要求，达到了国家标准，但与新《铝工业污染物排放标准》（GB 25465-2010）中2012年1月1日起执行的标准相比还有较大差距。

3.2 试运行措施

为了使该企业电解烟气净化后排放的氟化物浓度达到新标准的要求，该企业通过咨询设计研究院，到先进企业实地考察后，与湟中县环境保护监测站、公司净化车间共同探讨了降低氟化物排放浓度的措施。决定由湟中县环境保护监测站负责监督监测，该企业安环质量部及公司净化车间共同负责生产管理和设备管理。

4. 监测情况

湟中县环境保护监测站降氟监测从2012年10月份开展。首先，该企业采购进来一批流动性好的砂状氧化铝，净化车间完成对操作人员的相关培训，对净化系统各种设备的全面维护，检查并更换破损除尘布袋。2012年11月14日，3#净化系统开始投放载氟氧化铝进行二次循环试验。

4.1 监测结果

检测结果表明：在其它运行参数不变的前提下，当系统运行负压较低时（-700Pa左右），气氟的排放浓度低于运行负压较高时（-1050Pa左右）。究其原因是负压较低时，烟气流速低、流动较慢，与氧化铝在烟道和除尘器中接触时间长，反应较为充分。

本次检测投入循环的载氟氧化铝量约为4t/h，监测结果表明：降低了一定的氟化物排放浓度，试验初步取得成功。但在试验初期，两个电解车间均反映电解槽有不同程度的阳极效应多发态势，这与载氟氧化铝流动性较差造成不下料或下料量不足有关。

本次因时间关系，未对2#净化系统排放烟气进行监测。

本次检验结束后，净化车间又对气力提升机做了维护，对除尘布袋重新检查、更换，制定了下一步检验的工 作重点：系统负压保持在-700Pa以下，继续加大载氟氧化铝的循环量。

2013年1月9日，湟中县环境监测站对2#、3#净化系统排放烟气进行了第二次氟化物排放浓度监测。2#净化系统运行数据为2台排烟风机运行，罗茨风机压力12KPa，系统负压680Pa；3#净化系统运行数据为：2台排烟风机运行，罗茨风机压力23KPa，系统负压660Pa。监测结果见表4-2。

表4-2 第二次监测结果 单位：mg/N?

取样点 取样编号 气氟浓度 尘氟浓度 总氟浓度 平均浓度

2#净化烟囱平台 1# 3.44 1.88 5.32 5.44

2# 4.02 1.85 5.87

3# 3.69 1.44 5.13

3#净化烟囱平台 1# 3.42 1.56 4.98 5.18

2# 3.22 2.01 5.23

3# 3.45 1.87 5.32

本次检测，2#、3#净化系统载氟氧化铝二次循环投放量约为6t/h，大大提高了物料载氟效率。监测结果与第一次相比，气氟和尘氟的排放浓度有所下降，说明加大载氟氧化铝投放量是成功的。

2013年2月21日，湟中县环境保护监该企业2#、3#净化系统排放烟气进行了第三次氟化物排放浓度监测。2#系统运行数据第三次监测时运行数据为：2台排烟风机运行，罗茨风机压力28KPa，系统负压600Pa；3#系统运行数据为：2台排烟风机运行，罗茨风机压力24KPa，系统负压540Pa。监测结果见表4-3。

表4-3 第三次监测结果 单位：mg/N?

取样点 气氟平均浓度 尘氟平均浓度 总氟平均浓度

2#净化烟囱平台 1.65 1.35 3.00

3#净化烟囱平台 1.59 1.32 2.91

本次检测，2#、3#净化系统载氟氧化铝二次循环投放量约为6t/h。监测结果与第二次相比，气氟和尘氟的排放浓度均有下降，并且氟化物首次实现了达标排放，说明加大载氟氧化铝投放量是成功的，各项参数的设置是较为合理的。

为了验证三次试验的准确性，湟中县环境保护监测站分别于2013年第二季度、第三季度验证性监测，2#、3#净化系统载氟氧化铝二次循环投放量均约为6t/h。监测结果为氟化物达标，说明载氟氧化铝投放量是基本可行。监测结果见表4-4，表4-5。

表4-4 2013年第二季度监测结果 单位：mg/N?

取样点 气氟平均浓度 尘氟平均浓度 总氟平均浓度

2#净化烟囱平台 1.74 1.02 2.76

3#净化烟囱平台 1.33 0.84 2.17

二净化2台排烟风机运行，罗茨风机压力26KPa，系统负压730Pa。

三净化2台排烟风机运行，罗茨风机压力23KPa，系统负压650Pa。

表4-5 2013年第三季度监测结果 单位：mg/N?

取样点 气氟平均浓度 尘氟平均浓度 总氟平均浓度

2#净化烟囱平台 1.63 0.94 2.57

3#净化烟囱平台 1.81 0.91 2.72

二净化2台排烟风机运行，罗茨风机压力23KPa，系统负压650Pa。

三净化2台排烟风机运行，罗茨风机压力22KPa，系统负压610Pa。

综述：

通过5次检测，降低氟化物试验结论初步达成一致，即：在2台排烟风机正常运行时，罗茨风机压力控制在25±3Kpa、系统负压控制在650±50Pa、系统载氟氧化铝二次循环投放量约为6t/h时，降氟效果较为理想，并能达到氟化物达标排放。

5. 结论

通过载氟氧化铝循环系统试投运的成功，使该企业排放的氟化物浓度能够达到国家新标准的要求，每年还可以回收氟化物近20t，既减少了氟化物的排放量，改善了厂区及周边的环境，又回收“污染物”创造了经济效益，为“节能减排”工作做出了贡献。

为了使系统更完善，运行效果更好，在以后的工作中，建议该企业继续做好以下几方面的工作：

1） 在氧化铝采购方面，使氧化铝质量符合最佳生产操作，降低氧化铝中的杂质含量；

2） 加强系统在生产过程中的维护，尤其是气力提升机的维护、改造，以及VRI反应器的技术改造。

3）随时掌握各项参数的变化，使之在合理范围内运行。