新式除塵器在電解鋁煙氣治理中的應用

新式除塵器在電解鋁煙氣治理中的應用

2018-07-06 xinhaihb

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含氟煙氣主要來源于工業生產過程,冶金工業的鋁電解行業和煉鋼過程,化學工業的黃磷、磷肥和氟塑料生產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,此酸性溶液可進一步加工成為有用的氟化物,如冰晶石或氟硅酸鈉等副產品。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,因此在鋁行業內已經很少使用,取而代之的是干法凈化工藝。
    干法凈化系指以固體物質吸附或吸收含氟煙氣中的氟化物,達到凈化煙氣的目的。在鋁電解含氟煙氣治理方面,上個世紀六、七十年代北美的一些鋁業公司首先應用了干法凈化技術。近幾年來,由于大型預焙槽的廣泛出現,干法凈化技術更是得到了廣泛的應用、發展。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入電解生產中代替氟化鹽(熔劑),從而減少氟化鹽的用量,降低生產成本;( 3)整個干法凈化系統的工藝流程簡單,維護、維修方便;( 4)干法凈化系統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)生產鋁已有100年的歷史,即電解槽導入強大直流電,氧化鋁、氟化鹽在950℃左右高溫條件下熔融(電解質),電解質在電解槽內經過復雜的電化學反應,氧化鋁被分解,在槽底陰極析出液態金屬鋁,陽極釋放陽極氣體。
1. 2鋁電解煙氣的產生
400 } 600℃溫度下,氧化鋁中仍可含有0. 2%0. 5%的水分。電解鋁生產過程中,高溫條件下氟化鹽與水發生水解反應后產生的氟化氫氣體是電解鋁過程中產生的主要污染物。鋁電解時散發
主要的氟化物有:
    1.熔融電解質蒸氣,主要是Na}A1Ffi, NaA1F4A1F3。在低于920℃時,Na3A1F}分解成亞冰晶石(N aA1F4)A1F3
    2.氣態氟化物主要是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生下述反應:
    2Na3A1F6+ 3Hz0= A1z03+ 6NaF+ 6HF T
    2A1F3+ 3Hz0= A1z03+ 6HF T
    3.在接近發生陽極效應時,產生CF4CzF}}含量占1. 5%2%,在陽極效應時高達20%~40%
    4.向電解槽加入氟化鹽時產生粉塵進入煙氣。
1. 3電解鋁煙氣的成分

    實驗證明電解鋁散發的主要污染物是氟化物及少量的SO:和碳氫化合物,其次是一些氧化鋁粉塵。而鋁電解槽排放的氟化物有兩種形態:一種是氣態氟化物,它是由氟化鹽水解產生的,主要是HF氣體;其次是CF4, SiF4;另一種是固態氟化物,它包括電解質揮發、氟化鋁升華的凝聚物和含氟粉塵,每生產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,氟化物是最毒的污染物之一,植物通過葉片的呼吸吸收大氣中的氣態氟,通過其根吸收水或土壤中的氟,并在體內蓄積;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
    氟對動物最突出的影響是對骨骼和生長中牙齒的損害,最終動物因骨質松脆,體態膨大,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/g的草,就會引起嚴重的中毒。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:20倍,比氯氣大5倍。人體吸入過量的氟,常常會引起骨硬化、骨質增生、斑狀齒等氟骨病,嚴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。我國衛生標準規定,車間空氣中氟化物(以氟計)的最高容許濃度為0. 5 mg/耐,按照現行國家標準《職業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鍵設備


2.1干法凈化工作原理
    干法凈化原理為吸附反應原理,即通過物理吸附和化學吸附來達到凈化污染物的目的。干法凈化就是以某種固體物質吸附另一種氣體物質所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質稱吸附劑,被吸附的物質叫吸附質。鋁電解含氟煙氣的干法凈化是利用電解鋁生產的原料一4120: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整此閥的開度使分配在各電解槽上的負壓保持基本一致,最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煙管中,在V RI反應器中加入新鮮氧化鋁和循環氧化鋁進行吸附反應,然后進入袋式除塵器內部進行氣固分離。凈化后的氣體由主排煙風機排入煙囪。分離下來的氧化鋁進入除塵器底部的沸騰床內。一部分經循環溜槽作為循環氧化鋁再次加入VRI反應器進行循環吸附,另一部分經返回料溢流口排出除塵器,由風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送到電解槽上料箱,供電解鋁生產使用。
2. 3干法凈化系統中的關鍵設備

    主排煙風機:它是整個系統的動力源,在日常的生產工作中應加強對它的維護保養,降低故障率,以保證整個系統的運轉率。根據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共配置主排煙風機六臺。

羅茨鼓風機:有兩種,一種是為沸騰床供風,功率較大,一種是為氣力提升機提供氣源,功率小些。每套凈化系統中每種羅茨鼓風機數量為2臺,一用一備。
    高壓離心風機:是為系統中各流槽,VRI反應器提供氣源的風機。
    氣力提升機:行業內一般有兩種形式,一種是立式氣力提升機,另一種是臥式氣力提升機。本系統中均采用立式氣力提升機。
    袋式除塵器:LLZB-  II型流態化菱形組合袋式除塵器,每個單元處理風量為 9 000~ 10 000 m3/ h o它是氣固分離的主要設備。
    VRI反應器:VRI反應器是發生吸附反應的主要設備,因此在系統中顯得特別重要,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給料箱和流化元件進入空心錐體,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,氧化鋁連續加入而煙氣也連續地流過,為煙氣和氧化鋁提供了均勻接觸的機會,V RI反應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射出,以減少對氧化鋁的機械破損。錐體的流線形結構減弱了煙氣的紊流程度,從而減少了反應器的阻力損失,達到了節能的目的。沿錐體周圍布置的溢流孔使氧化鋁呈一個很規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裝置分布不均勻的缺點。縮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下進行,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先進的一種理想反應裝置。V RI吸附反應器如圖

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    20051月撫順鋁業200I}A系列三套煙氣凈化

    目前,預焙槽煙氣干法凈化技術十分成熟,凈化系統的除塵效率可達到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,是凈化效率最高的方法。

    經過近些年的探討摸索,企業也發現了對凈化系統集氣效率,凈化效率造成影響的一些問題,也找出了相應的處理措施。


4. 1除塵器的風量分配問題
    在干法凈化系統中,除塵器一般都是數臺并聯,如果煙氣的分布不均勻,會導致某些單元處理煙氣量超過設計煙氣量,不僅會加大該單元的處理負荷,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的凈化效率,所以可以通過調節每個單元的進出口閥對進入它的煙氣量實現單獨調節,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凈化效率的問題。
4. 2氧化鋁加人量問題
    均勻分配進入每個反應器的氧化鋁也非常重要。在每套凈化系統中由于各方面的原因,調整后的一些“定量”往往發生變化。氧化鋁應均勻加入到每臺除塵器中,但實際生產發現,這個量經常有一定的變化,也影響著系統的凈化效率,為保證凈化效率,在實際工作中必須要加以觀察,根據每套系統的化系統順利統過國家環保局的驗收。根據撫順鋁廠環保綜合治理改造工程竣工環境保護驗收監測報告,3套凈化系統的各項指標如表2所示。實際情況做出調整。為保證固氣比需要經常巡檢“循環氧化鋁”出口,保證其暢通,使固氣比達到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,是通過凈化系統排煙風機產生的負壓來實現的,保證槽蓋板間縫隙處有微負壓而使煙氣不散至車間內。無組織排放造成電解車間內煙氣彌漫,工作環境惡劣,影響人的身體健康,不利于企業的正常發展,因此,必須提高煙氣的捕集效率,減少可避免的無組織煙氣。
    另外加強對主風機的維護,保證運轉率,減少系統的停運次數;加強對電解工人作業時的管理,減少非正常開啟槽蓋板,大大減少煙氣的無組織排放,也就是相應地提高了系統的集氣效率,凈化效率。http://olv96284872.cms28.91mb.com.cn/product/product103.html


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