电解铝净化系统“大循环“改“小循环”

电解铝净化系统“大循环“改“小循环”

王善飞 张洪志 刘甫国 魏世建

四川启明星铝业有限责任公司  620041

摘要：

随着环保要求的日益提高及烟气净化技术的不断发展，四川启明星铝业氧化铝干法净化系统采用的“大循环”净化技术已经落后。净化效率不足，导致排放的污染物浓度偏大；工艺技术落后，导致物料品质降低，影响下游电解铝安全生产，不利于企业节能生产。经过充分市场调研和考察后，我公司实施了净化系统升级改造，采用“小循环”代替“大循环”投料技术，提高了净化效率，降低了净化过程对物料的破坏。

关键词：

大循环 小循环 烟气净化 电解生产

引言：

四川启明星铝业公司12.5万吨电解铝投产于2003年，两栋厂房内共设置300kA预焙阳极电解槽168台，每栋厂房内安装84台电解槽。设两套氧化铝干法净化系统,每套系统包含A、B两列除尘器、12套过滤室12套，每套烟气处理量100万m3/小时。随着新技术的进步，“大循环”加料技术及相关配套设备已经无法满足严苛的节能降耗技术要求，为进一步精细控制生产环节，提高生产效益，技术改造工作已势在必行。

一、 “大循环”系统介绍

1.1什么是“大循环”加料技术

电解生产产生的烟气经电解槽集气罩集气后，在收尘系统负压作用下进入干法净化系统，经由主烟管处投入的含氟氧化铝进行预吸附反应后，烟气在立式烟道处与新鲜氧化铝混合反应，经除尘器气固分离后，净化后的气体进入后一工序（脱硫工艺），分离的载氟氧化铝经提料机进入含氟氧化铝料仓，经超浓相系统输送到后一工序向电解槽供料，同时含氟仓内的氧化铝经二次投料系统向烟管投料。其流程示意图如图1所示，其“大”主要是指含氟氧化铝投入主烟管，自然分配至除尘器每个室，出来后再被提升进入料仓，从料仓中再投入烟管，重复往返，流程长，重复次数多。

图1 “大循环”加料流程示意图

1.2“大循环”加料技术的弊端：

①含氟氧化铝在水平烟管中投入，在重力作用下，烟气和含氟氧化铝分层严重，含氟氧化铝与烟气混合效果差，净化系统净化效率不高，对周边环境影响大；氟化物未充分回收利用，白白浪费资源。

②含氟氧化铝经空气提升机反复提升，能耗高；含氟氧化铝破损严重，流动性差，除尘器灰斗积料，导致氧化铝“粉料”问题，影响电解生产，效应增加，增加人工和能耗成本。

③烟气和含氟氧化铝经主烟道进入除尘器每个室，分布不均，引起除尘器袋滤室压差不平衡，除尘器阻力变大，系统集气效率下降，排烟风机能耗增大。

综上，“大循环”技术已无法进一步减小对净化和电解产生的不利影响，增加了电解和净化系统能耗，已无法满足高标准的生产需要。从氟化物的回收利用来说，提高对铝电解烟气中的含氟有害物质的净化回收效率，一方面可降低企业生产过程中对周边环境的危害，另一方面也可以促进对污染物的回收利用，降低生产经营成本[1]， “大循环”已无潜力可挖。

二、“小循环”系统介绍

2.1什么是“小循环”加料技术

从灰斗出来的含氟氧化铝从本室的立式烟道下部投入，与烟气混合完成吸氟反应，在负压作用下进入蜗壳反应器，在其内部经过多级旋转分离后，进入返回溜槽进入含氟仓供电解使用。新鲜氧化铝从经小气提提升进入除尘器上部立式烟道，与从蜗壳过来的烟气混合进一步吸附烟气中的氟化物，形成含氟氧化铝，烟尘在除尘器内部进行气固分离，含氟氧化铝再向立式烟道下部投入，形成循环。“小循环”的“小”主要是指除尘器每个室的含氟氧化铝相互独立，和从主烟道投入有本质的区别，其氧化铝路径短，重复次数少。其流程如图2所示。

图2“小循环”加料流程示意图

2.2“小循环”加料技术优势

①提高了含氟氧化铝和烟气的混合效果，同时增加反应时间，提高了吸附效率提高了氟化物的回收利用率。

②减少了含氟氧化铝在反复循环、提升过程中的摩擦和碰撞等效应，保证了含氟氧化铝颗粒的完整度、流动速率，减少了“粉料”和电解槽效应的频率。

③克服了大循环各室二次料不均的现象，能减少各室压差，自平衡烟气和物料，提升系统集气效率，同时净化系统能耗下降。

三、主要改造措施

1、拆除原主烟道上用于投循环料的投料装置，在除尘器每室立式烟道下部制作安装二次分料投料装置，将灰斗与投料装置通过溜槽连接，并在溜槽制作分支，连接于返回溜槽，用于应急时灰斗放料使用，平时此处阀门处于关闭状态。

2、在立式烟道下部和上部之间安装蜗壳反应器，蜗壳反应器下部安装沸腾床，沸腾床出料口与返回溜槽连接。烟气经立式烟道下部进入，流经蜗壳反应器后进入立式烟道上部。含氟氧化铝经蜗壳分离后进入沸腾床，再进入返回溜槽进入料仓。

3、制作安装小气提装置，小气提将新鲜氧化铝提升至立式烟道上部，与从蜗壳过来的烟气混合反应，完成一次吸附后进入除尘器内部气固分离。

4、安装两套斗提系统，分别用于新鲜氧化铝和含氟氧化铝提升，制作安装斗提系统进出料溜槽及控制系统，原来空气提升机作备用，用于斗提机检修时使用。

四、改造后效果

1、系统排放的氟化物指标优于改造前，我们通过改造前的数据和改造后的数据进行测量和对比，系统所排放的氟化物由原来的1.2mg/m

3下降至0.8 mg/m3，每年可减少氟化物排放3500千克，对保护周边大气和环境具有一定的贡献。

2、氟的回收利用率增加，减少电解氟盐消耗，产生可观经济效益。氟化盐消耗从20kg/t.Al降低到18kg/t.Al以下，年可节约160万元。

   3、减少电解效应发生，保障电解平稳生产。阳极效应系数是一个环保指标，也是能耗、物耗指标[2]。通过两个月的跟踪，电解效率系数下降了30%，减少了效应烟气排放量及人员劳动强度，增加了电解生产安全性，同时年可节约效应用电36万度。

4、实现除尘器压差、加料的自动平稳，除尘器各室压差显著下降。由图3和图4对比可知，除尘器压差由原来平均1500Pa下降到900Pa左右。除尘器阻力减小，系统集气效率增加，进一步促进氟化物的回收；风机能效比提升，在同样负压下负荷可降低，改造后系统排烟风机年可节约用电54万度。

图3改造前除尘器压差图4改造后除尘器压差

5、解决“大循环”氧化铝磨损严重、物料稳定性差的问题，为电解稳定高品质氧化铝供应。物们持续跟踪一月，随机抽取样本进行检测，从改造前后的对比表（表1）可看出，含氟氧化铝料度明显向好，粒度波动变小。物料流动性和品质变好，减少了净化系统堵塞，同时电解工艺更易于控制，生产指标更好。

表1 载氟氧化铝粒度对比

五、结束语

本次改造以“大循环”改“小循环”为中心，加以引入新技术新设备对物料加料控制，从而保证到含氟氧化铝物料均衡和稳定，净化系统运行效率增加。供料品质提升，电解生产安全高效生产，降低了能耗和运行成本支出。节能减排是主要目标，这不仅仅利于保护环境，还能使企业获得理显著的经济效益[3]。

参考文献：

[1]卿孝元，安华，谢成军，铝电解烟气净化系统的改造，甘肃冶金，1672-4461（2007）02-0063-03

[2]杨刚，铝电解生产降低氟化铝消耗的实践探索，有色矿冶，1007-967X（2014）02-009-03

[3]赵双狮,董晓芒,铝电解烟气净化系统节能技术的研究与实践,轻金属，2014，（7）：51-54