电解铝业氟污染特点和防治策略 电解铝业氟污染特点和防治策略 电解铝业氟污染特点和防治策略 文章来自教育网
1前言
在工业快速发展时期,氟化物作为一种空气污染物,不仅对环境、植物及家畜造成污染[1-9],还对人类的遗传、免疫、生殖、骨骼、心脏、甲状腺、牙齿、呼吸、认知功能、神经等系统产生影响[10-13]。包头市是一个重工业城市,工业生产同样给包头市的环境带来了污染。早在八十年代,包头市以冶金工业为重点,建设了多个工业项目涉及到氟污染。随着国家环境污染整治力度的逐步加大,污染企业正在不断完善含氟废气的污染治理工艺。但仍存在污染物净化设备效率偏低的现象。本文通过对包头某电解铝企业的污染源调查与监测、污染物扩散预测,探查了氟化物排放及扩散稀释的规律,提出了相应的科学、合理的减排防治对策。
2研究目标概况 3监测方法 4监测结果
(1)电解1#公司氟化物有组织排放量为33.99吨/年;天窗氟化物排放量为81.99吨/年;1#公司年氟化物排放总量为115.98吨。天窗氟化物排放量占排放总量的70.69%。
(2)电解2#公司氟化物有组织排放量为27.60吨/年;天窗氟化物排放量为202.70吨/年;2#公司年氟化物排放总量为230.30吨。天窗氟化物排放量占排放总量的88.01%。
(3)电解3#公司氟化物有组织排放量为38.85吨/年;天窗氟化物排放量为80.1吨/年;3#年氟化物排放总量为118.95吨。天窗氟化物排放量占排放总量的67.34%。 5污染影响预测 6存在的问题
(1)在电解铝过程中,需不断向电解质中添加氧化铝并更换碳阳极。更换阳极块时,需要打开电解槽盖板,用天车将已消耗的旧阳极块从电解槽内吊出到指定区域进行处理,然后再将新阳极块吊入电解槽内,盖上电解槽盖板继续生产。此过程所用时间平均为30分钟。此操作过程中会有大量的电解槽烟气从车间天窗溢出,污染周围环境。
(2)电解铝工艺要求电解槽效应系数<0.5次/日?槽。电解槽效应是由于电解质在电解过程中消耗过快,电解质层厚度过薄,导致阴极和阳极发生短路现象,造成生产不正常。处理电解槽效应需打开电解槽门或槽盖3-5分钟的时间,此时也会产生较大量的烟气直接排放。
(3)作为溶剂的冰晶石在高温熔融状态下会发生挥发损失和其他机械损失,需及时补充。电解过程中还要观察电解槽内下料口是否有堵塞现象,如有堵塞应进行打壳处理。另外,电解槽出铝阶段,也需要打开电解槽门甚至是电解槽盖。这些操作过程都会有大量的电解槽烟气直接从车间天窗溢出,污染周围环境。可见,电解车间天窗无组织排放对周边环境的污染影响严重,是造成周边环境质量超标的主要原因。
7污染防治对策
电解车间天窗排出的无组织烟气,由于烟气量大,其污染治理受到诸多因素的限制,如车间的高度、天窗的大小、车间内部结构、生产工艺条件等。如何高效地把电解槽排放的污染物捕集起来集中处理,是治理电解槽烟气的关键,提高烟气的捕集效率,减少天窗排放是一条比较实际、可行的措施。针对该企业氟污染治理提出如下建议:
(1)进一步加强对新型电解工艺、电解槽的技术研发,提高电解槽的生产效率,降低产品的单位能耗比,实现电解铝行业的清洁生产工艺。目前国内已有很多对电解铝新技术及新工艺进行的革新、改进,都取得了比较满意的效果。例如,采用非对称6端进电母线,进行磁场优化设计,使电解槽运行平稳;运用电解槽本体热平衡仿真与厂房通风模拟相结合的“系统热平衡”设计新方法,获得良好的电解槽热平衡和厂房通风设计效果;采用窄加工面、槽壳增设散热片、大间距摇篮架结构,获得了电解槽材料用量省、结构紧凑、槽壳变形小、热工况稳定的良好效果;开发3段式排烟技术,有利于提高集气效率和改善环境。
(2)继续加强对电解铝厂技术工人的技术教育和培训,提高电解铝工人的操作技能,争取在尽量短的时间内完成如更换阳极块、排除电解效应、打壳、添加电解质等操作,保证生产时电解槽盖板按要求盖好,以最大限度地减少无组织烟气的排放。
(3)科学控制排烟量。排烟量大小关系到电解槽的集气效率高低,增大排烟量有利于提高集气效率,控制污染源的无组织排放。电解槽设计排烟量增加20%,虽然导致净化系统处理烟气量的增大、投资和运行费用增加,但可降低天窗污染物排放量25%~30%。因此,必须合理选择电解槽排烟量才能保证电解槽集气效率和烟气净化系统经济合理。目前,大型预焙电解槽的吨铝排烟量一般按120000~130000m3/h设计。
(4)合理设计电解槽上部结构及盖板。大型预焙电解槽通过上部的集烟箱进行排烟。集烟箱按槽长度方向配置。目前国内的电解槽尺寸及排烟量都大幅增加,如350kA电解槽的长度已接近18m,而集烟箱形状及尺寸却未改变,集烟箱内风速较高,压力损失较大,导致电解槽内部出铝端和烟道端的排烟压力差别很大,排烟量不等。因此,如何保证槽内的烟气能够均匀等量的排出,是设计电解槽集气效率必须注意的问题。加大集烟箱截面尺寸,降低集烟箱内烟气流速;将集烟箱沿长度方向进行分区,减小集烟箱两端压力差异;在集烟箱侧部开大小不同的排烟口,烟道端小孔,出铝端大孔,均匀排烟量等,这些方式均可以有效的解决槽内排烟不均的问题,但必须根据不同的槽型经过计算和实验确定。
(5)改进电解槽槽上盖板的结构形式。电解槽槽上盖板材质选择,加工精度也直接影响电解槽的密闭性。在保证易于操作的前提下,槽盖板应选用具有一定强度且在高温下不易变形的材料,一般采用带加强肋的铝合金平盖板,保证盖板的平整度和尺寸精度,在盖板边缘设密封条,减小盖板间的缝隙。
(7)尝试使用新的技术手段。电解槽在进行出铝,更换阳极及阳极效应维修等操作时须打开电解槽上部盖板,电解槽所散发的烟气量会大幅增加。在这些情况下需加大电解槽排烟量,以控制烟气无组织排放。目前,一种新的双烟道排烟管网设计正在逐渐推广。双烟道排烟管网即在一套供正常使用的排烟管网之外增设一套连接有辅助鼓风机的等径排烟管网,将烟气直接送入净化系统前端,这种双排烟管网可以在电解槽出铝、更换阳极及发生阳极效应时将电解槽排烟量加大一倍,保证电解槽的集气效率,以降低无组织排放量。
(8)加强设备的维护维修工作。由于电解槽所排烟气温度较高,一般在120~150℃左右,排烟管网存在热胀冷缩现象。通常在排烟支管上设计有一段软接管。在实际运行中,软接管破损后不及时更换,从该处吸入大量外风,不但使该台电解槽烟气不能排出,而且破坏了整个排烟管网的阻力平衡,结果使得远端电解槽的集气效率达不到设计值。所以,在生产运行时,应备有足够的备件,定期检查软接管,如有破损应及时更换。同时,在实际运行中,袋式除尘器清灰系统工作经
