目前,采用的凈化方法有電捕集法、氧化鋁吸附凈化法、焦粉吸附凈化法及堿吸收濕法。焙燒爐煙氣是炭素工業(yè)大氣污染治理的,不同類型的焙燒爐煙氣的數(shù)量、溫度和成分差別很大,不同的污染源應根據煙氣的特點選擇適宜的污染防治措施是非常的。
焙燒爐煙氣特征分析
焙燒過程中,由于瀝青粘結劑的存在,焙燒在500℃以前排出大量瀝青揮發(fā)物,同時瀝青的分解與縮合反應而開始半焦化。揮發(fā)物排放量在350~450℃之間。隨著焙燒溫度的變化,一部分瀝青碳化為導電的電極材料,一部分瀝青揮發(fā)分在高溫下燒除,其余進入焙燒爐煙氣中,其中瀝青煙產生量約占瀝青用量的10%~15%。
環(huán)式焙燒爐有密閉式和敞開式兩種爐型。密閉式焙燒爐中,瀝青揮發(fā)分通過填料到達爐蓋下部空間,然后被抽入煙道排出,由于密閉性好,摻入空氣量少,氧氣含量低,不能燃燒,所以煙氣溫度低,瀝青煙含量高,粉塵含量低。敞開式焙燒爐則不然,大量空氣通過填充料層進入煙道,氧氣充足可引起部分揮發(fā)分燃燒,輕質烴大多燒除,殘留的主要是重餾分,所以煙氣溫度高,粉塵濃度高,焦油含量低,焦油成分中輕餾分少。
煙氣治理技術分析
1靜電捕集法
目前上密閉式焙燒爐煙氣治理以電捕法為主(約占85%),我國密閉爐煙氣凈化也基本采用此法,如吉林、上海、撫順、南通、成都炭素廠及貴州鋁廠陰極焙燒爐等。主要凈化設備為電除塵器,有3種結構形式:同心圓式電捕焦油器、普通臥式電捕焦油器和寬極距預荷電式電捕焦油器。同心圓式電捕焦油器采用單電場,凈化效率不穩(wěn)定,普通臥式電捕焦油器凈化效率大于90%,比同心圓式電捕焦油略有提高,運行穩(wěn)定性有所提高。寬極距預荷電式電捕焦油器極距加寬到400~500mm,在電捕焦油器前增加了全蒸發(fā)冷卻塔,該塔是利用水的汽化潛熱使煙氣降溫,通過控制水霧化質量、塔內流場等影響速率的因素,使液滴運動到塔壁和塔底之前全部蒸發(fā),塔內壁無水滴,塔出口不帶水,出口溫度控制在85±5℃,煙氣降溫過程中,氣態(tài)焦油凝結成液滴,并使焦油滴粒徑增大,以利于電捕焦油器捕集,目前吉林、撫順、貴州等鋁廠已采用此方法,瀝青煙凈化效率可提高到,瀝青煙出口濃度低于20mg /Nm³。
萬方鋁業(yè)、撫順鋁廠、丹源鋁廠等敞開式環(huán)式焙燒爐也采用電捕焦油器處理,煙氣先經預除塵器去除大顆粒粉塵,后到全蒸發(fā)冷卻塔降溫,經臥式高壓靜電除塵器凈化,瀝青煙凈化于,瀝青煙排放濃度低于30mg/Nm³,煙塵排放濃度低于20mg/Nm³,瀝青煙、粉塵可穩(wěn)定達標排放。
電解鋁廠配套的預焙陽極生產系統(tǒng)摻用電解鋁生產的殘陽極,返回殘極中所含的氟化物量決定焙燒爐煙氣中氟的初始濃度。殘極所攜帶的氟化物主要集中陽極表層電解質中,實際生產過程中采用清理干凈殘極表面的電解質,減少焙燒爐煙氣中氟含量。國內實測的焙燒爐氟濃度變化很大,范圍在12.2~52.66mg/Nm3之間,其中氣氟濃度小于2mg/Nm3。雖然電捕法對氟化氫無凈化效果,但由于氣氟濃度較低,不致影響達標排放。
2氧化鋁吸附干法凈化
氧化鋁吸附干法凈化技術是我國80年代引進美國PEC公司和法國AIE公司治理敞開式焙燒爐煙氣的技術,目前應用在青海、包頭鋁廠的敞開式焙燒爐。焙燒爐正常生產時排出溫度約120~200℃的煙氣,首先經地下煙道進入全蒸發(fā)冷卻塔,在塔上部噴嘴噴入霧化的冷卻水,使煙氣溫度降低到88℃±2℃,噴入水量由煙氣溫度自動控制,塔內水分全部蒸發(fā),冷卻后的煙氣進入反應器,在反應器處加入氧化鋁,氧化鋁吸附煙氣中的氟化氫和瀝青煙后進布袋除塵器實現(xiàn)氣固分離。青海鋁廠焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)實測的瀝青煙凈化效率,粉塵去除率,氟凈化效率85%,瀝青煙、氟及粉塵排放濃 度分別為6.2mg/Nm³、2.2mg/Nm³和14.6mg/Nm³(1);包頭鋁廠焙燒爐煙氣凈化系統(tǒng)實測的瀝青煙排放濃度為6.3mg/Nm³氣氟0.2mg/Nm³,污染物排放均滿足排放標準的要求。
干法凈化流程簡單,利用電解原料一氧化鋁作吸附劑,回收的物料全部返回電解槽使用,做到化害為利,不存在二次污染問題,對瀝青煙、氟化物、粉塵同樣均可達到很高的凈化效率。干法凈化技術主要缺點是對SO²基本無效。另外,生陽極產生的瀝青揮發(fā)分大部分在焙燒爐進行了燃燒,進入煙氣中的瀝青煙量很少,吸附有瀝青煙和氟化物的載氟氧化鋁返回電解槽利用,不會引起電流效率下降和電解鋁質量下降的問題,這在美國PEC公司、法國AIE公司的工程實踐中得以,在青海鋁廠等預焙槽電解鋁廠的長期實踐中也了驗證。
3堿吸收濕法
焙燒爐煙氣首先經重力沉降室去除粗粒粉塵,然后進入洗滌塔,用稀NaOH溶液噴淋洗滌,煙氣中的HF和SO²被NaOH溶液吸收,一部分粉塵和瀝青也被洗滌,從洗滌塔出來的煙氣再經濕式電除塵器凈化,瀝青煙、氟、粉塵等污染物一般能符合排放標準的要求。
濕法凈化運行較為穩(wěn)定,并可同時除去部分氟SO²,但卻將污染物由煙氣轉入廢水,設廢水處理系統(tǒng),若廢水處理系統(tǒng)管理不善,將帶來廢水二次污染問題,如貴州鋁廠套8萬t電解鋁工程驗收中焙燒爐廢水處理站對石油類凈化效率僅為62%,采用的藥劑CaF2及高分子絮凝劑對COD及酚無凈化效果,廢水處理站排水中COD平均濃度達487mg/L,酚濃度平均濃度達10.8mg/L,石油類平均濃度18mg/L,氟濃度為57mg/L。因此,濕法凈化工藝較為復雜,設備較多,給操作管理和設備維護造成困難,反應中產生的CaSO4易使處理設備結垢,惡化處理效果。此外,在寒冷地區(qū)還需解決冬季結冰等問題。
4焦粉吸附凈化法
該方法是采用生產原料焦粉作為吸附劑,吸附煙氣中的瀝青煙,然后經布袋除塵器實現(xiàn)氣固分離,它吸附瀝青焦油的凈化,用過的吸附劑可返回生產系統(tǒng)使用,但對鋁電解廠回用殘極的陽極焙燒爐產生的氣氟的吸附能力差。
結語
(1)我國已掌握焙燒爐煙氣治理技術,瀝青煙污染已基本控制。主要治理方法有靜電捕集法、氧化鋁吸附凈化法及堿吸收濕法。
(2)密閉式焙燒爐應優(yōu)先考慮采用靜電捕集法,的治理技術是煙氣先經全蒸發(fā)冷卻塔降溫后,再進入電捕焦油器處理
(3)氧化鋁吸附干法凈化法是治理敞開式陽極焙燒爐排出的含焦油和氟等污染物煙氣的方法,可煙氣穩(wěn)定達標排放。
(4)敞開式焙燒爐煙氣可采用靜電捕集凈化技術。電解車間返回的殘極應盡可能清理干凈殘極表面的電解質,降低焙燒爐煙氣中的氟含量,達標排放。
(5)瀝青煙中含有液態(tài)焦油粒子和氣態(tài)烴類揮發(fā)分兩種狀態(tài),無論何種處理方式,均是液態(tài)比氣態(tài)瀝青凈化。氣、液兩相的比例隨溫度變化而互相轉化。因此,溫度的控制是凈化設施正常運行的關鍵。適宜的溫度為60~80℃。
(6)冷凝的瀝青煙容易粘附管道和設備,特別是含有粉塵條件下,可能影響凈化設施正常運行。吸附法和電捕法系統(tǒng)應進行保溫,運行或事故處理過程中,管道及設備的焦油結疤用蒸汽清理。不加吸附料時煙氣不能直接通過布袋除塵器。
(7)載焦油的氧化鋁返回電解生產使用時,不宜集中投料,應與新鮮氧化鋁、電解凈化系統(tǒng)的載氟氧化鋁混合后使用,這有利于降低電解槽使用氧化鋁的含碳量,不影響電解生產。
