铝型材行业生产废气治理技术探讨.doc

铝型材行业生产废气治理技术探讨郑少楠（广州市杰人环保科技有限公司广东广州510800）摘 要：我国铝型材行业在最近几年中发展迅猛，无论是产量还是生产规模，都居有色金属之首。但是，由于该行业的环境保护工作还相对落后，很大程度地制约了企业的发展扩大。本文通过对铝型材行业熔炼时产生的废气治理技术的分析，结合相关的工程实例，得出一套有 效的废气治理工艺技术，从而解决了铝型材行业高速发展和环境保护的相互统一。关键词：铝型材企业；废气污染；除尘；脱硫；脱硝同时，铝合 金熔炼生产过程中会产生大量的浮渣，一般称之为铝渣。铝渣的主要成分是金属铝、氧化铝及铁、硅、镁的氧化物 和钾、钠、钙、镁等金属的氯化物。铝渣中含有较高含量的金属铝， 一般企业都采用搓灰机搓灰的方法回收其中的铝，在整个搓灰过 程中会产生大量的烟尘。2.2 熔炼和搓灰时产生的烟气的主要成分分析2.2.1.铝合金熔炼过程如下：a.铝合 金熔炼工艺流程：装炉 熔化（加铜、锌、硅等）扒 渣加镁、铍等搅拌取样调整成分搅拌精炼扒渣 转炉精炼变质及静置铸造。b.铝渣搓灰工艺流程：铝渣搓灰铝锭回炉。2.2.2.废气中的污染物归纳起来可以有以下几种：a.颗粒状废物：主要是熔炼过程中产生的金属氧化物和非金 属氧化物，如：Mg、Zn、Ca、Al、Fe、Na、K、Be的氧化物和氯化物，还 有大量碳粒灰份等，以上构成了我们常讲的烟尘。b.气态污染物废气的主要成分：同时可能会存在以下气态污染 物，CO、CO2、NOX、SO2、HCl、HF、碳氢化合物以及易挥发的金属氧化 物或挥发的金属，可能还会有氯气、六氯乙烷等等，当然并不是所 有的成分都有害，但其中的大多数都会对环境产生较大影响，有的 可能会危及工人的生命安全。因此，在选用铝合金熔炼和搓灰产生烟气的治理工艺时，应 该同时考虑对烟尘的治理和气态污染物废气的治理。3、铝合金熔炼和搓灰时产生烟尘的治理烟尘治理目的一是最大限度地使烟气中的尘粒得到收集，使有害气体转化为无害的和稳定的物质，以达到相关的排放标准。 对于铝合金熔炼和搓灰时产生烟尘的治理，首先要从源头进行控 制，加强原材料的预处理和分类，尽量选用杂质较少的原材料和 燃料，减少污染物的产生量；二是尽量选用无污染的添加剂；三是 提高熔炼技术，减少废物的产生量。除尘是捕集、分离含尘气流中的粉尘等固体颗粒物的技术， 除尘器是用于捕集、分离悬浮于空气或气体中粉尘粒子的设备。 除尘器的种类很多，一般根据主要除尘机理的不同可分为重力、惯 性、离心、过滤、洗涤、静电等六大类，具体分析对比如下：3.1 重力除尘重力除尘技术是利用粉尘颗粒的重力沉降 作用而使粉尘与 气体分离的除尘技术。利用重力除尘是一种最古老最简易的除尘 方法。其主要优点是：a.结构简单，维护容易；b.阻力低，一般约为1、前言随着我国大规模的基建投资和工业化进程的快速推进，中国铝型材行业发展迅速，国内企业为了获得更大的投资收益，不断加 大生产规模和提升产品质量，促进全行业的产量和消费量的迅猛 增长，我国也一跃成为世界最大的铝型材生产基地和消费市场。近年来国家对环境保护工作日益重视，有关部门对铝型材行 业环境的管理不断加强，促进了整个铝型材行业的整体提升，一些 污染严重的铝型材企业将被淘汰。在今后铝型材行业中的竞争将 是环境的竞争，环境问题解决不了，企业就难以生存。目前我国铝型材企业对环 境造 成污染主要污染物有废气、 废渣、废水，对环境影响最大的是废气。废气可分为含颗粒物废 气和 含 气 态污染物废 气两大 类。铝型材 行业在生 产 过程中同时 存 在以 上两种废 气。本文将针对 铝型材 行业生 产 过程中产生的 废 气 来 源、主要 成 分和 处 理技 术进行 分析，并 根 据 该行业的现 状，推荐一套比较合适的环保治理工艺，供铝型材企业进行环保 建设时参考。2、铝型材行业生产废气分析2.1 铝型材生产过程产生废气的来源a.铝锭熔炼成铝棒时产生的废气； b.搓灰机搓灰时产生的烟气； c.时效炉、加热炉加工铝棒时产生的废气； d.铝型材氧化工艺前处理酸蚀工序产生的酸雾废气； e.有的铝型材加工企业对铝型材进行表面处理时，采用三酸抛光而产生的含高浓度氮氧化物的废气。 本文重点阐述铝锭熔炼成铝棒产生的废气和反射炉产生的铝渣进入搓灰炉搓灰时产生的烟气的治理技术。 我国铝型材 行业主要采用火 焰式 反 射炉，采用的燃料主要有煤、焦炭、重油、柴油、煤气、天然气等，燃料燃烧产生的废气 中含有大量的烟尘和含硫、碳、磷 和氮氧化物等气体；炉料加热 后本身的油污及夹杂的可燃物会燃烧，也会产生大量含硫、碳和 氮的氧化物。在 熔炼过程，为了获得高质量的铝合 金，企业在熔 炼过程中，一般都会加入一定量的覆盖剂、精炼剂和除 气剂等， 目前采用的 添加 剂仍以 氯化 物、氟化 物、硝 酸 盐 和 惰 性 气体为 主。固体溶剂和精炼剂熔融之后，都会与炉中的杂质进行反应， 产生 大量 废 气和烟尘，这些 废 气和烟尘中含有各种 金 属氧化物 和非金属氧化物，同时还可能含有有害物质，这些都可能对环境 产生污染。50-150Pa，主要是气体入口和出口的压力损失；c.维护费用低，经久耐用；d.可靠性优良，很少有故障。它的缺点是：a.除尘效率低， 一般只有40%-50%，适用于捕集大于50m粉尘粒子；b.设备较庞 大，适合处理中等气量的常温或高温气体，多作为多级除尘的预除 尘使用。当尘量很大或粒度很粗时，对串联使用的下一级除尘器会 产生有害作用时，先使用重力除尘器预先净化是特别有利的。3.2 惯性除尘惯性除尘技术是指借助挡板使气流改变方向，利用气流中尘 粒的惯性力使之分离的技术。在惯性除尘器内，主要是使气流急 速转向，或冲击在挡板上再急速转向，其中颗粒由于惯性效应，其 运动轨迹就与气流轨迹不一样，从而使两者获得分离。气流速度 高，这种惯性效应就大，所以这类除尘器的体积可以大大减少，占 地面积也小，没有活动部件，可用于高温和高浓度粉尘场合，对细 颗粒的分离效率比重力除尘器大为提高，可捕集到10m的颗粒。 惯性除尘器的阻力在600-1200Pa之间。惯性除尘器的主要缺点是 磨损严重，从而影响其性能。3.3 旋风除尘器旋风除尘器的工作过程是当含尘气体由切向进气口进入旋风 分离器时气流将由直线运动变为圆周运动。旋转气流的绝大部分 沿器壁自圆筒体呈螺旋 形向下、朝锥体流动，通常称此为外旋气 流，含尘气体在旋转过程中产生离心力，将相对密度大于气体的尘 粒甩向器壁。尘粒一旦与器壁接触，便失去径向惯性力而靠向下的 动量和向下的重力沿壁面下落，进入排灰管，旋转下降的外旋气体 到达锥体时，因圆锥形的收缩而向除尘器中心靠拢。当气流到达锥 体下端某一位置时，即以同样的旋转力方向从旋风分离器中部，由 下反转向上，继续做螺旋性流动，即内旋气流。最后净化气体经排 气管排出管外，一部分未被捕集的尘粒也由此排出。旋风除尘器的 优点是结构简单，造价便宜，体积小，无运行部件，操作维修方便， 压力损失中等，动力消耗不大；缺点是除尘效率不高，对于流量变 化大的含尘气体性能较差。旋风除尘器可以单独使用，也可以作多 级除尘系统的预除尘之用。3.4 袋式除尘器袋式除尘器是通过多孔过滤材料的作用从气固两相流中捕集 粉尘、并使气体得以净化的设备。按照过滤材料和工作对象的不 同，可分为袋式除尘器、颗粒层除尘器、空气过滤器三种类型。用 滤袋进行过滤与分离粉尘颗粒时，可以让含尘气体从滤袋外部进 入到内部，把粉尘分离在滤袋外表面，也可以使含尘气体从滤袋内 部流向外部，将粉尘分离在滤袋内表面。含尘气体通过滤袋分离与 过滤完成除尘过程。袋式除尘器的突出优点是除尘效率高，属高 效除尘器，除尘效率一般大于99%。运行稳定，不受风量波动影响， 适应性强，不受粉尘比电阻值限制。因此，应用最为广泛，它的应 用数量约占各类除尘器的总量的60%-70%。袋式除尘器的不足之处 是不宜处理潮解、黏性的粉尘。3.5 湿式除尘器湿式除尘器主要是通过含尘气流与液滴或液膜的接触，在液 体与粗大尘粒的互相碰撞、滞留，细微尘的扩散、相互凝聚等净化 机理的共同作用下，使尘粒从气流中分离出来净化气流的。湿式除 尘器结构简单，投资低，占地面积小，除尘效率高，能同时进行有 害气体的净化，但不能干法回收物料，泥浆处理比较困难，有时要设置专门的废水处理系统。3.6 静电除尘器静电除尘器是利用静电力将气体中的粉尘或液滴分离出来的 除尘设备。它与其他除尘器相比，其显著特点是：几乎对各种粉尘、 烟雾等，直至极其微小的颗粒都有很高的除尘效率；即使高温、高 压气体也能应用；设备阻力低（100-300Pa），耗能少；维护检修不 复杂。4、铝合金熔炼时产生的气态污染物的治理前面已经 对 铝合 金 熔炼时产生的气 态污染的成 分 进行了初步的分析，由于有害气体的种类较多，分别处理很困难，但这些污 染物有一个共同特点就是大部分都是酸性气体，对其治理的主导 方向可考虑采用碱液吸收。其中，气态污染物浓度最高的有SO2和 NOx。在工业炉窑大气污染物排放标准（GB9078-1996）中，对 氮氧化物的排放并没有做出限制，但随着环保要求的日益严格，在 “十二五”期间，我国将在继续推进化学需氧量和二氧化硫减排的 同时，把氨氮和氮氧化物作为新的约束性指标，这就意味着工业炉 窑的排放标准也有可能将会对氮氧化物的排放进行限制，因此，从 长远了来看，对这些气态污染物进行控制是很有必要的。4.1 烟气脱硫当前应用的烟气脱硫方法，大致可分为两类，即干法脱硫与湿 法脱硫。干法脱硫是使用粉状、粒状的吸收剂、吸附剂或催化剂去 除废气中的SO2。干法的最大优点是治理中无废水、废酸排出，减少 二次污染；缺点是脱硫效率较低，设备庞大，操作要求高。湿法脱 硫是采用液体吸收剂如水或碱溶液洗涤含SO2的烟气通过吸收去除 其中的SO2。湿法脱硫所用设备较简单，操作容易，脱硫效率较高。 但脱硫后烟气温度较低，于烟囱排烟扩散不利。由于使用不同的 吸收剂可获得不同副产物加以利用，因此湿法是各国研究最多的 方法。湿法脱硫主要可有氨法、钠碱法、铝法、金属氧化法等。对于 铝型材行业的烟气脱硫，这里推荐使用钠碱双碱法。钠碱双碱法 是以Na2CO3或NaOH溶液为第一碱吸收烟气中的SO2，然后再用石灰 石或石灰作为第二碱，处理吸收液，产品为石膏。再生后的吸收液 送回吸收塔循环使用。吸收塔可选用旋流板吸收塔或喷淋塔。钠 碱双碱法的优点是，避免钙法容易结垢的缺点，以及解决了单纯采 用钠碱法运行成本高的问题。4.2 烟气脱硝消除气体中的NOx是当前环保中的一个热门课题。NOx主要是 来自自然细菌作用和燃料燃烧产生烟气，在燃烧尾气产生的NOx中95%成分是NO，5%是NO2等高氧氮化合物。又由于NO反应能力弱，不 易吸收。目前采用的方法NH3触媒还原法，生成无害气体N2，但该方 法存在高温、贵金属使触媒活性降低，硫酸腐蚀等缺点，通常在大 型电厂及大型锅炉尾气脱硝中采用；实验室里还有电子束照射法 和O3氧化法，是利用电子束中的电子和臭氧发生器产生的O3来氧化 NO，生产NO2，然后再用水或碱液进行吸收，但存在制作设备复杂、 运行成本和投资成本高等缺点。对于铝型材行业烟气脱硝，根据目前的情况还不太可能采用 以上2种治理工艺，因此，液体吸收被认为是比较可行的工艺。而 对NOx 采用碱液吸收的一个很重要的前提条件就是NOx的氧化度 问题，氧化度即NO2和NOx体积之比，当氧化度为50%时，吸收效率最图表1图表2高。对比各种氧化剂，建议可采用稀硝酸或高锰酸钾作为氧化剂，然后用钠碱双碱法，同时吸收烟气中的NOx和SO2。5、推荐的治理工艺5.1 对于经济条件较好的铝型材企业，可采用以下治理工艺（见图表1）。5.2 对于小型铝型材企业或者对环保要求较低的地区，可采 用以下治理工艺，以节省投资成本（见图表2）。6、结语本文分析了铝型材行业产生的废气的特点，探讨了目前比较常用的一些除尘、脱硫、脱硝的治理设备，同时推荐出一套比较适合 该废气的治理工艺，提供了该行业烟气治理技术的总体框架，希望能对从事该领域研究的工作者有所帮助和参考。参考文献：1. 编委会. 原铝、铝合金熔炼与铸造及铝与铝合金制品生产 加工检测新技术新工艺新标准实用手册. 北方工业出版社.2006.2. 刘天齐.三废处理工程技术手册:废气卷.北京：化学工业出 版社.2000-06-01 3 . 孙 一 坚 . 简 明 通 风 设 计 手 册 . 中 国 建 筑 工 业 出 版 社.1997-06-01.4. 张殿印，王纯.除尘器手册. 北京：化学工业出版社.2004.10. 5 . 胡传鼎. 通 风 除尘设备 设计手 册. 北京：化学工业出版 社.2003-9-1.上接第4页废水。生活废水是日常生活和办公活动中所排放的废水，水量较大且稳定，水质变化不大，毒性小，营养物质和有机物含量高，容易 腐败发臭；教学废水是校园中浇灌、养殖实践和实验教学过程中排 放的废水，特点是水量、水质变化大，所含污染物种类繁多，实验 室废水污染物浓度高且多为有毒有害物质，排放后对环境危害较 大。将生活污水与实验室废液进行分类放置，并进行适当预处理， 降低其毒性和危害性。首先可在实验区设置水处理中心，对校园生 活污水进行生物净化处理，用以灌溉校园绿地、为中心湖补水以节 约水资源；既提供教学实验的需求，同时也作为实践基地，将教学 与应用完整结合起来。其次逐步建立雨水收集池，校区内实现雨水 回收利用。照明系统改造。采用风光互补LED灯，充分利用可再生清洁能 源，同时克服太阳能和风能的缺点，达到优化能源、电