阳极焙烧炉烟气成分分析及防治.doc

阳极焙烧炉烟气成分分析及防治2008年10月第5期黄粮成:阳极焙烧炉烟气成分分析及防治?7?阳极焙烧炉烟气成分分析及防治黄粮成(贵阳铝镁设计研究院,贵州贵阳550004)【摘要】介绍铝用阳极焙烧炉燃用发生炉煤气,重油和天然气所产生的烟气中各种污染物的成分及防治措施,通过分析比较,提出阳极焙烧炉的燃料应优先选择重油或天然气,这样可减少烟气排放量及污染物浓度,同时简化烟气净化工艺.关键词】阳极焙烧炉;烟气成分;烟气净化中图分类号TF821文献标识码】B文章编号16726103(2008)05000704在铝用阳极炭素生产过程中,焙烧是预焙阳极生产的一个重要工序.而焙烧炉是该工序的关键设备.因此焙烧炉技术关系到预焙阳极的产品质量及焙烧炉污染物排放量.本文主要对使用不同燃料的阳极焙烧炉烟气成分进行分析并提出了净化方案.1阳极焙烧炉烟气中的主要污染物阳极焙烧炉烟气成分较为复杂,与原料的成分,燃料的种类,阳极焙烧炉的状况,操作方式等均有关,很难用理论公式计算出来.通常只能通过定性分析和现场监测确定.其中的主要污染物为:烟f粉)尘,沥青烟(焦油),SO和氟化物,其余小部分为NOx,CO,CO,0和水蒸汽等.1.1烟r粉)尘阳极焙烧炉烟气中的烟f粉1尘来源于以下几种情况:燃料不完全燃烧产生的炭黑,燃料中不可燃固体沉淀形成的粉尘,沥青挥发物不完全燃烧产生的炭黑,烟气夹带的填充焦粉以及气流冲刷夹带的耐火材料粉尘等.烟气中烟(粉)尘初始(入口)浓度在41-33615mg/m之间.平均值为350.14mg/m,高于现行工业炉窑大气污染物排放标准(GB90781996)二级标准值(下同)200mg/ms,必需进行治理.1.2沥青烟r焦油)在生阳极f未经焙烧的炭块)制造过程中,配人有约16%的沥青作为粘结剂,各铝厂大多使用改质沥青.生阳极的焙烧过程中部分未燃烧的沥青挥发物(主要是焦油)随烟气排出.烟气中沥青烟(焦油)作者简介黄粮成(1962一),男,大学本科学历,贵阳铝镁设计研究院院长.初始(人E1)浓度正常在71.41297.06mg/m之间,平均值为184.32mg/m,高于50mg/m的国家标准,因此需进行治理.1.3二氧化硫SO是国家环境保护总局严格总量控制的污染因子.阳极焙烧炉烟气中的SO:主要来源于燃料,粘结剂沥青和填充料带人的硫份的燃烧.而生阳极石油焦带人的硫份因未发生燃烧,基本保留在阳极炭块内部,在电解生产时释出.阳极焙烧炉烟气中人口SO浓度大多在250550mg/m范围内,即使不加以处理,也能达到炉窑标准中二级标准值850mvgm,的要求.1.4氟化物阳极焙烧炉烟气中的氟化物是残极带人的.残极回收既能节省原料,又能提高阳极的密度和机械强度.因此.生阳极制造过程中配入有15%30%的残阳极,大型预焙槽铝厂全部回收残极时,其配人量通常在2O%25%.阳极焙烧炉烟气污染物浓度范围与工业炉窑大气污染物排放标准)(GB90781996)-标准值对比见表1.表1阳极焙烧炉烟气污染物浓度范围对照表mg/m?8?中固有色冶金口综述2不同燃料烟气中的污染物分析如上所述,烟气中的污染物主要是烟f粉)尘,沥青烟f焦油),S0和氟化物,只要在生产过程中有选择地采购原料,对残极进行有效清理以减少带人焙烧炉的氟化物,焙烧烟气中的SO:和氟化物不需治理即可达到排放标准.故下文只对焙烧烟气中的粉尘(含烟尘)和沥青烟(焦油)的治理进行分析论述.2.1燃用发生炉煤气国内较早建设的阳极焙烧炉,由于受燃料供应的条件限制,大多采用以无烟煤为原料的发生炉煤气为燃料,1kg无烟煤可生产发生炉煤气3.503.85m,其热值约为5235kJ/m,.其成分中主要可燃物为CO和H,可燃成分通常低于60%.由于发生炉煤气中大量的不可燃气体存在导致其烟气量较大,而老式炉火道流通截面偏小,无法通过负压调节实现火道与料箱之间较大的温差.使大部分焦油无法燃烧而充斥在烟气中,易堵塞控制仪表和阀门,难于实现燃烧及温度控制系统自动化.同时,由于发生炉煤气燃烧产生的烟气量大.火道内烟气的流速快,烟气中携带的粉尘污染物多.表2为我国几个具有代表性的大型铝厂阳极焙烧炉燃用发生炉煤气的烟气实测值.从中可以看出,粉尘浓度约为沥青烟浓度的2倍,烟气治理难度大.2.2燃用重油表2阳极焙烧炉燃用发生炉煤气的烟气实测值由于国家燃料政策的放开,近几年来建设的阳极焙烧炉优先选用重油作为燃料.重油灰份低,含硫量0.3%1.0%,重油可燃基元素C约占85%88%,H约占10%13%,重油热值平均为40195kJ/kg.由于重油热值高,烟气量小,且燃烧及温度控制系统易实现自动化,焙烧炉火道与料箱温差可达350以上.因而沥青挥发物燃烧较充分,不仅焙烧周期可缩短至28h.焙烧品质量也非常好.表3为我国几个具有代表性的大型铝厂阳极焙烧炉燃用重油的烟气实测值.表3阳极焙烧炉燃用重油的烟气实测值2.3燃用天然气我国天然气田的开发和”西气东输”国家重点工程的建设.为工业企业使用天然气创造了条件.天然气中可燃成分在96%以上(主要是甲烷),且硫的含量很低.被誉为清洁能源,其热值约36219kJ/m,是发生炉煤气热值的6倍多,易于实现燃烧及温度控制系统自动化,因而是最理想的阳极焙烧炉燃料.青铜峡铝厂三期工程采用燃用天然气的阳极焙烧炉.四川启明星铝业公司也采用燃用天然气的阳极焙烧炉.特别是在我国西部地区,天然气用户会逐渐增多.表4为青铜峡铝厂三期工程焙烧炉燃用天然气监测3个周期的烟气情况.阳极焙烧炉燃用不同燃料时烟气中的污染物情况列于表5.从表5中可以看出,燃用发生炉煤气,重油和天然气产生的烟气量分别是15338m3/t,6956m3/t,6374m3/t.燃用发生炉煤气是燃用重油和天然气的2倍多.阳极焙烧炉的燃料采用重油时,其烟气中的沥青烟浓度和粉尘浓度比燃用发生炉煤气时减少30%以上.吨产品排烟量减少50%以上.从环境保护的角度看,选用高热值燃料(如重油,天然气),具有较明显的环保优势.2008年1O月第5期黄粮成:阳极焙烧炉烟气成分分析及防治.9.表5阳极焙烧炉燃用不同燃料时烟气污染物比较燃料气一一一,m3浓度/mg?m总量,kg?t一浓度/mg?m.总量/l【g?一3阳极焙烧炉烟气污染物的治理阳极焙烧炉烟气污染物治理通常从提高焙烧炉技术水平及创新烟气净化技术两方面进行.3.1节能型环式焙烧炉的应用在炭素预焙阳极生产中,国内外普遍采用敞开式焙烧炉.贵阳铝镁设计研究院设计的第三焙烧系统敞开式焙烧炉1998年在贵州铝厂成功地获得了应用.这种焙烧炉不但保证了良好的产品质量,而且其能耗指标达到国际先进水平,与国内采用的原有老炉型相比.具有以下优点:(1)炉室尺寸大,W型火道气流分布合理,火道温度稳定均匀,单位耐火材料产能高,基建投资省;(2)燃烧控制系统具有沿每条火道单独控制的特点,提高了加热阶段烟气温度控制精度,焙烧块质量好而且稳定:(3)炉子使用寿命长,维护费用低;(4)能耗低,其单位产品能耗仅为老式炉型的一半:(5)因漏风和不完全燃烧额外产生的烟气量少,烟气中各种污染物浓度低:(6)火焰移动周期可较短.采用节能型焙烧炉.生产1t阳极的重油消耗将由老炉型的120kg降至70kg.重油单耗减少了41.7%,仅此一项全年可减少重油消耗5250t,折标准煤7502.3t.同时,由于重油单耗的减少.相应减少了由重油燃烧产生的污染物量.填充焦单耗由34kg降至l216kg,全年可节约填充焦(燃后石油焦)约2700t.节能型环式焙烧炉产量大,产品质量好,焙烧全过程实现了自动化控制.燃烧控制系统沿每条火道对火道的气流,温度,负压变化,燃料用量,空气的给入量,通过计算机系统自动跟踪,监视及调节控制,协调燃烧装置动作,从而保持焙烧炉火道温度分布均匀.炭块中析出的挥发份在火道内充分燃烧,不仅为焙烧提供了部分热量,而且从源头控制了污染物的产生,既节能又减少了焙烧炉污染物排放量.3.2”预除尘一全蒸发冷却一电捕焦油器”烟气于法净化技术的应用阳极焙烧炉烟气净化曾使用过两种方法:一是以氧化铝为吸附剂的干法净化法,由于沥青烟f焦油)对氧化铝造成污染,很难维持正常的生产运行.二是采用碱液洗涤的湿法净化法,由于不可避免地有水的二次污染,排水虽经污水处理,但水质仍难以达到排放标准.因此,两者均不是理想的治理方案.贵阳铝镁设计研究院开发的”预除尘一全蒸发冷却一电捕焦油器”干法净化方案.在数项工程中产生了较好的实用效果,其功能特性如下:(1)预除尘器选用惰性除尘器,以去除烟气中的大颗粒粉尘,增加电捕焦油器集尘极沥青f焦油1的流动性,使其能自动流淌下来和排出.(2)全蒸发冷却器设计成卧式.实际上是扩大管径的一段排烟管,目的是加水全蒸发冷却,使烟气中气态沥青烟降温至8090成为液态浮质.便于电除尘器捕集下来.(3)干式电捕焦油器可以是立式(管式)或卧式(板式).由于捕集沥青烟有特定的温度要求,故需要采取特殊的加热,保温措施,便于捕集的焦油能顺利流淌下来并排出.治理阳极焙烧烟气最大的技术难点是同时捕集?10?中固有色冶金口综述粉尘和沥青烟.因两者聚合在一起时,流动性差,极易粘住极板和堵塞电捕焦油器,使系统不能正常运行.从表2和表3可以看出,粉尘的浓度约为沥青烟浓度的两倍.温度控制尤为重要.本净化方案的技术关键是:通过自动控制使全蒸发冷却器内的水全蒸发(不产生二次污染),将烟气的温度降至8O90cc,使气态沥青烟成为液态浮质,便于电捕焦油器能在最佳温度范围内将沥青烟有效捕集下来,又具有较好的流动性.焦油能顺利流淌下来并排出.上述净化工艺已用于燃用发生炉煤气的云南铝厂一期技改工程,2年平稳运行后,云南省环境监测中心站于2001年11月对该技改工程进行环保设施竣工验收监测.监测报告表明:阳极焙烧炉烟气经净化后.各种污染物全面达标排放.其中.粉尘排放浓度62.56mg/m,净化效率97.7%.折合吨产品排尘0.163kg:沥青烟排放浓度41.15mgfm3折合吨产品排放沥青烟1.075kg;SO2排放浓度200.35mg/m,折合吨产品排放4.23kg;氟化物排放浓度3.48mg/m,折合吨产品排放0.059kg.该净化工艺实用于燃用天然气的青铜峡铝厂三期工程,中国环境监测总站对该工程进行环保设施竣工验收监测.监测报告表明:阳极焙烧炉烟气经净化后,各种污染物全面达标排放.其中,粉尘排放浓度15.66m咖乇沥青烟排放浓度9.64m咖,氟化物排放浓度3.23mg/m.本净化工艺对氟化物和S0也有一定的净化效果,分析其原因_l1,主要是有较长的排烟道和设置了冷却器,烟气中的水蒸汽和沥青烟都以液态浮质存在,类似于粉尘微粒,它们对氟化物(HF等)和SO有一定的吸附,粘结作用,而进入电除尘器荷电后,最终被捕集下来.由于该净化工艺的明显优越性,在中美合资平果铝250kt/a电解铝(含150kt/a阳极1工程可行性研究环保技术洽谈中,获得美铝环保专家认同.已确认该净化工艺将在该工程中采用.4结语(1)上述分析比较表明,燃用重油或天然气的阳极焙烧炉,不仅能提高成品率和炭块质量,同时使沥青挥发份得到充分燃烧,增加了热能的利用,大大降低了焙烧炭块的能耗,也减少了烟气排放量和污染物浓度.因此其净化装置的规模和投资额将相应减小.建议有条件的铝厂,把燃用煤气的焙烧炉通过大修改造为燃用重油或天然气,首选天然气:(2)节能型环式焙烧炉的应用使焙烧全过程实现了自动化控制.从源头控制了污染物的产生.减少了燃料耗量.既节能又减少了焙烧炉烟气污染物的排放:(3)”预除尘一全蒸发冷却一电捕焦油器”干法净化方案避免了湿法净化带来的水二次污染问题,也避免了氧化铝作为吸附剂对氧化铝污染的问题.因此是较为理想的污染物治理方案,尤其适用于重油和天然气作为燃料的阳极焙烧炉.参考文献11李立帜.阳极焙烧炉烟气净化新工艺及其应用结果fJ.中国有色金属,2000,to(s2).FluegascompositionofanodebakingfurnaceandpollutionpreventionHUANGLiang-chengAbstract:Theva