陽極焙燒煙氣治理技術及解決方案

大氣網訊:本文分析了焙燒煙氣的特點,以及目前以電捕焦油器為核心設備的不同焙燒煙氣凈化處理方法在處理瀝青煙、二氧化硫、苯并芘等方面所面臨的問題,提出了蓄熱式焚燒爐(RTO)+循環(huán)流化床焙燒煙氣一體化處理方法,從根本上解決焙燒煙氣多種污染物難以協(xié)同治理的問題。

炭素廠陽極焙燒爐生產過程中會散發(fā)含有氟化物(摻入殘極的情況下)、瀝青煙、粉塵、SO2以及苯并芘等有害物質，按照《鋁工業(yè)污染物排放標準》(修改單)(GB25465-2010)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2-2007)及工業(yè)和信息化部發(fā)布的《鋁行業(yè)準入條件》(2012年修訂)的要求，必須對炭素焙燒爐煙氣加以治理。目前，國家先后出臺了《重點區(qū)域大氣污染物防治“十二五”規(guī)劃》、以及《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案(2+26)》、《環(huán)境保護稅法》等一系列的環(huán)保法律法規(guī)，部分省份出臺了更加嚴格的地方標準。因此，開發(fā)行之有效的工藝，凈化焙燒煙氣，使其實現長期、穩(wěn)定、可靠的達標排放勢在必行。

1 焙燒爐煙氣的特點

鋁用陽極的原料一般為煅后焦、瀝青和殘極，并按照一定的比例混合、震動成型，在敞開式焙燒爐進行高溫焙燒，得到預焙陽極。在焙燒的過程中產生的煙氣為陽極焙燒煙氣，根據不同現場的檢測分析結果，煙氣中各種污染物的成分見表1。

由表1可知，該煙氣具有成分復雜、粘結性強、多種污染物并存、且易發(fā)生著火等特點。因此治理起來難度較大，難以通過單一的煙氣治理方法處理掉焙燒煙氣中所有的污染物，一般需要采用串聯(lián)的煙氣治理工藝對焙燒爐煙氣進行綜合治理。

2焙燒煙氣治理方法分析

由于焙燒煙氣成分復雜，到目前為止，國內還沒有完全成熟的工藝技術可以實現焙燒煙氣完全無害化處理。在對焙燒煙氣的處理中，企業(yè)重點關注于煙氣中的瀝青煙、粉塵和氟化物的治理。最近幾年，焙燒煙氣中的二氧化硫以及苯并芘開始受到關注。目前國內主要采用表2所示的技術方案。

上述處理方法主要存在廢水、捕集后瀝青煙的二次污染;運行不穩(wěn)定，不能實現污染物的長期達標排放;煙道、設備著火后的安全風險;氧化鋁吸附瀝青煙后，造成流動性降低，返回電解生產難以被有效使用。國外焙燒煙氣一般采用蓄熱式焚燒爐(RTO)進行處理[3]，先去除掉煙氣中的瀝青煙和苯并芘等有機物，再根據需要采用堿性吸附的方法去除掉煙氣中的氟化物和二氧化硫等有害物質。

3 焙燒煙氣運行問題分析

國內現有的焙燒煙氣中雖然采用的技術比較多，在長期的運行中經常會出現如下一些問題。

3.1 系統(tǒng)運行不穩(wěn)定

焙燒煙氣凈化在長期使用的過程中，經常出現系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，不能長期穩(wěn)定達標排放的問題。最直接的表現是煙囪經常出現黃煙、黑煙或棕色煙。該問題主要是由于電捕焦油器故障或者干法斷料、粘結造成的。在焙燒煙氣凈化啟動初期或運行1～2年后更容易出現該問題，一旦出現該問題，就需要對系統(tǒng)進行大修。

3.2 電捕焦油器極板結疤、極線結塊由于焙燒煙氣中含有瀝青煙等粘性物質，以及焙燒爐出來的部分揮發(fā)性物質，這些物質在焙燒爐中未充分燃燒的情況下，會粘結在電捕焦油器的極板、極線上。粘結后造成電捕焦油器放電不均勻，嚴重影響瀝青煙的捕集效率。由于瀝青煙在低溫下具有較強的粘結性，且電捕焦油器內部操作空間受限，很難清理，如圖3所示。

3.3 系統(tǒng)著火

正如3.2節(jié)分析可知，由于瀝青煙粘結在系統(tǒng)設備的內壁上，且含有粉塵等可燃物，一旦遇到明火就會發(fā)生著火現象，比較容易出現著火的位置在環(huán)形焙燒爐的出口煙道、電捕焦油器等部位，嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

為了保證系統(tǒng)安全，設置了短路煙道，當系統(tǒng)著火時，進行煙道切換，使著火煙氣直接排入大氣，或者進行蒸汽滅火，如圖4所示。

3.4 設備和管道腐蝕

為了對焙燒煙氣降溫，系統(tǒng)一般設置全蒸發(fā)冷卻塔。但根據多家企業(yè)運行情況反饋可知，冷卻水的全蒸發(fā)難以實現，水滴在酸性的條件下會對后續(xù)的風機、管道、閥門等設備產生腐蝕。這也造成了隨著設備的運行，系統(tǒng)的負壓逐漸降低、系統(tǒng)漏風增加、排放指標下降等問題。

3.5 捕集的焦油難以處理

從電捕焦油器捕集下來的物質主要成分為瀝青，還含有粉塵和氟化物(主要為固氟)。根據國家危險廢物名錄規(guī)定：冶煉過程產生焦油屬于危險廢棄物。根據相關規(guī)定，這部分物質只能送至具有專業(yè)資質的機構進行無害化處理或企業(yè)內部無害化利用。根據現有技術，企業(yè)內部無害化利用的技術并不成熟，多為堆存處置。圖5、6為某廠電捕捕集后焦油的堆存方式。

3.6 苯并芘處理

苯并芘是焙燒煙氣PAH中的一種，為氣態(tài)的有機物，這些物質電捕焦油器基本沒有捕集效果，因此在僅采用電捕焦油器的治理系統(tǒng)中，苯并芘存在大量超標的可能;利用氧化鋁干法吸附可以除去煙氣中氣態(tài)污染物，但氧化鋁吸附為物理吸附，在電解槽受熱后是否存在二次揮發(fā)還需進一步的研究。

3.7 系統(tǒng)優(yōu)化

針對現有焙燒運行過程出現的問題，環(huán)保廠家已進行了優(yōu)化和改進措施，如在凈化工藝上采用多級串聯(lián)的技術，分段處理焙燒煙氣中不同的污染物;采用改進的噴霧系統(tǒng)保證冷卻塔的全蒸發(fā)噴淋，且保持出口煙氣溫度在較小的范圍波動;電捕焦油器采用帶電清洗、火花自動追蹤和自動噴淋滅火等技術，減少瀝青粘結在極線和極板上，減少設備著火風險;采用高頻電源提高電捕焦油器的效率;采用電壓跟蹤與自動調整技術確保電捕焦油器的平穩(wěn)運行;采用全蒸發(fā)和干法吸附減少設備和管路系統(tǒng)腐蝕等。

以上措施大大提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定，部分實現焙燒煙氣的達標排放，但仍存在一些問題無法克服。根據國家環(huán)保標準的提高和行業(yè)發(fā)展的需要，以及焙燒煙氣的特點，本文提出了蓄熱式焚燒爐(RTO)+堿性吸附一體化處理工藝，試圖從根本上解決焙燒煙氣處理過程中遇到的問題。

4 RTO+堿性吸附一體化處理工藝

從焙燒爐出來煙氣進入RTO，在RTO內通入天然氣進行燃燒，煙氣中瀝青煙和苯并芘，以及部分可燃性的碳分解燃燒轉變成二氧化碳和水。

RTO為蓄熱式焚燒裝置，該裝置由燃燒區(qū)、蓄熱區(qū)、煙道和閥門切換等部分組成。煙氣進入RTO后通過切換閥門進入蓄熱區(qū)，利用上一工作時的熱量加熱進入煙氣，加熱后的煙氣進入高溫燃燒區(qū)，在通入天然氣的條件下，將煙氣中的瀝青煙和有機物分解成CO2 和水，高溫煙氣再經過蓄熱體排出時，將熱量貯存在蓄熱體內。在下一個工作周期時，上一工作周期的進口煙道變?yōu)槌隹跓煹溃隹跓煹栏臑檫M口煙道，交替循環(huán)。

該工藝方法的特點是污染治理徹底，無二次污染，做到污染物的全流程治理;系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和安全性高，無需擔心煙道和設備著火問題;系統(tǒng)在干態(tài)下運行，設備、管道無腐蝕;系統(tǒng)運行無副產品。一體化技術的核心除了工藝外，還要開發(fā)出適合行業(yè)煙氣特點的關鍵設備。該技術的關鍵設備是RTO設備和堿法吸附系統(tǒng)的應用與開發(fā)。根據焙燒煙氣瀝青煙含量高、粘結性強的特點，開發(fā)了焙燒煙氣專用的RTO蓄熱式焚燒設備，該設備具有燃燒效率高、能耗小、瀝青煙焚燒徹底、蓄熱體不易堵塞和粘結等特點。目前已經應用在瀝青煙煙氣的處理上，經現場檢測，煙囪出口處瀝青煙濃度達到4.5mg/Nm3，苯并芘濃度達到1.2x10-4mg/Nm3，整體凈化效率達到98%，均滿足國家規(guī)定的要求。堿法脫硫系統(tǒng)實現SO2 排放濃度低于35mg/Nm3，粉塵排放低于5mg/Nm3的超凈排放要求。

5 結論

焙燒煙氣由于其特殊的煙氣性質，是行業(yè)系統(tǒng)治理的難題。以往治理方法中存在二次污染、治理不徹底、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等問題。總結現有技術工藝的不足，開發(fā)的RTO+堿性吸附一體化處理工藝，最終可以實現煙囪出口瀝青煙低于5mg/Nm3，苯并芘低于3×10-4mg/Nm3，SO2排放濃度低于35mg/Nm3，粉塵排放低于5mg/Nm3，遠低于國家現行排放標準的要求，實現炭素陽極的長期穩(wěn)定生產。