電解煙氣污染物排放國內(nèi)外標準的對標分析

曾慶學，艾自金，班允剛，劉總兵，王尚元

（1.中國有色金屬建設股份有限公司，北京 100029；2.東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

考慮到國外工程建設的特殊性，電解煙氣凈化系統(tǒng)的排放指標需要與國外標準進行對標，從而可以更加清晰的認識和了解電解煙氣污染物的排放情況。本文首先對電解煙氣凈化系統(tǒng)進行介紹，了解排放的污染物及相關源強，并將通用的國標與歐標進行對比分析。通過對比分析發(fā)現(xiàn)：根據(jù)本項目已確定的污染物散發(fā)濃度、電解槽的集氣效率和凈化系統(tǒng)的凈化效率，污染物的排放濃度雖然可以滿足歐盟的排放要求，但是污染物的噸鋁排放量卻難以滿足歐盟的排放要求。為了解決上述問題本文提出了三種改進建議，供工程項目決策參考。

1 煙氣凈化系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)配置

我們以國外某工程為例進行分析，某工程的電解系列分為3個電解分區(qū)，每個分區(qū)配置1套凈化系統(tǒng)，每套系統(tǒng)負責處理112臺電解槽產(chǎn)生的電解煙氣。單臺電解槽正常工作時排煙量為8500Nm3/h，槽罩打開時排煙量為17000Nm3/h，同時輸送系統(tǒng)進入凈化系統(tǒng)的風量為15000Nm3/h，電解槽出口煙氣溫度通常為140℃。因此，凈化系統(tǒng)處理的總煙氣量為1018000Nm3/h，折合工況煙氣量約為1539770m3/h。

1.2 排放指標

根據(jù)技術協(xié)議的要求，煙氣凈化系統(tǒng)的排放指標如下：粉塵濃度不高于5mg/Nm3，氟化物濃度不高于1.5mg/Nm3，SO2濃度不高于200mg/Nm3。

2 污染物濃度及散發(fā)量

2.1 污染物濃度

電解煙氣中主要污染物是粉塵、氟化物和SO2。通過理論計算并結(jié)合工程驗證，我們可以認為：凈化系統(tǒng)進口粉塵的濃度通常為650～950mg/Nm3，氟化物的濃度為300～450mg/Nm3，SO2的濃度為150～200 mg/Nm3[1]。因此煙氣凈化系統(tǒng)的入口粉塵濃度可以取值850mg/Nm3，氟化物的濃度取值400mg/Nm3，SO2的濃度取值138mg/Nm3。

2.2 噸鋁污染物散發(fā)量

根據(jù)上述原始數(shù)據(jù)計算可以得到本項目單位鋁產(chǎn)品污染物的散發(fā)量。并與《鋁電解廠通風除塵與煙氣凈化設計規(guī)范》GB 51020-2014的規(guī)定的散發(fā)量進行比較，如表1所示。

表1 單位鋁產(chǎn)品污染物的散發(fā)量校對表

從表1可知：本項目中電解煙氣中各污染物含量是合理的，作為鋁產(chǎn)品污染物散發(fā)量計算的基礎數(shù)據(jù)是可行的。

3 電解槽集氣效率

目前，國內(nèi)電解槽的集氣效率一般為98.5%～99.5%（《鋁電解廠通風除塵與煙氣凈化設計規(guī)范》GB 51020-2014）。同時，根據(jù)國內(nèi)近年來已投產(chǎn)的工程項目的實測數(shù)據(jù)可知：電解槽的集氣效率均在99.0%以上。因此，本項目電解槽的集氣效率暫取99.0%。

需要特別說明的是：電解槽集氣效率的提高不僅與工程設計有關，而且與管理水平密切相關。因此為了提高電解槽的集氣效率，工程設計上需要在以下幾個方面進行改進：

●電解槽需采用自動打殼、自動加料的生產(chǎn)技術，提高控制系統(tǒng)的自動化水平；陽極效應及電解質(zhì)和鋁水平測定等生產(chǎn)操作實現(xiàn)自動化；

●電解槽內(nèi)部上部煙道采用計算機進行流體動力學仿真模擬計算。通過模擬計算完善高位分區(qū)集氣技術，降低集氣系統(tǒng)的阻力、提高集氣罩內(nèi)負壓的均勻性，集氣效率可以＞99%；

●電解槽采用高位分區(qū)集氣技術，保證電解槽內(nèi)各處負壓的均勻性。同時可以減少電解槽的單槽排煙量，降低電解煙氣凈化系統(tǒng)的單位能耗。

為了提高電解槽的集氣率，運行管理上的措改進施如下：

●目前造成電解槽集氣效率下降的主要原因是槽罩破損。因此，應及時修復變形和損壞的槽罩板，使電解槽處于良好的密閉狀態(tài)；

●需要開啟槽罩板時，應控制槽罩板開啟的數(shù)量，盡量減少槽罩板開啟的數(shù)量，保證集氣效率。出鋁操作時可以開啟1扇槽罩板，撈炭渣、取樣分析等操作同樣也可以開啟1扇槽罩板，操作完成后，馬上蓋好槽罩板。更換陽極時可以開啟2扇槽罩板，陽極的更換時間不得大于20分鐘；

●應該及時有效的處理陽極效應。

4 污染物的排放

根據(jù)本項目排放指標的要求，并結(jié)合《鋁電解廠通風除塵與煙氣凈化設計規(guī)范》（GB 51020-2014）中的規(guī)定。本項目中電解煙氣凈化系統(tǒng)效率的取值如表2所示。

表2 電解煙氣凈化效率指標

由上表數(shù)據(jù)可知：粉塵的凈化效率取值是規(guī)范要求值的下限，氟化物凈化效率取值略高于規(guī)范要求值，SO2的排放濃度符合要求。因此，目前階段電解煙氣凈化系統(tǒng)暫不考慮設置脫硫裝置。

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)計算，可以得到本項目污染物的排放濃度。詳見表3。

表3 本項目污染物的排放濃度

從表3可知：基于本項目已經(jīng)確定的污染物散發(fā)濃度、電解槽的集氣效率和凈化系統(tǒng)的凈化效率，本項目污染物的排放濃度滿足歐盟的要求。

本項目單位鋁產(chǎn)品污染物的排放量如表4所示。

表4 單位鋁產(chǎn)品污染物的排放量

從表4可知：基于本項目確定的污染物散發(fā)濃度、電解槽的集氣效率和凈化系統(tǒng)的凈化效率，粉塵、氟化物的噸鋁排放量難以達到歐標的要求。

5 結(jié)論和建議

基于本項目確定的污染物散發(fā)濃度、電解槽集氣效率和凈化系統(tǒng)的凈化效率進行計算，最后得到的表4中數(shù)據(jù)?？芍耗壳拔廴疚镏蟹蹓m、氟化物的噸鋁排放量難以達到歐盟的排放要求。因此，有如下幾點建議，僅供項目決策參考：

（1）繼續(xù)對提高電解槽集氣效率的技術進行研發(fā)，如果電解槽集氣效率達到99.2%，則粉塵、氟化物的噸鋁排放量即可滿足要求，生產(chǎn)單位鋁產(chǎn)品污染物的排放量詳見表5。

表5 生產(chǎn)單位鋁產(chǎn)品污染物的排放量（電解槽集氣效率為99.2%）

（2）根據(jù)NEUI毛繼紅教授的建議：采用殘極冷卻系統(tǒng)和天車移動集氣系統(tǒng)方案，可以有效降低粉塵和氟化物的噸鋁排放量。

（3）電解煙氣干法凈化系統(tǒng)串聯(lián)濕法脫硫裝置，來降低干法凈化系統(tǒng)的噸鋁排放。根據(jù)排放數(shù)據(jù)測算：氟化物的噸鋁排放量可以減少0.05kg/t-Al，可以滿足歐盟0.35kg/t-Al的排放要求。但是，脫硫后煙氣中粉塵的排放濃度會有所增加，無法滿足歐盟0.65kg/t-Al的排放要求。除非在脫硫之后再增加濕式電除塵器，將粉塵的排放濃度控制在1.45mg/Nm3以下。因此是否增設濕法脫硫系統(tǒng)需要認真仔細考慮。

電解槽集氣效率的提高不僅和工程技術有關，而且與管理水平密切相關。目前，工程技術上的改進空間較小，但是通過提升管理水平來減少系統(tǒng)污染物的排放是可行的。