炭素工业焙烧炉烟气污染治理技术分析

祁桂存

黄河鑫业有限公司

摘要：随着经济社会的发展，我国的化工行业获得了长远持续的发展，炭素制品是常见的化工产品之一，而焙烧又是炭素制品生产中的重要环节，但由于各方面因素的限制，焙烧过程中会产生大量的大气污染物，这对生态环境与人体健康造成了十分不利的影响，亟需加强对焙烧烟气污染的治理工作。鉴于此，本文先是阐述了碳素工业焙烧炉烟气的主要特征，又详细研究了常见的焙烧炉烟气污染治理技术方法，仅供相关人员进行借鉴与参考。

关键词：碳素工业；焙烧炉；烟气污染治理

1烟气特性

一般而言，碳素工业焙烧炉产生的烟气具有以下特征：第一，含有较多的沥青焦油。由于在实际的焙烧过程中存在一定的沥青粘结剂会导致在500℃之前会产生大量的沥青挥发物，同时伴随着沥青的分解与缩合进而产生半焦化。沥青焦油烟气中的成分较为复杂，其中还含有大量的致癌物质，严重危害生态环境与人体健康。随着焙烧温度的不断变化，一部分的沥青碳化为导电的电极材料，一部分的沥青在高温下烧除会挥发，剩余的沥青则会进入到焙烧炉的烟气中^[1]。第二，粉尘含量较低。焙烧炉一般由密闭式与敞开式这种类型。相较于其他类型的焙烧炉，密闭式焙烧炉的密闭性较好，其中的空气量较少，氧气含量较低，燃烧性能差甚至完全不能燃烧，沥青的挥发会通过填料到达炉盖的下部，再被抽入烟道排出，因此，烟气的温度较低、沥青烟的含量较高、粉尘含量较低。敞开式焙烧炉则不然,大量空气通过填充料层进入烟道,氧气充足可引起部分挥发分燃烧,轻质烃大多烧除,残留的主要是重馏分,所以烟气温度高,粉尘浓度高,焦油含量低,焦油成分中轻馏分少。

2　烟气治理技术分析

2.1　静电捕集法

目前国际上密闭式焙烧炉烟气治理以电捕法为主(约占85%),我国密闭炉烟气净化也基本采用此法,如吉林、上海、抚顺、南通、成都炭素厂及贵州铝厂阴极焙烧炉等，适用范围较为广泛。主要净化设备为电除尘器,有3种结构形式:同心圆式电捕焦油器、普通卧式电捕焦油器和宽极距预荷电式电捕焦油器。同心圆式电捕焦油器采用单电场,净化效率不稳定,普通卧式电捕焦油器净化效率大于90%,比同心圆式电捕焦油略有提高,运行稳定性有所提高。宽极距预荷电式电捕焦油器极距加宽到400～500mm,在电捕焦油器前增加了全蒸发冷却塔,该塔是利用水的汽化潜热使烟气降温,通过控制水雾化质量、塔内流场等影响速率的因素,使液滴运动到塔壁和塔底之前全部蒸发,塔内壁无水滴,塔出口不带水,出口温度控制在85±5℃,烟气降温过程中,气态焦油凝结成液滴,并使焦油滴粒径增大,以利于电捕焦油器捕集,目前吉林、抚顺、贵州等铝厂已采用此方法,沥青烟净化效率可提高到98%,沥青烟出口浓度低于20mg/m³。万方铝业、抚顺铝厂、丹源铝厂等敞开式环式焙烧炉也采用电捕焦油器处理,烟气先经预除尘器去除大颗粒粉尘,后到全蒸发冷却塔降温,最后经卧式高压静电除尘器净化,沥青烟净化效率高于92%,沥青烟排放浓度低于30mg/m³,烟尘排放浓度低于20mg/m³,沥青烟、粉尘可稳定达标排放。电解铝厂配套的预焙阳极生产系统掺用电解铝生产的残阳极,返回残极中所含的氟化物量决定焙烧炉烟气中氟的初始浓度。残极所携带的氟化物主要集中阳极表层电解质中,实际生产过程中采用清理干净残极表面的电解质,大大减少焙烧炉烟气中氟含量^[2]。国内实测的焙烧炉氟浓度变化很大,范围在12.2～52.66mg/m³之间,其中气氟浓度小于2mg/m³。虽然电捕法对氟化氢无净化效果,但由于气氟的浓度较低,不致影响达标排放。

2.2　氧化铝吸附干法净化

氧化铝吸附干法净化技术是我国80年代引进美国PEC公司和法国AIE公司治理敞开式焙烧炉烟气的技术,目前应用在青海、包头铝厂的敞开式焙烧炉。焙烧炉正常生产时排出温度约120～200℃的烟气,首先经地下烟道进入全蒸发冷却塔,在塔上部喷嘴喷入雾化的冷却水,使烟气温度降低到88±2℃,喷入水量由烟气温度自动控制,保证塔内水分全部蒸发,冷却后的烟气进入反应器,在反应器处加入氧化铝,氧化铝吸附烟气中的氟化氢和沥青烟后进布袋除尘器实现气固分离。青海铝厂焙烧炉烟气净化系统实测的沥青烟净化效率97%,粉尘去除率95%,氟净化效率85%,沥青烟、氟及粉尘排放浓度分别为6.2mg/m³、2.2mg/m³和14.6mg/m³;包头铝厂焙烧炉烟气净化系统实测的沥青烟排放浓度为6.3mg/m³、气氟0.2mg/m³,污染物排放均满足排放标准的要求。干法净化流程简单,利用电解原料———氧化铝作吸附剂,回收的物料全部返回电解槽使用,做到化害为利,不存在二次污染问题,对沥青烟、氟化物、粉尘同样均可达到很高的净化效率。干法净化技术主要缺点是对SO₂基本无效。另外,生阳极产生的沥青挥发分大部分在焙烧炉进行了燃烧,进入烟气中的沥青烟量很少,吸附有沥青烟和氟化物的载氟氧化铝返回电解槽利用,不会引起电流效率下降和电解铝质量下降的问题,这在美国PEC公司、法国AIE公司的工程实践中得以保证,在青海铝厂等预焙槽电解铝厂的长期实践中也得到了验证。

2.3　碱吸收湿法

焙烧炉烟气首先经重力沉降室去除粗粒粉尘,然后进入洗涤塔,用稀NaOH溶液喷淋洗涤,烟气中的HF和SO₂被NaOH溶液吸收,一部分粉尘和沥青也被洗涤,从洗涤塔出来的烟气再经湿式电除尘器净化,沥青烟、氟、粉尘等污染物一般能符合排放标准的要求。湿法净化运行较为稳定,并可同时除去部分氟、SO₂,但却将污染物由烟气转入废水,必须设废水处理系统,若废水处理系统管理不善,将带来废水二次污染问题^[3]。因此,湿法净化工艺较为复杂,设备较多,给操作管理和设备维护造成困难,反应中产生的CaSO₄易使处理设备结垢,恶化处理效果。此外,在寒冷地区还需解决冬季结冰等问题。

2.4　焦粉吸附净化法

该方法是将生产原料焦粉作为吸附剂以有效吸附烟气中的沥青烟，再经过布袋除尘器以分离气体、固体，相较于其他烟气污染处理技术，这种技术方法吸附沥青焦油的净化程度较高，使用过的吸附剂还可以重新返回生产系统进行二次利用，它的缺点是对铝电解厂回用残极的阳极焙烧炉的气氟的吸附能力较差，无法对其进行完全的吸附，适用范围较为有限。

结语

总而言之，碳素工业焙烧炉排放的烟气量较大，排放的烟气污染较重，不仅严重违背了我国的节能环保理念，还会严重影响了相关企业的社会形象与社会效益，因此必须要采取有效的基础方法对焙烧炉的烟气污染进行科学合理的治理。随着经济社会的发展与科学技术的进步，我国的炭素工业焙烧炉烟气污染治理技术得到了长足的发展，出现了诸多不同的治理技术。相关企业要针对自身的实际情况（自身实力、排放的污染物类型、污染治理需求等）选择不同的烟气污染治理技术，有效处置污染烟气。由于本文的篇幅有限对碳素工业烟气污染治理技术的探讨还存在诸多不足之处，但相信随着一线工作人员的不断努力与相关技术的不断进步，我国未来的烟气污染治理行业必将获得更大的发展与进步！

参考文献：

[1]张锐,丰庆国,董守东,万加兵. 炭素工业焙烧炉烟气污染治理技术的研究和应用[J]. 水泥工程,2020(02):14-16+26.

[2]单系夫,孙长庆. 炭素焙烧炉烟气超低排放净化技术新进展[J]. 炭素技术,2020,39(03):57-60.

[3]张文诚,左小磊,陈晓青. 炭素生产过程中焙烧烟气的净化方法及应用[J]. 江苏化工,2005(01):44-46