CN106545870A - 电解铝烟气量与污染物趋零排放系统 - Google Patents

电解铝烟气量与污染物趋零排放系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供电解铝烟气量与污染物趋零排放系统。所述趋零排放系统包括电解铝烟气脱氟除尘单元和燃烧设备，还包括趋零排放烟道和烟气循环单元，趋零排放烟道的进口与净化单元的排放口连接，出口与燃烧设备助燃气体进口连接；趋零排放烟道上开设循环口；烟气循环单元进烟口与循环口连接，出烟口接入电解槽内，将部分烟气循环至电解槽内代替部分空气，剩余烟气送入燃烧设备作为助燃气体。还包括助燃气体补偿单元和助燃气体分流单元，对送入燃烧设备的烟气进行补充或者分流，保证与助燃气体量相匹配。增设控制单元，实现循环烟气的流量与所需冷却烟气量相匹配，其温度降低至所需冷却温度值；实现送入燃烧设备内的烟气量与其助燃气体用量相匹配。

Description

电解铝烟气量与污染物趋零排放系统
技术领域
本发明涉及大气污染物控制与节能减排技术领域，尤其涉及电解铝烟气量与污染物趋零排放系统。
背景技术
电解铝工业是我国重要的基础原料产业，也是高耗能、高污染产业，2014年我国电解铝产量达到2368万吨，占全球总产量的40％以上，同时也排放了高达2.93多万亿立方米的污染烟气。电解铝烟气主要含粉尘、氟化物、SO2和CO等污染物分别为30mg/m3、3mg/m3、200mg/m3和0.1％，烟温一般在100℃以上，含氧量为20％以上，排放浓度基本能够达到国家相应的排放标准限值。
目前，国内外对于电解铝烟气的治理技术的研究，主要集中在脱氟和除尘。脱氟主要是干法脱氟，采用氧化铝反应吸收，通过烟气中喷射的氧化铝与氟化氢吸附反应，生成氟化铝，再通过布袋除尘器回收作为原料再回用于电解槽内；经净化除尘后的烟气排空。在二氧化硫控制方面，由于电解铝单位产品产生烟气量大，采用现有的石灰石-石膏法、氨法脱硫等技术其脱硫设施投资运行成本很高，因此目前电解铝行业主要通过使用高成本的低硫阳极方式控制二氧化硫排放，并没有开展烟气的二氧化硫控制。
虽然我国目前电解铝厂的控制技术水平能够实现基于污染物浓度的电解铝烟气的达标排放，但电解铝烟气排放量巨大，使得局地污染物排放总量居高不下，对周围环境造成了破坏，如何进一步控制电解铝污染物的排放是我国电解铝行业目前急需解决的问题；同时电解铝烟气温度在100℃以上，含氧量为20％以上,CO浓度在0.1％左右，如何利用其烟气中的上述成分，回收热能，也是目前电解铝烟气节能和废气再利用急需解决的问题。
目前，有文献报道称，电解铝烟气替代电厂锅炉空气作为助燃气体，可实现烟气的梯度利用，但是，没有给出具体可实施的电解铝烟气替代助燃气体的可行性方案。然而，在提出概念和技术可行性之间还存在很多关键的技术问题需要解决，而这些问题是依据现有技术所不能解决的。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明实施例的目的是提供电解铝烟气量与污染物趋零排放系统。通过对电解铝厂烟气量与燃烧设备(如，自备电厂燃煤锅炉)所需气量的调节匹配，以及电解铝烟气带来对锅炉辅机系统影响的解决等方面着手，得到具体可行的电解铝烟气循环减量利用和污染物零排放，实现电解铝烟气的趋零排放。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，包括电解铝烟气脱氟除尘单元和燃烧设备，其特征在于：还包括趋零排放烟道和烟气循环单元，所述趋零排放烟道的烟气进口与所述电解铝烟气脱氟除尘单元的净化烟气排放口连接，烟气出口与所述燃烧设备的助燃气体进口连接；在所述趋零排放烟道上开设循环口；所述烟气循环单元的进烟口与所述趋零排放烟道的循环口连接，出烟口接入电解铝的电解槽内，将部分净化电解铝烟气循环至电解槽内代替部分空气，剩余的净化电解铝烟气送入燃烧设备作为助燃气体。
进一步地，所述烟气循环单元包括循环管道、烟气温度调节装置和循环增压风机，所述烟气温度调节装置设置在所述循环管道上，对流经循环管道的循环净化烟气的温度进行调节；所述循环管道的进烟口与所述趋零排放烟道的循环口连接，出烟口接入电解铝的电解槽内；所述循环增压风机设置在所述循环管道上，控制分流的净化烟气的流量及压力。
进一步地，所述烟气循环单元还包括循环阀门，所述循环阀门设置在所述循环管道上，控制循环烟气的流量。
进一步地，所述趋零排放系统，还包括助燃气体补偿单元和助燃气体分流单元，在所述趋零排放烟道的循环口与烟气出口之间开设助燃气补偿口和助燃气分流口；所述助燃气体补偿单元的出气口与所述趋零排放烟道的助燃气补偿口连接，进气口引入空气；所述助燃气体分流单元的烟气进口与所述趋零排放烟道的助燃气分流口连接，烟气出口与所述燃烧设备的排烟处理单元的管道连通；
当送入燃烧设备作为助燃气体的剩余的净化电解铝烟气量大于燃烧设备的实际助燃气体用量时，利用助燃气体分流单元将多余的净化电解铝烟气引入燃烧设备的排烟处理单元中处理后分流排出；反之，小于时，利用助燃气体补偿单元向将差量的空气引入趋零排放烟道内进行补偿；实现送入燃烧设备的净化电解铝烟气量与实际助燃气体用量相匹配；
另外，当燃烧设备停运时，剩余的净化电解铝烟气直接经由助燃气体分流单元，引入燃烧设备的排烟处理单元中处理后排出。
进一步地，所述助燃气体补偿单元包括空气补偿管道、加热器和补偿增压风机，所述空气补偿管道出气口与所述趋零排放烟道的助燃气补偿口连接，进气口引入空气；所述加热器设置在所述空气补偿管道上，对空气进行加热；所述补偿增压风机设置在所述空气补偿管道上，控制补偿空气的压力和流量；
进一步地，所述助燃气体补偿单元还包括补偿阀门，所述补偿阀门设置在所述空气补偿管道上，控制补偿空气流量。
进一步地，所述助燃气体分流单元包括分流管道和分流阀门，所述分流管道的烟气进口与所述趋零排放烟道的助燃气分流口连接，烟气出口与所述燃烧设备的排烟处理单元的管道连通；所述分流阀门设置在所述分流管道上，用于控制分流流量。
进一步地，还包括多个增压风机，所述多个增压风机设置在所述趋零排放烟道的不同段位上，调节净化电解铝烟气的压力。具体地，如在靠近循环口的烟气下行侧的趋零排放烟道段位上，靠近燃烧设备的助燃气体进口的趋零排放烟道段位上。
本发明进一步优选的技术方案是，还包括控制单元，所述控制单元包括处理器和多个传感器组，所述多个传感器组中的每个传感器的输出端均与所述处理器的输入端连接；
所述多个传感器组的采集端分别设置在电解槽的总排烟管道上，所述烟气循环单元的进烟管道和出烟管道上，所述助燃气体补偿单元的出气口端的管道上，以及在所述趋零排放烟道的循环口的烟气下行方向侧的趋零排放烟道上；
所述趋零排放系统中的烟气参数的控制设备的控制端与所述处理器的输出端连接；
所述多个传感器组分别采集趋零排放系统中的各管道内的多组烟气参数，并将该多组烟气参数输送至处理器内；所述处理器依据该多组烟气参数将其显示，或者依据该多组烟气数据对烟气参数的控制设备进行调控，实现烟气循环单元中的循环烟气的流量与电解槽内的所需冷却烟气量相匹配，并保证进入电解槽内的循环烟气的温度降低至所需冷却温度值；同时实现送入燃烧设备内的净化电解铝烟气量与燃烧设备的设计助燃气体用量相匹配；
其中，所述烟气参数包括烟气流量参数、烟气温度参数和烟气压力参数。
具体地，所述烟气循环单元包括循环管道、烟气温度调节装置和分流增压风机，以及分流阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括烟气温度调节装置、分流增压风机和分流阀门。
所述助燃气体补偿单元包括空气补偿管道、加热器和补偿增压风机，以及补偿阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括加热器、补偿增压风机和补偿阀门。
所述助燃气体分流单元包括分流管道和分流阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括分流阀门。
进一步地，所述多个传感器组中，每个传感器组均包括压力传感器和/或温度传感器。
进一步地，每个传感器组均还包括二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和粉尘传感器中一种或者其中至少两者的组合。
进一步地，所述趋零排放系统还包括燃烧设备的排烟处理单元，用于对燃烧设备产生的烟气进行净化处理；所述燃烧设备的排烟处理单元包括空气预热器、低温省煤器、除尘装置和脱硫装置，所述空气预热器接入燃烧设备产生的高温烟气作为热源，为助燃气体加热；所述空气预热器的换热后排出的高温烟气出口后依次连接所述低温省煤器、除尘装置和脱硫装置。在实际运行中，针对电解铝烟气中带来的污染物的提高，适当调整脱硫装置的液气比的控制参数，提高脱硫效率，实现锅炉等燃烧设备中烟气二氧化硫稳定达标排放。
进一步地，所述趋零排放系统还包括净化电解铝烟气直排烟道和直排控制阀门，所述净化电解铝烟气直排烟道与所述电解铝烟气脱氟除尘单元的净化烟气排放口连接，所述直排控制阀门设置在所述净化电解铝烟气直排烟道上，控制净化后的电解铝烟气可直接排放至大气中；
当所述趋零排放系统包括控制单元时，所述直排控制阀门的控制端与所述处理器的输出端连接，控制直排阀门的开启或者关闭。
具体地，所述燃烧设备可以为燃煤设备，如燃煤锅炉。
本发明的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统具有如下有益效果：
1、利用本发明可实现电解铝厂烟气量的减量和污染物的零排放量，取得污染物总量减排的良好效果。本发明的趋零排放系统中，增加了趋零排放烟道将经现有电解铝烟气脱氟除尘单元净化后的净化电解铝烟气直接引入燃烧设备中，同时为了实现电解铝烟气的减量排放，增加了烟气循环单元，将部分净化电解铝烟气循环引入电解槽内代替部分空气，且该部分净化烟气在电解铝烟气脱氟除尘单元和烟气循环单元内循环起来，不流入后续的燃烧设备中，不会排放至大气中。而且剩余的净化电解铝烟气送入燃烧设备中后并由燃烧设备的排烟处理单元处理后，达到其中污染物的零排放。
2、利用净化电解铝烟气作为燃烧设备的助燃气体，烟气温度本身高出现有的助燃空气温度，因此，燃烧设备的出烟温度也高。故在燃烧设备的排烟处理单元中增加了低温省煤器，回收热量，达到节煤的作用。同时，所利用电解铝厂烟气中污染物浓度较低，对燃烧设备原有的烟气净化设备冲击小，无需对其改造，只需调整运行参数，即可实现对原有达标排放效果无影响，大大降低电解铝烟气及污染物深度控制的设备投资和运行费用。
3、增加的助燃气体补偿单元和助燃气体分流单元，有效地调节送入燃烧设备的净化电解铝烟气与其实际所需的助燃气体量相匹配，保证燃烧设备的燃烧效率。同时能保证在燃烧设备停运的情况下，保证本发明的趋零排放系统的正常运行。
4、本发明的趋零排放系统还优选设计了控制系统，通过传感器(如，压力传感器、温度传感器等)采集相应单元的管路中的烟气参数(如，烟气流量、压力和温度等)，自动化且更精确地监控并合理分配并实现远程控制净化电解铝烟气的趋零排放。
5、本发明尤其适用于自备电厂的电解铝企业中；或者周边具有锅炉等类似燃烧设备的企业(电厂)的电解铝企业中。在烟气排放系统的建造过程中，按照本发明的系统的结构进行建造即可。或者在现有电解铝厂的烟气脱氟除尘单元的净化系统的基础上，进行改造即可。且无需改造自备电厂锅炉系统即可满足工艺条件，使用电解铝厂烟气替代自备电厂锅炉助燃空气，有效利用电解铝烟气的烟温和CO热值，达到节约成本的效果。
6、由于净化电解铝烟气是经干法除氟处理后的，湿度低，腐蚀性低，因此，对烟道的防腐性要求低，大大降低了烟道防腐的投资。
7、长期运行，对电解铝企业周围环境具有改善作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统的结构连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
根据图1所示，说明本发明的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统。所述趋零排放系统包括电解铝烟气脱氟除尘单元10和燃烧设备50。
所述电解铝烟气脱氟除尘单元10采用现有电解铝烟气的治理工艺中常规采用的即可，一般包括电解槽总排烟管道11、脱氟设备12、除尘设备13和排空管道14，电解槽总排烟管道11的一端口连接电解铝车间的总排烟口，另一端口与所述脱氟设备12(如，氧化铝干法脱氟设备、文丘里反应器)的烟气进口连接；所述脱氟设备12(如，氧化铝干法脱氟设备、文丘里反应器)的烟气进口排烟口与所述除尘设备13的进烟口连接，所述除尘设备13的排烟口与所述排空管道14的进烟口连接，净化电解铝烟气经由该排空管道14排出即可。现有的现有电解铝烟气的治理工艺中还设置烟囱16，所述排空管道14的出烟口与所述烟囱16连接，经净化电解铝烟气排放至大气中。电解槽15的集烟罩在总风机17的作用将电解铝烟气收集后进入电解槽总排烟管道11内(总风机17设置在电解槽总排烟管道11上)，所述排烟管道11与所述脱氟设备12的进烟口连接，从而将电解铝烟气引入电解铝净化设备内。电解铝烟气经过脱氟设备12和除尘设备13净化后，净化后烟气进入排空管道14。所述燃烧设备50可以为燃煤设备，如燃煤锅炉。本发明的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统尤其适用于自备电厂的电解铝企业中；或者周边具有锅炉等类似燃煤设备的企业(电厂)的电解铝企业中。
现有电解铝烟气脱氟除尘单元，是将其净化后的净化电解铝烟气直接排放，不再做任何处理。虽然排放的净化电解铝烟气的污染物排放浓度可得到有效控制，可以达到国家排放标准，但是由于电解铝烟气的总烟量特别大，导致低浓度氟污染物的累积对周围人群和环境带来危害。针对上述情况，本发明实施例1在烟气量和污染物趋零排放的发明构思下，得到的技术方案为，在现有的电解铝烟气脱氟除尘单元10和燃烧设备50的基础上，增加设计了趋零排放烟道20和烟气循环单元30，所述趋零排放烟道20的烟气进口与所述电解铝烟气脱氟除尘单元10的净化烟气排放口141(如上述排空管道14的出烟口)连接，烟气出口与所述燃烧设备50的助燃气体进口连接；在所述趋零排放烟道20上开设循环口21；所述烟气循环单元30的进烟口与所述趋零排放烟道20的循环口21连接，出烟口接入电解铝的电解槽15内，将部分净化电解铝烟气循环至电解槽15内代替部分空气，剩余的净化电解铝烟气送入燃烧设备50作为助燃气体。首先通过烟气循环单元30将部分电解铝烟气在该烟气循环单元30和电解铝烟气脱氟除尘单元10内循环起来，不排放至大气中，达到产生的电解铝实际烟气量降低的目的。然后中将减量后的净化电解铝烟气送入燃烧设备中作为助燃气体，实现了电解铝烟气量完全不直接排放至大气中，达到烟气量趋零排放的目的。同时，减量后的净化电解铝烟气中其他污染物在燃烧设备的排烟处理单元中得到深入有效地去除，达到电解铝烟气中污染物的趋零排放。
在电解铝生产过程中，电解槽上方的集烟罩在总风机17的作用下，利用产生的负压将电解铝烟气吸入总排烟管道11内，集烟罩吸入的烟气量是稳定的。在本发明增加了烟气循环单元30将部分净化烟气引入电解槽内后，由于吸入烟气量的稳定的，必然带来吸入的空气量的相应减少，实现净化烟气量替换部分空气，达到电解铝烟气排放总量减量的目的。
具体地，所述烟气循环单元包括循环管道31、烟气温度调节装置33和循环增压风机32，所述烟气温度调节装置33设置在所述循环管道31上，对流经循环管道31的循环净化烟气的温度进行调节。所述循环管道31的进烟口与所述趋零排放烟道20的循环口连接，并在靠近该进烟口的管道上设置循环增压风机32，为循环烟气顺利进入电解槽15提供足够压力，并辅助调节流量；出烟口接入电解铝的电解槽内。为了更精确地控制循环烟气的流量，在靠近循环管道31的进烟口的管道段上设置循环阀门38，控制循环烟气的流量。
在本发明中，由于趋零排放烟道20内的净化电解铝烟气的温度较高(如，80-120℃)，因此，需要增加烟气温度调节装置33将流经循环管道31的循环烟气的温度进行降低调节，调节至合适的温度，如，40-90℃。所述烟气温度调节装置33具体可以采用换热器或者其它的能实现对烟气温度进行调节目的的设备。所述换热器的换热介质可以采用水或者空气，进行水冷或者风冷方式换热。
本发明中，电解铝的排烟温度一般为80-120℃左右，考虑到利用有一定温度的烟气作为助燃气具有节能效果，因此，整个烟气输送管路均采用保温措施。所述趋零排放烟道20为经过保温处理和防腐的输送管路，尽量降低电解铝烟气在输送过程中温度的降低。
在实际电解铝生产过程中，由于集烟罩吸入的烟气量是稳定的，而净化电解铝烟气的替代比率是不能无限提高的，最好要控制在一定的范围内，比如，循环烟气量是实际生产所需空气的体积的10％。因此，在循环烟气达到最大替代比率时，送入燃烧设备的净化电解铝烟气量是由电解槽的总排烟量决定的。在现有燃烧设备中，其所需的助燃气体量是有要求的，过多或者过少，均会影响燃烧设备的燃烧情况，造成燃烧效率下降等。因此，针对上述问题，本发明实施例1中增加设置了助燃气体补偿单元40和助燃气体分流单元70，在所述趋零排放烟道20的循环口与烟气出口之间开设助燃气补偿口22和助燃气分流口27；所述助燃气体补偿单元40的出气口与所述趋零排放烟道20的助燃气补偿口22连接，进气口引入空气；所述助燃气体分流单元70的烟气进口与所述趋零排放烟道20的助燃气分流口27连接，烟气出口与所述燃烧设备50的排烟处理单元60的管道连通。
当送入燃烧设备50作为助燃气体的剩余的净化电解铝烟气量大于燃烧设备50的实际助燃气体用量时，利用助燃气体分流单元70将多余的净化电解铝烟气引入燃烧设备50的排烟处理单元60中分流排出；反之，小于时，利用助燃气体补偿单元40向将差量的空气引入趋零排放烟道20内进行补偿；实现送入燃烧设备50的净化电解铝烟气量与实际助燃气体用量相匹配，保证燃烧设备的燃烧效果。
另外，在当燃烧设备停运时，可以将电解铝烟气直接经由助燃气体分流单元，引入燃烧设备的排烟处理单元中处理后排出。
具体地，所述助燃气体补偿单元40包括空气补偿管道41、加热器43和补偿增压风机42，所述空气补偿管道41出气口与所述趋零排放烟道20的助燃气补偿口22连接，进气口段的空气补偿管道41上设置补偿增压风机42，将空气引入趋零排放烟道20内进行补充补偿即可。由于相比电解铝烟气，由空气补偿单元40引入的空气温度较低且含有一定水蒸汽，如果与趋零排放烟道20内的电解铝烟气直接混合，可能会出现水蒸汽的冷凝，从而造成氢氟酸的腐蚀。因此，本发明实施例1的空气补偿单元40的空气补偿管道41上设置了加热器43，在空气与烟气混合前对空气进行预加热，由常温加热至与烟气相同温度(如，40-90℃)，从而减少或避免烟气与空气混合后造成燃烧设备50配备的空气预热器的腐蚀和其他问题。进一步为了能够更精确地控制补偿空气的流量，在空气补偿管道41上增设了补偿阀门46，用于控制补充空气的流量。
具体地，所述助燃气体分流单元70包括分流管道71和分流阀门72，所述分流管道71的烟气进口与所述趋零排放烟道20的助燃气分流口27连接，烟气出口与所述燃烧设备50的排烟处理单元60的排烟管道连通；所述分流阀门72设置在所述分流管道71上，用于控制分流流量。
在实际中，所述趋零排放管道的长度比较长，例如，300m-2000m。因此，为了保证电解铝烟气在输送过程中的流动，在所述趋零排放烟道20的不同段位上还增设了多个增压风机。如，在靠近循环口21的烟气下行侧的趋零排放烟道段位上的增压风机25，靠近燃烧设备50的助燃气体进口的趋零排放烟道段位上增压风机26。同时，还在趋零排放烟道20的不同段位上增加设置了控制阀门，方便对净化烟气的流向及流量进行控制，如，在靠近循环口21的烟气下行侧的趋零排放烟道段位上的控制阀门28。
实施例2
在上述本发明实施例1的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统中，由于需要对各单元中的电解铝烟气的流量以及温度进行监控从而对各单元中的流量和/或温度参数进行调控，因此，本发明中增设了控制单元，实现上述监控和调控的自动化，以及保证整个电解铝烟气量与污染物趋零排放系统中烟气的合理分配，保证系统正常运行。
如图1所示，所述控制单元包括处理器(图未示)和多个传感器组，所述多个传感器组的每个传感器组作为一个单元进行设置。具体地，每个传感器组中可以包括压力传感器和/或温度传感器，对烟气的压力、流量和温度参数进行采集，依据实际所需采集的烟气参数选择择一设置或者同时设置，本发明中优选同时设置，全面监控烟气参数。当然，还可以增加其他类型的传感器，从而实现对烟气的相应参数的采集监控，如二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和粉尘传感器中一种或者其中至少两者的组合。本实施例2中，所述控制单元优选采用DCS控制系统(分布式控制系统)对循环减量排放系统进行控制。压力传感器具体可以采用膜片式压力传感器或者其他能用于烟气流量和压力测量的传感器，温度传感器可以采用PT100温度传感器。但不限于上述列举的具体型号，其他能实现一样的功能的传感器或者控制系统均可用于本发明中。
所述多个传感器组中的每个传感器的输出端均与所述处理器的输入端连接。以每个传感器组为单元将多个传感器组的采集端分别设置在电解槽15的总排烟管道11上，所述烟气循环单元30的进烟管道和出烟管道上，所述助燃气体补偿单元40的出气口端的管道上，以及在所述趋零排放烟道20的循环口的烟气下行方向侧的趋零排放烟道上。每组传感器组中包括压力传感器和/或温度传感器，依据所要采集的烟气参数类型进行选择设置即可，优选同时设置。如图1中所示，设置在电解槽15的总排烟管道11上的压力传感器111和温度传感器112。设置在所述烟气循环单元30的进烟管道(即循环管道31与循环口22连接的端口段)上设置的压力传感器34和温度传感器35，设置在所述烟气循环单元30的出烟管道(即循环管道31与电解槽15连接的端口段)的压力传感器36和温度传感器37。在所述趋零排放烟道20的循环口21的烟气下行方向侧的趋零排放烟道上(且在所述助燃气补偿口22和助燃气分流口27之前)的压力传感器23和温度传感器24。当然，依据实际需要，每个传感器组还可以包括二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和粉尘传感器等。
所述趋零排放系统中的烟气参数的控制设备的控制端与所述处理器的输出端连接。所述烟气参数的控制设备是指能对管道内的烟气的流量和温度起到调控作用的设备，如烟气循环单元30中的烟气温度调节装置33、循环增压风机32和循环阀门38；助燃气体补偿单元40中的加热器43、补偿增压风机42和补偿阀门46；助燃气体分流单元70中的分流阀门72。
所述多个传感器组分别采集趋零排放系统中的各管道内的多组烟气参数，并将该多组烟气参数输送至处理器内；所述处理器依据该烟气参数将其显示，或者依据该多组烟气数据对烟气参数的控制设备进行调控，实现烟气循环单元中的循环烟气的流量与电解槽内的所需冷却烟气量相匹配，并保证进入电解槽内的循环烟气的温度降低至所需冷却温度值；同时实现送入燃烧设备内的净化电解铝烟气量与其实际助燃气体用量相匹配。
其中，所述烟气参数包括烟气流量参数、烟气温度参数和烟气压力参数。
本发明的实施例2中，通过上述多组压力传感器和温度传感器的设置，实现对趋零排放系统中各段管道中的烟气参数进行采集，通过采集的数据对电解铝烟气趋零排放系统中各段管道中的烟气参数进行调控操作。下面按照图1中所示的趋零排放系统，具体说明调控操作过程，如下：
1、净化电解铝烟气的循环减量排放控制：所述电解槽15的总排烟管道11上的总排烟的压力传感器111采集总排烟的烟气流量，处理器接收该总排烟的烟气流量后，分析得到理论循环烟气流量；然后处理器依据该理论循环烟气流量，控制调节烟气循环单元30中的循环阀门38和循环增压风机23开启，并控制进入烟气循环单元30中的循环烟气流量与理论循环烟气流量匹配。
所述烟气循环单元30的进烟管道(即循环管道31与循环口21连接的端口段)上的温度传感器35采集流入循环单元30中的循环烟气的进烟温度，所述处理器接收该进烟温度，并依据该进烟温度确定烟气温度调节装置33的降温操作参数，并启动烟气温度调节装置33对循环烟气进行降温处理。同时，所述烟气循环单元30的出烟管道(即循环管道31与电解槽连接的端口段)上的循环出烟的温度传感器37采集经烟气温度调节装置33降温处理后的循环出烟的温度，所述处理器接收该循环出烟的温度，并将其与预存的电解槽进烟温度范围(40-60℃)进行比较；若循环出烟的温度大于最大电解槽进烟温度，处理器控制烟气温度调节装置33调节降温操作参数增加降温调节强度，直至循环出烟的温度降至电解槽进烟温度范围内；若循环出烟的温度小于最小电解槽进烟温度，处理器控制烟气温度调节装置33调节降温操作参数减小降温调节强度，直至循环出烟的温度升至电解槽进烟温度范围内。
2、补充或者分流净化电解铝烟气的控制：所述处理器依据接收的总排烟的烟气流量，和分析得到的理论循环烟气流量，分析得到即将送入燃烧设备50内的净化电解铝烟气的送入量；所述处理器将该净化电解铝烟气的送入量与设定的燃烧设备50的助燃气体用量进行比较；若净化电解铝烟气的送入量大于助燃气体用量时，处理器控制助燃气体分流单元70的分流阀门71开启，并控制分流差值的净化电解铝烟气，直接进入燃烧设备的排烟处理单元60中处理后排出。若净化电解铝烟气的送入量小于助燃气体用量时，处理器控制助燃气体补偿单元40的补偿增压风机42、加热器43和补偿阀门46开启，控制引入差值的空气量。
当开启助燃气体补偿单元40时，处理器同时将接收的趋零排放管道20上的温度传感器24和补偿管道41温度传感器45的温度数据进行比对，若，趋零排放管道20内烟气的温度(大约40-90℃)高于补偿管道41内的空气的温度时，处理器控制加热器43调节提高加热强度，提高补偿空气的温度至与旁路烟气的温度一样。反之，控制加热器43调节降低加热强度，将补偿空气的温度降低至与旁路烟气的温度一样。
另外，在当燃烧设备50停运时，将剩余的净化电解铝烟气直接经由助燃气体分流单元70，引入燃烧设备50的排烟处理单元60中处理后排出。
实施例3
在上述实施例1和实施例2的基础上，本发明的趋零排放系统还包括燃烧设备50的排烟处理单元60，所述燃烧设备的排烟处理单元60包括空气预热器65、低温省煤器61、除尘装置62和脱硫装置63，所述空气预热器65接入燃烧设备50产生的高温烟气作为热源，为助燃气体加热；所述空气预热器65的燃烧后烟气的出口后依次连接所述低温省煤器61、除尘装置62和脱硫装置(脱硫塔)63。如图1中所示，在燃烧设备50的排烟管道51上顺次设置空气预热器65、低温省煤器61、除尘装置62和脱硫装置63，排烟管道51的排烟口上还连接烟囱64，燃烧后烟气经由烟囱64排出。同时，在排烟管道51上还设置风机53，提高烟气的流速。本发明中，将具有一定温度的烟气替代常温空气作为燃烧设备的混合助燃气体进入空气预热器，由于烟气温度比常温空气高40-60℃左右，因此，空气预热器的出口烟气温度也会相应的提高40-60℃，会影响后续除尘、脱硫的运行工况，同时考虑到该部分烟温可以回收起到节能效果，本发明在空气预热器烟气出口与除尘设备之间的管路中增设一低温省煤器设备，用于将空气预热器出口烟温热能回收，提高汽机效率。下面举例说明节煤效果。
某铝材项目200MW自备电厂锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，锅炉的最大连续蒸发量为693.2t/h，额定蒸发量为660.2t/h。
采用趋零排放系统处理电解铝烟气量为600000Nm3/h，氧含量20.5％，平均烟气温度为60℃，一氧化碳含量为860ppm。用于200MW机组锅炉当代替20℃空气作为助燃空气时，燃烧电解铝烟气比燃烧空气节约的能量折算成标煤1.155t/h,折算每度电节煤5.775g/kwh。
同时，本发明将含有污染物的电解铝烟气替代常温空气，会造成自备电厂锅炉烟气污染物浓度的提高(由于电解铝烟气中含有的氟化物低于3mg/Nm3，尘低于30mg/Nm3、二氧化硫低于200mg/Nm3，而电厂锅炉出口原烟气的氟化物和尘、二氧化硫一般在10-30mg/Nm3、10-30g/Nm3和1000-4000mg/Nm3范围内，因此，电解铝烟气中带来的氟化物和二氧化硫仅占不到10％，略增加电厂锅炉污染控制设施除尘装置62(除尘器)和脱硫装置63(脱硫塔)负担，但在控制设备控制余量之内。本发明通过调节调节燃烧设备(锅炉)的排烟处理单元60中的脱硫塔63的运行参数，例如，提高液气比来提高脱硫效率，实现锅炉烟气二氧化硫稳定达标排放。举例说明如下：
某铝材项目200MW自备电厂锅炉以最大连续负荷(即BMCR工况)为设计参数，锅炉的最大连续蒸发量为693.2t/h，额定蒸发量为660.2t/h。脱硫工艺采用湿式石灰石—石膏法，脱硫装置采用一炉一塔的方案，每套脱硫装置的烟气处理能力为相应锅炉BMCR工况时的100％烟气量，脱硫效率≥98.8％，且脱硫后烟气SO2浓度≤32mg/Nm3；除尘采用布袋除尘器：2台，设计效率：≥99.9％，入口粉尘浓度：1500g/Nm3，出口粉尘平均浓度：≤30g/Nm3。
所产电解铝烟气温度85-100℃，颗粒物含量8-16mg/m3，SO2浓度128-196mg/Nm3，氟化物浓度1.5-2.6mg/Nm3，含水量0.6-1.2％，含氧量20.62％。
电解铝烟气采用趋零排放系统输送至自备电厂锅炉，代替助燃空气燃烧。经趋零排放系统处理后的烟气SO2平均浓度32mg/Nm3，出口粉尘平均浓度26g/Nm3，氟化物平均浓度0.3mg/Nm3。
实施例4
本发明的趋零排放系统是将净化电解铝烟气经由趋零排放烟道输送至烟气循环单元和燃烧设备中，针对特殊情况下，需要将净化电解铝烟气直接排放时，本发明优选还增设了净化电解铝烟气直排烟道80和直排控制阀门81，所述净化电解铝烟气直排烟道80与所述电解铝烟气脱氟除尘单元10的净化烟气排放口连接，所述直排控制阀门81设置在所述净化电解铝烟气直排烟道80上，控制净化后的电解铝烟气可直接排放至大气中。还可以增加烟囱82。当所述趋零排放系统包括控制单元时，所述直排控制阀门81的控制端与所述处理器的输出端连接，控制直排控制阀门81的开启或者关闭。
本发明中，所涉及的阀门均优选采用电动阀门，便于控制单元的控制连接。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，包括电解铝烟气脱氟除尘单元和燃烧设备，其特征在于：还包括趋零排放烟道和烟气循环单元，所述趋零排放烟道的烟气进口与所述电解铝烟气脱氟除尘单元的净化烟气排放口连接，烟气出口与所述燃烧设备的助燃气体进口连接；在所述趋零排放烟道上开设循环口；所述烟气循环单元的进烟口与所述趋零排放烟道的循环口连接，出烟口接入电解铝的电解槽内，将部分净化电解铝烟气循环至电解槽内代替部分空气，剩余的净化电解铝烟气送入燃烧设备作为助燃气体。
2.根据权利要求1所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述烟气循环单元包括循环管道、烟气温度调节装置和循环增压风机，所述烟气温度调节装置设置在所述循环管道上，对流经循环管道的循环净化烟气的温度进行调节；所述循环管道的进烟口与所述趋零排放烟道的循环口连接，出烟口接入电解铝的电解槽内；所述循环增压风机设置在所述循环管道上，控制分流的净化烟气的流量及压力；
所述烟气循环单元还包括循环阀门，所述循环阀门设置在所述循环管道上，控制循环烟气的流量。
3.根据权利要求1或者2所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述趋零排放系统，还包括助燃气体补偿单元和助燃气体分流单元，在所述趋零排放烟道的循环口与烟气出口之间开设助燃气补偿口和助燃气分流口；所述助燃气体补偿单元的出气口与所述趋零排放烟道的助燃气补偿口连接，进气口引入空气；所述助燃气体分流单元的烟气进口与所述趋零排放烟道的助燃气分流口连接，烟气出口与所述燃烧设备的排烟处理单元的管道连通；
当送入燃烧设备作为助燃气体的剩余的净化电解铝烟气量大于燃烧设备的实际助燃气体用量时，利用助燃气体分流单元将多余的净化电解铝烟气引入燃烧设备的排烟处理单元中处理后分流排出；反之，小于时，利用助燃气体补偿单元向将差量的空气引入趋零排放烟道内进行补偿；实现送入燃烧设备的净化电解铝烟气量与实际助燃气体用量相匹配；
另外，当燃烧设备停运时，剩余的净化电解铝烟气直接经由助燃气体分流单元，引入燃烧设备的排烟处理单元中处理后排出。
4.根据权利要求3所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述助燃气体补偿单元包括空气补偿管道、加热器和补偿增压风机，所述空气补偿管道出气口与所述趋零排放烟道的助燃气补偿口连接，进气口引入空气；所述加热器设置在所述空气补偿管道上，对空气进行加热；所述补偿增压风机设置在所述空气补偿管道上，控制补偿空气的压力和流量；
所述助燃气体补偿单元还包括补偿阀门，所述补偿阀门设置在所述空气补偿管道上，控制补偿空气流量；
所述助燃气体分流单元包括分流管道和分流阀门，所述分流管道的烟气进口与所述趋零排放烟道的助燃气分流口连接，烟气出口与所述燃烧设备的排烟处理单元的管道连通；所述分流阀门设置在所述分流管道上，用于控制分流流量。
5.根据权利要求3所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：还包括多个增压风机，所述多个增压风机设置在所述趋零排放烟道的不同段位上，调节净化电解铝烟气的压力。
6.根据权利要求3所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元包括处理器和多个传感器组，所述多个传感器组中的每个传感器的输出端均与所述处理器的输入端连接；
所述多个传感器组的采集端分别设置在电解槽的总排烟管道上，所述烟气循环单元的进烟管道和出烟管道上，所述助燃气体补偿单元的出气口端的管道上，以及在所述趋零排放烟道的循环口的烟气下行方向侧的趋零排放烟道上；
所述趋零排放系统中的烟气参数的控制设备的控制端与所述处理器的输出端连接；
所述多个传感器组分别采集趋零排放系统中的各管道内的多组烟气参数，并将该多组烟气参数输送至处理器内；所述处理器依据该多组烟气参数将其显示，或者依据该多组烟气数据对烟气参数的控制设备进行调控，实现烟气循环单元中的循环烟气的流量与电解槽内的所需冷却烟气量相匹配，并保证进入电解槽内的循环烟气的温度降低至所需冷却温度值；同时实现送入燃烧设备内的净化电解铝烟气量与其实际助燃气体用量相匹配；
其中，所述烟气参数包括烟气流量参数、烟气温度参数和烟气压力参数。
7.根据权利要求6所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述烟气循环单元包括循环管道、烟气温度调节装置和分流增压风机，以及分流阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括烟气温度调节装置、分流增压风机和分流阀门；
所述助燃气体补偿单元包括空气补偿管道、加热器和补偿增压风机，以及补偿阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括加热器、补偿增压风机和补偿阀门；
所述助燃气体分流单元包括分流管道和分流阀门时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括分流阀门。
所述趋零排放烟道的不同段位上还设置多个增压风机时，所述烟气循环单元的烟气参数的控制设备包括该多个增压风机。
8.根据权利要求6所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述多个传感器组中，每个传感器组均包括压力传感器和/或温度传感器；或者，每个传感器组均还包括二氧化硫传感器、一氧化碳传感器和粉尘传感器中一种或者其中至少两者的组合。
9.根据权利要求1或者2、或4至8中任一项所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述趋零排放系统还包括燃烧设备的排烟处理单元，用于对燃烧设备产生的烟气进行净化处理；所述燃烧设备的排烟处理单元包括空气预热器、低温省煤器、除尘装置和脱硫装置，所述空气预热器接入燃烧设备产生的高温烟气作为热源，为助燃气体加热；所述空气预热器的换热后排出的高温烟气出口后依次连接所述低温省煤器、除尘装置和脱硫装置。
10.根据权利要求1或者2、或者4至8中任一项所述的电解铝烟气量与污染物趋零排放系统，其特征在于：所述趋零排放系统还包括净化电解铝烟气直排烟道和直排控制阀门，所述净化电解铝烟气直排烟道与所述电解铝烟气脱氟除尘单元的净化烟气排放口连接，所述直排控制阀门设置在所述净化电解铝烟气直排烟道上，控制净化后的电解铝烟气可直接排放至大气中；
当所述趋零排放系统包括控制单元时，所述直排控制阀门的控制端与所述处理器的输出端连接，控制直排阀门的开启或者关闭。
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