CN110295376B - 一种电解铝烟气净化系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电解铝烟气净化系统及工艺，系统包括新鲜氧化铝储存单元、氧化铝电解单元、流化反应单元、一级除尘分离单元、二级除尘分离单元、物料分配单元、载氟氧化铝储存单元和排烟单元；所述工艺则采用该系统进行电解铝烟气的净化。本发明避免了氧化铝长距离的溜槽输送，使绝大多数的新鲜氧化铝直接进入电解槽，减少了杂质带入的可能，提高铝锭品质；通过氧化铝在系统内部循环，可以使系统内维持较高的氧化铝浓度，提高了HF的脱除效率；系统内载氟氧化铝的比例可得到有效提高，用于烟气净化的氧化铝将低于原来的十分之一；进入二级除尘分离单元的氧化铝浓度大幅度降低，降低了除尘分离单元的振打频率和压缩空气用量，延长布袋使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电解铝的技术领域，更具体地讲，涉及一种电解铝烟气净化系统及工艺。
背景技术
氧化铝电解过程中产生的污染物主要为含有固态和气态氟化物的电解烟气，利用氧化铝对气态氟化物良好的吸附性能将电解烟气中的氟化物吸附在氧化铝上，能够保证电解烟气达标排放并通过循环利用电解烟气中的氟化物降低生产成本。
传统的氧化铝烟气净化系统将全部新鲜的氧化铝经底部布置沸腾板的溜槽输送至烟气净化烟道进行氟化氢吸附，然后进入除尘器进行气固分离，被分离的氧化铝和载氟氧化铝一部分经再循环管道流至烟气净化烟道进行二次吸附，另一部分则经溜槽、空提罗茨风机提升至载氟仓。
因氟化铝的流动性较差，为了保证溜槽内氧化铝的流动性，系统内通过大量的氧化铝参与循环，载氟氧化铝比例仅为1％，如此过量的氧化铝参与烟气净化系统的循环，不可避免地遭到一定程度的杂质污染，影响最终电解铝产品铝锭的质量，同时如此大量的氧化铝在系统中循环也增加了运行成本。另外氧化铝经烟气净化烟道吸附氟化氢后直接进入除尘器，因此除尘器内部固体颗粒浓度较高，除尘器反吹振打频率也较高，能耗高同时也影响布袋使用寿命。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种能够避免氧化铝长距离输送、减少杂质带入可能性并提高氟化氢脱除效率的电解铝烟气净化系统及工艺。
本发明的一方面提供了一种电解铝烟气净化系统，所述系统包括新鲜氧化铝储存单元、氧化铝电解单元、流化反应单元、一级除尘分离单元、二级除尘分离单元、物料分配单元、载氟氧化铝储存单元和排烟单元，
所述新鲜氧化铝储存单元通过第一给料组件与氧化铝电解单元的进料口相连并通过第二给料组件与流化反应单元的第二进料口相连，氧化铝电解单元的出烟口与流化反应单元的第一进料口相连；
流化反应单元的出料口与一级除尘分离单元的进料口相连，一级除尘分离单元的出料口与物料分配单元相连且出烟口与二级除尘分离单元的进料口相连；
物料分配单元通过返料组件与流化反应单元的第三进料口相连并通过排料组件与载氟氧化铝储存单元相连，二级除尘分离单元的出料口与载氟氧化铝储存单元相连且出烟口与排烟单元相连。
根据本发明电解铝烟气净化系统的一个实施例，所述第一给料组件包括第一给料管和设置在第一给料管上的第一定量给料机，所述第二给料组件包括第二给料管和设置在第二给料管上的第二定量给料机。
根据本发明电解铝烟气净化系统的一个实施例，所述流化反应单元的第二进料口和第三进料口设置在第一进料口的下游。
根据本发明电解铝烟气净化系统的一个实施例，所述返料组件包括返料管和设置在返料管上的第一调节阀，所述排料组件包括排料管和设置在排料管上的第二调节阀。
根据本发明电解铝烟气净化系统的一个实施例，所述一级除尘分离单元包括气固分离器和第一立管，所述二级除尘分离单元包括除尘器和第二立管，所述物料分配单元包括物料分配器和流化风管，所述排烟单元包括引风机和烟囱。
根据本发明电解铝烟气净化系统的一个实施例，在流化反应单元的进料口和出料口、一级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口以及二级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口均设置有压力监测模块，在流化反应单元的进料口还设置有烟气流量监测模块，在二级除尘分离单元的出烟口还设置有污染物排放监测模块。
本发明的另一方面提供了一种电解铝烟气净化工艺，采用上述电解铝烟气净化系统进行电解铝烟气净化。
根据本发明电解铝烟气净化工艺的一个实施例，控制新鲜氧化铝储存单元中90wt％以上的新鲜氧化铝通过第一给料组件直接进入氧化铝电解单元，控制新鲜氧化铝储存单元中10wt％以下的新鲜氧化铝通过第二给料组件进入流化反应单元。
根据本发明电解铝烟气净化工艺的一个实施例，控制流化反应单元的截面气速为7.5m/s～18.0m/s，控制一级除尘分离单元的喉口气速为7.0m/s～13.0m/s，并控制流化反应单元和一级除尘分离单元内的阻力在1.0kpa以下。
根据本发明电解铝烟气净化工艺的一个实施例，控制流化反应单元中的氧化铝浓度为20g/m3～1000g/m3，控制进入二级除尘分离单元中烟气的氧化铝浓度为5g/m3～50g/m3，控制净化后烟气中的HF排放在2mg/m3以下且固体颗粒排放在10mg/m3以下。
与现有技术相比，本发明采用新型的电解铝烟气净化系统，避免了氧化铝长距离的溜槽输送，使绝大多数的新鲜氧化铝直接进入电解槽，减少了杂质带入的可能，提高铝锭品质；同时通过氧化铝在流化反应单元、一级除尘分离单元和二级除尘分离单元组成的系统内部循环，可以使系统内维持较高的氧化铝浓度，极大提高了HF的脱除效率，由于该系统避免了氧化铝长距离的溜槽输送，因此系统内载氟氧化铝的比例可提高至10％以上，用于烟气净化的氧化铝将低于原来的十分之一，降低运行成本；经过一级除尘分离后，进入二级除尘分离单元的氧化铝浓度大幅度降低，仅为原来的5.0％左右，降低了除尘分离单元的振打频率和压缩空气用量，延长布袋使用寿命。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的电解铝烟气净化系统的结构示意图。
附图标记说明：
1-新鲜氧化铝储存单元、2-流化反应单元、3-气固分离器、4-第一立管、5-物料分配单元、6-除尘器、7-载氟氧化铝储存单元、8-引风机、9-第二立管、10-氧化铝电解单元、11-流化风管、12-烟囱、13-烟气流量监测模块、14-压力监测模块、15-污染物排放监测模块、16-第一定量给料机、17-第一给料管、18-第二定量给料机、19-第二给料管、20-第一调节阀、21-返料管、22-排料管、23-第二调节阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先结合附图对本发明的电解铝烟气净化系统进行具体说明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的电解铝烟气净化系统的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述电解铝烟气净化系统包括新鲜氧化铝储存单元1、氧化铝电解单元10、流化反应单元2、一级除尘分离单元、二级除尘分离单元、物料分配单元、载氟氧化铝储存单元7和排烟单元。
其中，新鲜氧化铝储存单元1用于储存新鲜氧化铝，氧化铝电解单元10用于进行氧化铝的电解并且可以采用诸如电解槽等常规设备，流化反应单元2主要进行电解铝烟气与新鲜氧化铝的混合流化反应以有效吸附烟气中的氟化氢，一级除尘分离单元实现烟气的一级除尘分离，二级除尘分离单元实现烟气的二级除尘分离以有效降低烟气中的氧化铝浓度，物料分配单元对一级除尘分离后的固态物料进行重新分配以实现流化反应单元2中氧化铝浓度的调整，载氟氧化铝储存单元7用于储存吸附氟化氢的氧化铝，排烟单元用于排出净化后的电解铝烟气。
具体地，新鲜氧化铝储存单元1通过第一给料组件与氧化铝电解单元10的进料口相连并通过第二给料组件与流化反应单元2的第二进料口相连，氧化铝电解单元10的出烟口与流化反应单元2的第一进料口相连。来自新鲜氧化铝储存单元1的新鲜氧化铝分两路，一路进入氧化铝电解单元10进行电解制铝，另一路则进入流化反应单元2中进行烟气吸附。
优选地，本发明的第一给料组件包括第一给料管17和设置在第一给料管17上的第一定量给料机16，第二给料组件包括第二给料管19和设置在第二给料管19上的第二定量给料机18，由此可以通过第一定量给料机16和第二定量给料机18实现对新鲜氧化铝的分配和调节。
流化反应单元2的出料口与一级除尘分离单元的进料口相连，一级除尘分离单元的出料口与物料分配单元相连且出烟口与二级除尘分离单元的进料口相连。
其中，一级除尘分离单元优选地包括气固分离器3和第一立管4，气固分离器3将来自流化反应单元2的氧化铝颗粒与烟气的混合物进行一级分离，气固分离器3下部锥段出口经第一立管4与物料分配单元相连，则一级分离后的烟气直接进入到二级除尘分离单元且物料进入到物料分配单元中。
物料分配单元通过返料组件与流化反应单元2的第三进料口相连并通过排料组件与载氟氧化铝储存单元7相连，二级除尘分离单元的出料口与载氟氧化铝储存单元7相连且出烟口与排烟单元相连。优选地，流化反应单元2的第二进料口和第三进料口设置在第一进料口的下游。
其中，物料分配单元包括物料分配器5和流化风管11，返料组件包括返料管21和设置在返料管21上的第一调节阀20，排料组件包括排料管22和设置在排料管22上的第二调节阀23。物料分配单元分两路，一路通过返料管21与流化反应单元2相连，返料管21上设置有第一调节阀20；另一路通过排料管22与载氟氧化铝储存单元7相连，排料管22上同样设置有第二调节阀23，以将载氟氧化铝排出净化系统外。通过第一调节阀和第二调节阀可以调整参与循环和排出至载氟氧化铝储存单元的氧化铝比例，从而达到调节流化反应单元中氧化铝浓度的目的。
二级除尘分离单元包括除尘器6和第二立管9，排烟单元包括引风机8和烟囱12。则除尘器6底部灰斗通过第二立管9与载氟氧化铝储存单元7相连，除尘器6的出烟口与引风机8相连，则来自一级除尘分离单元的烟气进入除尘器进行二级除尘，经气固分离器一级除尘后进入除尘器的烟气氧化铝浓度将大幅度降低，净化后的烟气经引风机8和烟囱12排向大气，引风机8可根据电解铝烟气量的大小自动调整出力，克服整个系统的阻力。
此外，本发明还可以在流化反应单元2的进料口和出料口、一级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口以及二级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口均设置有压力监测模块14，用于监测系统运行过程中各部件的阻力变化情况；在流化反应单元2的进料口还设置有烟气流量监测模块13，用于测量进如烟气净化系统的烟气量；在二级除尘分离单元的出烟口还设置有污染物排放监测模块15，用于排放监测及运行反馈调节。
本发明还提供了采用上述电解铝烟气净化系统进行电解铝烟气净化的工艺。
具体地，控制新鲜氧化铝储存单元2中90wt％以上的新鲜氧化铝通过第一给料组件直接进入氧化铝电解单元10，控制新鲜氧化铝储存单元中10wt％以下的新鲜氧化铝通过第二给料组件进入流化反应单元2。由于本发明的系统避免了氧化铝长距离的溜槽输送，因此系统内载氟氧化铝的比例可提高至10wt％以上，用于烟气净化的氧化铝将低于原来的十分之一，降低运行成本的同时可以提高电解铝锭的品质。
同时，控制流化反应单元2的截面气速为7.5m/s～18.0m/s，控制一级除尘分离单元中气固分离器的喉口气速为7.0m/s～13.0m/s，并控制流化反应单元2和一级除尘分离单元内的阻力在1.0kpa以下。控制流化反应单元2中的氧化铝浓度为20g/m3～1000g/m3，控制进入二级除尘分离单元中烟气的氧化铝浓度为5g/m3～50g/m3，控制净化后烟气中的HF排放在2mg/m3以下且固体颗粒排放在10mg/m3以下。
影响氧化铝吸附电解铝烟气中的氟化氢(HF)反应的两个主要因素为氧化铝浓度和停留混合时间，氧化铝电解单元的烟气经流化反应单元底部进入净化系统，用于烟气净化吸附的新鲜氧化铝由第一进料口加入，氧化铝和烟气在流化反应器单元中混合后开始吸附反应，流化反应单元为吸附脱除HF反应的主要部件，流化反应单元出口含未反应氧化铝和吸附HF的载氟氧化铝的烟气进入一级除尘分离单元的气固分离器，在气固分离器内部氧化铝与烟气充分混合进一步吸附脱除HF，因此气固分离器也是吸附脱除HF的主要部件，被分离的氧化铝和载氟氧化铝进入物料分配单元的物料分配器，净化后的烟气进入二级除尘分离单元的除尘器进一步除尘，使烟气中固体颗粒浓度满足排放标准。
氧化铝与烟气停留混合时间取决于两方面的因素，主要包括流化反应单元截面气速以及反应单元的高度，截面气速太低会影响氧化铝的携带，同时也会导致流化反应单元截面过大，而截面气速过高又会增大系统阻力，同时导致流化反应单元高度过高，通过试验得出流化反应单元截面气速选取范围优选为7.5m/s～18.0m/s。氧化铝吸附HF的理论反应时间为0.1s，实际吸附反应时间为1s，因此流化反应单元高度可根据截面气速及反应时间得出，如截面气速取10.0m/s，吸附反应时间按1s计算，则流化反应单元高度不能低于10m。
旋风分离阻力对整个净化系统的阻力影响较大，而气固分离器的喉口气速对其阻力影响最大，因此喉口气速的选取至关重要。通过试验得出一级除尘分离单元的气固分离器喉口气速范围优选为7.0m/s～13.0m/s，既能保证分离器大于90％的除尘效率，同时一级除尘分离单元内的阻力低于0.7kpa。
采用本发明的电解铝烟气净化系统及工艺可以实现流化反应单元内部氧化铝浓度20g/m3～1000g/m3的范围内调整改变，从而达到电解铝烟气氟化物高效脱除，对电解槽HF原始排放浓度波动适应性也具有很高的适应性，保证烟气HF排放达到2mg/m3以下，经过两级除尘能够保证固体颗粒排放达到10mg/m3以下。
下面结合具体实施例对本发明进行说明。
本实施例采用图1所示结构的电解铝烟气净化系统。其中，流化反应单元2的截面气速选取10.4m/s，流化反应单元2的高度选取12.0m，一级除尘分离单元中气固分离器的喉口气速选取9.6m/s，流化反应单元内部氧化铝浓度可根据电解槽烟气中氟化氢原始排放浓度的变化在20g/m3～1000g/m3的范围内调整，能够保证烟气HF排放达到2mg/m3以下，经过两级除尘能够保证固体颗粒排放达到10mg/m3以下。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种电解铝烟气净化系统，其特征在于，所述系统包括新鲜氧化铝储存单元、氧化铝电解单元、流化反应单元、一级除尘分离单元、二级除尘分离单元、物料分配单元、载氟氧化铝储存单元和排烟单元，
所述新鲜氧化铝储存单元通过第一给料组件与氧化铝电解单元的进料口相连并通过第二给料组件与流化反应单元的第二进料口相连，氧化铝电解单元的出烟口与流化反应单元的第一进料口相连；
流化反应单元的出料口与一级除尘分离单元的进料口相连，一级除尘分离单元的出料口与物料分配单元相连且出烟口与二级除尘分离单元的进料口相连；
物料分配单元通过返料组件与流化反应单元的第三进料口相连并通过排料组件与载氟氧化铝储存单元相连，二级除尘分离单元的出料口与载氟氧化铝储存单元相连且出烟口与排烟单元相连；
所述第一给料组件包括第一给料管和设置在第一给料管上的第一定量给料机，所述第二给料组件包括第二给料管和设置在第二给料管上的第二定量给料机；
所述流化反应单元的第二进料口和第三进料口设置在第一进料口的下游。
2.根据权利要求1所述的电解铝烟气净化系统，其特征在于，所述返料组件包括返料管和设置在返料管上的第一调节阀，所述排料组件包括排料管和设置在排料管上的第二调节阀。
3.根据权利要求1所述的电解铝烟气净化系统，其特征在于，所述一级除尘分离单元包括气固分离器和第一立管，所述二级除尘分离单元包括除尘器和第二立管，所述物料分配单元包括物料分配器和流化风管，所述排烟单元包括引风机和烟囱。
4.根据权利要求1所述的电解铝烟气净化系统，其特征在于，在流化反应单元的进料口和出料口、一级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口以及二级除尘分离单元的进料口、出料口和出烟口均设置有压力监测模块，在流化反应单元的进料口还设置有烟气流量监测模块，在二级除尘分离单元的出烟口还设置有污染物排放监测模块。
5.一种电解铝烟气净化工艺，其特征在于，采用权利要求1至4中任一项所述的电解铝烟气净化系统进行电解铝烟气净化：
氧化铝电解单元的烟气经流化反应单元底部进入净化系统，用于烟气净化吸附的新鲜氧化铝由第一进料口加入，氧化铝和烟气在流化反应器单元中混合后开始吸附反应；
流化反应单元出口含未反应氧化铝和吸附HF的载氟氧化铝的烟气进入一级除尘分离单元的气固分离器，在气固分离器内部氧化铝与烟气充分混合进一步吸附脱除HF；
被分离的氧化铝和载氟氧化铝进入物料分配单元的物料分配器，净化后的烟气进入二级除尘分离单元的除尘器进一步除尘，使烟气中固体颗粒浓度满足排放标准。
6.根据权利要求5所述的电解铝烟气净化工艺，其特征在于，控制新鲜氧化铝储存单元中90wt％以上的新鲜氧化铝通过第一给料组件直接进入氧化铝电解单元，控制新鲜氧化铝储存单元中10wt％以下的新鲜氧化铝通过第二给料组件进入流化反应单元。
7.根据权利要求5所述的电解铝烟气净化工艺，其特征在于，控制流化反应单元的截面气速为7.5m/s～18.0m/s，控制一级除尘分离单元的喉口气速为7.0m/s～13.0m/s，并控制流化反应单元和一级除尘分离单元内的阻力在1.0kpa以下。
8.根据权利要求5所述的电解铝烟气净化工艺，其特征在于，控制流化反应单元中的氧化铝浓度为20g/m3～1000g/m3，控制进入二级除尘分离单元中烟气的氧化铝浓度为5g/m3～50g/m3，控制净化后烟气中的HF排放在2mg/m3以下且固体颗粒排放在10mg/m3以下。
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