鋁電解煙氣凈化系統及腐蝕防護

一、煙氣組成

氣態成分：HF、CO、CO₂、CF₄、C₂F₆、SO₂、H₂O等

固態粉塵：C、Al₂O₃、Na₃AlF₆等

細顆粒粉塵主要有Na₃AlF₆、Na₅Al₃F₁₄以及AlF₃，他們是電解質蒸發后冷凝的產物，以及他們水解和分解的產物。F含量占整個煙氣F含量的20-40%

粗顆粒主要由成團的氟化物和C、Al₂O₃以及吸附、粘附在他們上面的氟化物組成。F含量占整個煙氣F含量的10-20%

二、煙氣收集系統

鋁電解槽散發出的煙氣，由槽上集氣罩收集下來的，稱為一次煙氣。未經集氣罩收集而直接進入電解廠房空氣中的煙氣，稱為二次煙氣。

一次煙氣體積較小，其中氟化物濃度較高。

二次煙氣體積較大，其中氟化物濃度較低。

l  一次集氣系統：電解槽上方的導氣支管將罩子內的氣體排送入導氣總管中，送往凈化系統。

一次集氣系統的密閉程度通常是95-98%,氟的收集效率96%

l  二次集氣系統：正因為一次集氣系統密閉程度不能達到100%，再加上有大量的熱從電解槽散發出來，所以電解鋁廠房內部必須有良好的通風，讓外部新鮮空氣通過墻壁百葉窗進入電解廠房，流經電解槽操作地帶，然后上升至天窗，在天窗口排放。

提示：廠房及其附屬設備的腐蝕可推廣電解鋁煙氣耐氟酸型防腐涂料ZS-1033

三、煙氣凈化方法及干法凈化工藝流程

1、煙氣凈化方法

l  濕式凈化法：用水或堿溶液作為吸附劑，利用氣態氟化物易被水或堿溶液吸收的特點，對煙氣進行洗滌，使氣相污染物轉入液相。

l  干式凈化法：在煙氣管道中加入固體氧化鋁作為吸附劑，將電解煙氣中的氟化氫吸附下來，生成表面化合物氟化鋁。

干式凈化原理：Al2O3對HF的吸附主要是化學吸附，吸附過程中，在氧化鋁表面生成單分子層吸附化合物，每個氧化鋁分子吸附2個HF分子。該化合物在300℃以上轉化為AlF3和水。

特點：反應速度快，0.25-1.5s完成。效率高達98-99%

2、干法凈化工藝流程

煙氣由每臺電解槽的排煙支管集中進入廠房外側的排煙總管中,將各個排煙支管上安裝手動蝶閥,畢竟電解槽與除塵器的間距不一樣，因此調動此閥開度將分配在每個電解槽上的負壓保證基本一致，結果確保每臺電解槽的集氣效率。集中到排煙總管的煙氣直接被分配到每臺除塵器進煙管當中,并在VRI反應器中倒入新鮮氧化鋁與循環氧化鋁實行吸附反應，隨后進人袋式除塵器里面實行氣固分離。凈化之后氣體從主排煙風機排人煙囪。分離出來氧化鋁進入除塵器底部的沸騰床里面。一方面通過循環溜槽當作循環氧化鋁再一次加入VRI反應器實行循環吸附,另一方面通過返回料溢流口排出除塵器,由風動溜槽進入氣力提升機提高到載氟氧化鋁貯倉中,再從超濃相輸送系統送到電解槽上料箱,提供電解鋁生產應用。

四、煙氣凈化主要設備及VRI反應器

1、主排煙風機：整體系統動力源，需要在平常生產過程中強化對其維護保養，減少故障概率，確保整體系統遠轉率。參照煙氣排放量大小與除塵器過濾面積大小，則整個凈化車間需要三套凈化系統共配置主排煙風機六臺。

2、羅茨鼓風機：一是沸騰床供風,功率很大，二是氣力提升機提供氣源，功率很小。每套凈化系統當中每種羅茨鼓風機數量是兩臺，一臺用一臺備用。

3、高壓離心風機：給系統當中每個流槽、VRI反應器提供氣源的風機。

4、氣力提升機：一種為立式氣力提升機，另種為臥式氣力提升機。5、5、袋式除塵器：LLZB-I型流態化菱形組合袋式除塵器，各單元處理風量為9000至10000 。其是氣固分離的主要設備。

6、VRI反應器：發生吸附反應的主要設備,所以在系統中非常重要，其外殼是圓筒形，包含錐形空心筒和流化元件等構成,其特征為定量加入氧化鋁通過給料箱與流化元件進入空心錐體,并空心錐形殼體上部沿輻射線布置的排料孔均勻布置在四周,讓氧化鋁在溢流狀態流人煙氣管道，并迅速充滿全部管道截面與氧化鋁充足接觸,氧化鋁不斷加入，同時煙氣也不斷地流過，給煙氣與氧化鋁提供了均勻接觸的時機, VRI反應裝置流化元件在給料箱底部,主要作用為把加入的新鮮載氟氧化鋁呈溢流狀態射出,從而避免針對氧化鋁的機械破損。錐體的流線形結構降低了煙氣的紊流程度,進一步降低了反應器的阻力流失，實現了節能目的。沿錐體四周布置的溢流孔讓氧化鋁展現非常規則的圓截面充滿到整修管道斷面上,戰勝了管道稀相化等反應裝置分布不均勻的不足之處。減少了需要管道的長度。介于氧化鋁與煙氣接觸不是在強烈的紊流狀態下完成，所以氧化鋁破損率不高，并且，流化元件不和煙氣直接接觸,不會出現孔隙堵塞現象，是當前吸附裝置當中各個性能都是非常的一種理想反應裝置。

五、煙氣凈化設備腐蝕與防護

鋁電解產生的煙氣溫度與電解槽容量大小有關，一般在100℃到140℃之間，即使在冬季也在80℃以上。

煙氣對設備的腐蝕主要為HF及其它氟化物的化學腐蝕，并伴隨少量的電化學腐蝕。

SO₂（二氧化硫）與空氣中的水份發生化學反應生成H₂SO₄（硫酸）；CF₄（四氟化碳）、HF（氟化氫）與空氣中的水份發生化學反應生成HF（氫氟酸），而硫酸和氫氟酸均會對碳鋼煙氣管壁造成嚴重的腐蝕。且煙氣經排煙風機的動力作用下在管道中運行，煙氣中氧化鋁顆粒和炭粒會對碳鋼煙氣管壁造成沖刷磨損，產生磨蝕。另煙氣有較高的溫度，對煙氣管道內壁造成高溫氧化腐蝕。

涂料選型：ZS-1033電解鋁煙氣耐氟酸型防腐涂料，磨損不大的位置要求防粘附可以選用ZS-1032

防護設備：煙管煙道、主排煙風機、羅茨鼓風機、高壓離心風機、氣力提升機、袋式除塵器、VRI反應器、換熱器（部分有）等。