铝电解工业PM2.5超细粉尘的控制技术研究

图６单列布袋除尘器１０ｈ在线监测压力波动曲线图
简单定时清灰方式除了会出现压差清灰方式出现的问题以外，还将导致整个净化系统的运行阻 力出现周期性的变化，系统稳定性更差。国内以前的净化系统中，大多采用简单定时清灰控制的清
灰方式，净化系统排放指标问题由于国内环保要求低以及其他的原因而没有明显暴露，但是含氟氧
险性尤其严重。
铝电解生产产生大量的烟气，吨铝排烟量可达到１０００００～１２５０００ｍ３／ｈ；国内研究机构的研究资 料显示，循环两次的含氟氧化铝，捕集下来的颗粒直径在３微米左右及３微米以下的占０．８３％的比 例（收集到的粉尘重量比）；循环三次的含氟氧化铝，捕集下来的颗粒直径在２微米左右及２微米以 下的占１．３３９％的比例。《铝工业污染物排放标准》（ＧＢ２５４６５—２０ｌＯ）规定：电解铝厂电解烟气净化系
铝电解工业PM2.5超细粉尘的控制技术研究
作者： 作者单位： 吕维宁， 邓翔 贵阳铝镁设计研究院有限公司
引用本文格式：吕维宁.邓翔 铝电解工业PM2.5超细粉尘的控制技术研究[会议论文] 2013
２０１１一一２０１３ 第十六期
全国袋式除尘技术研讨会论文集
（中国环保产业协会袋式除尘委员会主办）
２０１
３年４月
印
发
铝电解工业ＰＭ２．５超细粉尘的控制技术研究
吕维宁邓翔
（贵阳铝镁设计研究院有限公司）
摘要本文分析了铝电解工业ＰＭ２．５的来源，指出电解铝生产产生的ＰＭ２．５大约为６６万吨／年，加上铝
电解工业其他工段产生的粉尘，整个铝冶炼行业产生的ＰＭ２．５粉尘达到８０～１００万吨／年以上。文中指出进行铝 电解工业废气排放ＰＭ２．５控制技术的研究，实际上是对布袋除尘器过滤技术的研究，包括除尘器内部流场控制 技术的研究、用于电解铝行业袋式除尘器专用滤料技术研究、滤袋上滤饼及清灰控制和烟气平衡自适应控制技 术的研究，文中介绍了三项技术研究的研究方法及阶段性研究成果，并分别介绍了下一步研究的目标，供共同 致力于我国环保事业的同行参考。
３用于电解铝行业袋式除尘器专用滤料技术研究
电解铝行业袋式除尘器专用滤料技术的研究主要指铝电解烟气净化用滤料的研究，铝电解槽烟 气具有烟气中成分比较复杂，烟气温度波动范围大（由于各企业对电解槽操作管理和密闭程度不一 致，烟气温度波动范围为８０～１４０℃），多次循环的净化系统中粉尘浓度高等特点。同时，铝电解烟 气净化用氧化铝是工业生产中的磨料，具有很强的磨琢性，覆膜滤料使用半年就会失效。另外，进 口滤料价格高，系统运行成本高。因此要使设备在低成本运行条件下提高净化效率，必须开发出适 用于电解烟气净化的专用滤料。 在该部分研究过程中，采用纤维材料制造的具有新型织物构造的滤料，滤料表层采用超细纤维 料层，纤维细度范围为１～５旦尼尔（ＤｅＩｌｉｅｒ），具有贴附粉尘初层功能，里层滤料采用普通细度纤维，
４滤袋上滤饼及清灰控制和烟气平衡自适应控制技术的研究
滤袋上的滤饼及清灰控制关系到滤袋上粉尘最大厚度，清灰后滤袋上粉尘残留量，系统运行阻
力，滤袋对粉尘的穿透率等，大型净化系统的清
吕维宁等：铝电解工业ＰＭ２．５的控制技术研究
。冀掩
和平衡，影响到单个除尘器箱体气流和烟气量的稳定。因此，滤袋清灰同样直接影响到系统的净化
效率。
我国传统的清灰方式为简单定时清灰或者定压清灰，这两种清灰对净化系统的运行都存在一定 的不利影响，压差清灰方式在对单个箱体进行整体清灰时，除尘器压差下降很大，导致原本分配到 其他箱体的大量烟气被自动平衡到被清灰箱体，引起各个箱体之间的气流分配不均匀，而且这种不 均匀会随除尘器清灰箱体的变化而变化，系统无法达到稳定平衡的运行。某项目的电解烟气净化系 统除尘器单列箱体个数为８个，在压差设定为１６００Ｐａ进行定压清灰时，刚清灰箱体烟气量在清灰前 后的波动幅度达到５６．７％左右，该清灰控制方式对净化系统的运行影响很大。
作为表层滤料的支撑，该结构滤料具有高效低阻技术特性，同时采用与滤料具有谐配的缝袋工艺，
研究目标：滤料材质采用涤纶（基料）；透气量：＞９一１２岔／ｍ２．ＩＩｌｉｎ；经向拉力：２１２００Ｎ／５×２０ｃｍ；纬向
拉力：２１５００Ｎ／５×２０ｃｍ；经向伸长：ｓ３０％；纬向伸长：ｓ３５％；使用温度：１２０～１４０℃，该技术正在进一 步研究中。
图４布袋除尘器流场改进前滤袋匕粉尘分布
图５布袋除尘器流场改进后滤袋上粉尘分布
在研究过程中发现：同一滤袋上由于高度不同，粉尘分布厚度不一致，即形成滤饼的时间不一 致。滤袋下端（上出风外滤式滤袋）由于袋间风速较高，各种粒度的粉尘被烟气携带一起运动，因 而粉尘浓度较高，在烟气穿过滤袋的过程中，粉尘被滤袋纤维或滤袋上的粉尘阻挡过滤下来：滤袋 较高的部位，由于袋间风速较低，大颗粒的粉尘已经沉降，烟气携带的粉尘浓度相对较低，因此在 相同周期内滤袋上部粘附的粉尘比滤袋下部的粉尘少，目前正在进行粉尘均布控制的研究和粉尘浓 度差别对净化效率的影响的研究。
行测试，进行清灰压缩空气压力、脉冲宽度、脉冲间隔、袋长等参数对过滤净化效率的影响进行正 交实验研究，确定系统运行的最佳控制参数。
５结语
通过对铝电解烟气净化除尘器及其控制技术的研究，实现了净化系统ＨＦ排放浓度低于 ０．８ｍ∥ｍ３，粉尘排放浓度低于５ｍ∥ｍ３的课题目标，ＰＭ２．５超细粉尘的排放浓度控制正在进一步测试 和研究过程中，ＰＭ２．５以下微细粒子捕集效率≥９５％的目标正逐步实现之中，如何建设好示范工程和 做好新技术推广应用，改善我国大气环境指标是研究的进一步目标和研究的真正目的。
关键词铝电解ＰＭ２．５粉尘布袋除尘器
１绪论
在铝电解生产过程中，氧化铝在电解槽内电解液中溶解，氧化铝和氟离子形成“铝氧氟络合离子”， 将氧化铝的熔点从２０５０℃降低至９６０℃左右，并进行电化学反应，阳极炭块与氧反应生成二氧化碳和一 氧化碳而不断消耗，通过定期更换阳极块进行补充，同时定期补充氟化盐（主要成分Ｎａ３ＡｌＦ６），在打 壳下料的过程中，产生大量的烟尘，烟尘中含有大量氟化物、粉尘、硫化物、碳化物、少量沥青烟等大 气污染物，是导致空气质量恶化的最大污染源，产生的细微颗粒孙忆．５粉尘中含有大量的氟化物，其危
２布袋除尘器内部流场控制技术的研究
布袋除尘器内部流场控制技术的研究分为布袋除尘器内部气固两相流计算机仿真实验和除尘 器内部气固两相流分布中试实验两个部分。计算机仿真实验先建立计算机模型（见图１），模型灰斗 积灰情况与实际运行操作情况一致，设备内设置气流分布板，划分网格，设定边界条件，进行计算 机模拟计算。模型建立结合工程实际情况，单元处理风量范围为６００００～７５０００ｍ３／ｈ，采用①１３０ｎⅡｎ ×６０００ＩＩ瑚滤袋，４３２条袋，２４×１８组合，袋间网格尺寸８０，根据需要，分区划分网格以减少网格 数量。边界条件设置速度进口、压力出口、多孔介质界面、计算步长大于或等于模型实际距离。模 拟计算完毕主要观察气流分布情况和粉尘分布情况，要求气流和粉尘在除尘器袋底位置尽量分布均 匀（见图２），当气流和粉尘分布不均匀时，调整气流分布板的位置和高度。
３）
实验模型是采用氧化铝在除尘器灰斗内堆积的模型，由于计算机模拟实验只考虑了气固两相流 模拟，假定灰斗内氧化铝堆积为一个平面，而在实验过程中氧化铝在灰斗内的堆积是一个起伏的料 面，因此中试实验的情况并不和模拟实验结果完全相符，在经过几次导流板调整以后，除尘器内的 气固两相流基本均匀，滤袋上同一高度上的粉尘也有原先的分布不均而变得均匀（见图４，图５）， 初步实现了以尘滤尘的目标。
化铝回仓输送问题，出现了设计选用的空提即使在放大输送能力以后，仍然不能满足输送要求的情 况。 排序清灰时间控制方式（专利号：ＺＬ２００９ ２ ０３００８９３．６）解决了上述两种传统清灰控制方式出现
的问题，系统运行过程中同列除尘器各箱体之间的压差稳定均匀（见图６），但是实现该目标只是本
课题研究的一个阶段，在进行下一步研究的过程中，我们要对清灰喷吹压缩空气压力和袋底压力进
图１除尘器计算机模型
吕维宁等：铝电解工业ＰＭ２．５的控制技术研究 在工业应用中，ＰＭ２．５超细粉尘排放的控制，主要通过布袋除尘器来进行（旋风除尘器难以处 理颗粒非常细小的粉尘，电除尘器对粉尘的实际捕集效率为９５％左右，膜处理技术运行成本太高， 且膜再生处理相对复杂，受工艺条件限制），因此进行铝电解工业废气排放ＰＭ２．５控制技术的研究， 实际上是对布袋除尘器的研究。通过多年来的技术改进，滤袋在花板上固定及密封技术已经取得了 很大的进步，胀圈固定已经可以避免由于密封不良造成粉尘泄露。布袋除尘器过滤原理是采用以尘 滤尘的原理，即通过滤袋上的粉尘附着层来过滤粉尘，过滤材料在其中起着一定的作用，因此布袋 除尘器过滤技术的研究，包括除尘器内部流场控制技术的研究、用于电解铝行业袋式除尘器专用滤 料技术研究、滤袋上滤饼及清灰控制和烟气平衡自适应控制技术的研究。
图２除尘器模拟粉尘粒子迹线图
中试平台建设首先根据计算机仿真结果进行系统及设备设计，系统采用小循环形式，“重力逆流
喷射加料反应器”加料，新鲜氧化铝加料量为１￣２讹，循环氧化铝加料量为１～１０讹，系统流程见实
验系统流程图（见图３）。
图３中试实验系统流程图
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全国袋式除尘技术研讨会论文集（２０１１—２０１
统氟化物中Ｆ的排放限值为３删ｍｊ，要实现这一排放指标达标，氧化铝在净化系统中的循环次数一
般需要３次以上，我国铝电解产能超过２０００万吨／年，消耗氧化铝大约为４０００万吨／年，如果按氧化 铝循环３次计算，所有净化系统中循环氧化铝的总量为１２０００万吨／年，产生的ＰＭ２．５粉尘大约为 １６１万吨／年。考虑到部分企业净化系统运行过程中氧化铝实际循环次数达不到３次，并对实际运行 过程中没有捕集到的粉尘进行估算，可知电解铝生产产生的ＰＭ２．５大约为６６万吨／年。另外，铝电 解阳极组装、阳极焙烧、阳极制造、氧化铝原料转运、原材料破碎、筛分等生产过程中，同样要产 生大量的超细粉尘，ＰＭ２．５粉尘占很大的比例，整个铝冶炼行业产生的ＰＭ２．５粉尘达到８０～１００万 吨／年以上，铝工业ＰＭ２．５治理是我们必须解决的又一重要课题。