1 國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
鋁電解工業(yè)屬于國內(nèi)的支柱產(chǎn)業(yè)，中國屬于全球最大的電解鋁生產(chǎn)國，因此，我國一直非常重視鋁電解工業(yè)的環(huán)境保護(hù)問題，先后發(fā)布了許多與鋁電解工業(yè)建設(shè)、生產(chǎn)、運(yùn)行有關(guān)的環(huán)境保護(hù)政策、法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)等。其中與鋁電解廢氣排放有關(guān)的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)如下： z 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)
國家環(huán)境保護(hù)局1996.4.12 批準(zhǔn)，1997.1.1 實(shí)施的 GB16297《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，與鋁電解廢氣排放有關(guān)的內(nèi)容規(guī)定了通過排氣筒排放廢氣中的粉塵和氟化氫的最高允許排放濃度和按排氣筒高度規(guī)定了最高允許排放速率。任何一個排氣筒必須同時遵守上述兩項(xiàng)指標(biāo)，超過其中任何一項(xiàng)均為超標(biāo)排放。排氣筒高度除須遵守排放速率標(biāo)準(zhǔn)值外還應(yīng)高出周圍200米半徑范圍的建筑5米以上，不能達(dá)到該要求的排氣筒應(yīng)按其高度對應(yīng)的排放速率標(biāo)準(zhǔn)值嚴(yán)格50%執(zhí)行。
對于無組織方式排放的廢氣（廠房天窗排放），規(guī)定了監(jiān)控點(diǎn)及相應(yīng)的監(jiān)控濃度限值指標(biāo)。
z 鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)
由國家環(huán)境保護(hù)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2010年9月27日聯(lián)合公布，2010年10月1日起實(shí)施的GB25465-2010《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于鋁電解廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)
污染物凈化設(shè)施排放口
鋁電解生產(chǎn)防塵防毒技術(shù)規(guī)程
國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1998年6月4日批準(zhǔn)，1999年4月1日實(shí)施的GB/T17397《鋁電解生產(chǎn)防塵防毒技術(shù)規(guī)程》中，從廠房的布置方式、原材料的貯存與運(yùn)輸、原材料的選擇與要求、生產(chǎn)工藝與設(shè)備、生產(chǎn)操作、鑄造、電解槽修理、通風(fēng)凈化系統(tǒng)設(shè)置、管理等方面規(guī)定了減少鋁電解廢氣排放的有關(guān)措施和方法。 z 清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)
為貫徹實(shí)施《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》和《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》，保護(hù)環(huán)境，為電解鋁業(yè)開展清潔生產(chǎn)提供技術(shù)支持和導(dǎo)向，2006年7月3日經(jīng)國家環(huán)境保護(hù)總局批準(zhǔn)，自2006年10月1日起實(shí)施的HJ/T187《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 電解鋁業(yè)》。規(guī)定了相關(guān)的生產(chǎn)工藝與裝備要求、資源能源利用指標(biāo)、產(chǎn)品指標(biāo)、污染物產(chǎn)生指標(biāo)（末端處理前）、廢物回收利用指標(biāo)和環(huán)境管理要求等。 z 鋁工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)境保護(hù)導(dǎo)則
為了促進(jìn)鋁工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)資源能源利用效率最大化，預(yù)防和控制鋁工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)過程中的環(huán)境污染，2009年3月14日由環(huán)境保護(hù)部批準(zhǔn)，2009年7月1日起實(shí)施的HJ466《鋁工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)境保護(hù)導(dǎo)則》要求在企業(yè)內(nèi)部實(shí)施清潔生產(chǎn).
環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化是我國環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要發(fā)展戰(zhàn)略，建立與國際接軌的環(huán)境工程服務(wù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和環(huán)境技術(shù)評估體系，是當(dāng)前加快環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化步伐的一項(xiàng)重要任務(wù)。對保證環(huán)境工程建設(shè)和運(yùn)行管理質(zhì)量，為環(huán)境管理提供技術(shù)支撐和保障具有重要意義。 本規(guī)范屬于重點(diǎn)污染源治理工程技術(shù)規(guī)范，是國家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系之環(huán)境工程技術(shù)規(guī)范的一個組成部分。本規(guī)范的編寫和頒布實(shí)施將有利于鋁電解廢氣治理工程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，將使從設(shè)計(jì)、建設(shè)到運(yùn)行管理和維護(hù)的全過程能夠有一個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行控制，促使工程建設(shè)單位自覺遵守規(guī)范的技術(shù)要求，從而使鋁電解廢氣治理設(shè)施建設(shè)與運(yùn)行得到可靠的技術(shù)保障，也將使環(huán)境保護(hù)主管部門擁有監(jiān)管鋁電解廢氣治理工程質(zhì)量和日常運(yùn)行的技術(shù)依據(jù)，以保證工程的建設(shè)和運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)環(huán)境技術(shù)管理的深化。同時本標(biāo)準(zhǔn)的制定也是健全環(huán)境技術(shù)管理體系建設(shè)的重要組成部分。
同類工程現(xiàn)狀調(diào)研 鋁電解生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要污染物為氣態(tài)氟化氫、固態(tài)氟化鹽粉塵、氧化鋁粉塵和氣態(tài)二氧化硫；陽極冷卻過程中散發(fā)的氣態(tài)氟化氫；氧化鋁輸送、氟化鹽輸送、陽極轉(zhuǎn)運(yùn)、陽極組裝、電解槽大修、抬包清理過程產(chǎn)生的粉塵等。
其中，鋁電解槽在生產(chǎn)過程中散發(fā)的含有氣態(tài)氟化氫、固態(tài)氟化鹽粉塵、氧化鋁粉塵和氣態(tài)二氧化硫的煙氣，為鋁電解生產(chǎn)的主要污染物，占總污染的99%以上，其它含有粉塵的廢氣采用的是簡單的通風(fēng)除塵工藝治理，在此不再贅述。占污染量99%以上的鋁電解煙氣則是鋁電解廢氣治理的重點(diǎn)任務(wù)，也是本標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該控制的重點(diǎn)。
鋁電解槽煙氣治理均采用干法凈化技術(shù)，該方法是利用設(shè)置于電解槽上部的集氣罩捕集煙氣進(jìn)入凈化設(shè)施，在凈化設(shè)施中利用電解原料氧化鋁吸附煙氣中的氟化氫，再通過布袋除塵器實(shí)現(xiàn)氣固分離，達(dá)到凈化煙氣，同時去除氣態(tài)氟和固態(tài)氟的目的，凈化之后的干凈煙氣通過煙囪排入大氣。吸附氟之后的氧化鋁作為電解生產(chǎn)的原料返回電解槽使用，氧化鋁吸附的氟回補(bǔ)了電解過程所需要的氟化鹽電解質(zhì)，無廢棄物和二次污染產(chǎn)生，且實(shí)現(xiàn)了氟化物的有效回收利用。為提高氧化鋁對氟化氫的吸附效率，載氟氧化鋁進(jìn)入生產(chǎn)原料輸送系統(tǒng)之前有一部分返回凈化系統(tǒng)重復(fù)使用。
目前，國內(nèi)的鋁電解企業(yè)采用的煙氣干法凈化技術(shù)的基本工藝流程是一致的，但由于建設(shè)時間和設(shè)計(jì)單位的不同，其采用的工藝細(xì)節(jié)及凈化效果則有所不同，大致分為三種類型。除工藝流程的差異對煙氣凈化效果有影響之外，由于凈化系統(tǒng)設(shè)施的差異對鋁電解煙氣的治理效果也有影響。
傳統(tǒng)干法凈化工藝
該工藝流程為鋁電解煙氣干法凈化工程最早使用的工藝流程，其特點(diǎn)為新鮮氧化鋁與載氟氧化鋁同時加入反應(yīng)器內(nèi)（文丘里、VRI、管道），反應(yīng)后通過布袋進(jìn)行氣固分離。
鋁電解槽集氣罩
2006年之前，國內(nèi)設(shè)計(jì)的中心點(diǎn)下料預(yù)焙電解槽的集氣罩多采用水平罩板下的V型排煙道及單排煙管，該結(jié)構(gòu)具有簡單、電解槽上部有關(guān)生產(chǎn)設(shè)施容易安裝設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)；但由于排煙道距離電解槽結(jié)殼表面的火眼較近，在集氣罩負(fù)壓不夠大的情況下，煙氣較難被高效捕集；隨著鋁電解槽容量的不斷大型化，V型煙道的長度也隨之加長，更難實(shí)現(xiàn)集氣罩內(nèi)負(fù)壓的相對均勻，降低了集氣罩的集氣效率。
排煙管網(wǎng)
1）排煙支路的平衡調(diào)節(jié)
鋁電解煙氣凈化系統(tǒng)采用的管網(wǎng)為總煙管連接10～20個電解槽支煙管的均勻排煙管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，各支煙管間的距離為6～8m。但該管網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的均勻排煙，各支煙管上需要加裝閥門實(shí)現(xiàn)依賴調(diào)節(jié)的均勻排煙。
2）雙排煙技術(shù)
電解車間無組織排放是噸鋁污染物排放的關(guān)鍵因素，而電解槽操作時通過打開的槽罩處溢出到電解車間的污染物是無組織排放的主要部分。
國內(nèi)電解鋁行業(yè)使用的布袋除塵器主要有兩種：低壓反吹風(fēng)布袋除塵器和低壓脈沖布袋除塵器，前者使用離心風(fēng)機(jī)或主排煙風(fēng)機(jī)形成的負(fù)壓進(jìn)行清灰，清灰壓力低；后者使用0.3-0.5MPa的壓縮空氣進(jìn)行清灰。無論采用那種凈化工藝和布袋除塵器，國內(nèi)電解鋁行業(yè)凈化系統(tǒng)煙氣排放的普遍效果為：
氟化物：2-6mg/Nm3
粉塵：小于15 mg/Nm3
但是，由于國內(nèi)鋁電解煙氣凈化工程基本上全部采用的是前述第一種和第二中工藝技術(shù)，新鮮氧化鋁和載氟氧化鋁完成吸附反應(yīng)后一起進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行氣固分離。
污染物負(fù)荷
鋁電解過程電解槽散發(fā)的有害物的量與電解溫度、電解質(zhì)成分、所采用原料氧化鋁和氟化鹽的成分等有關(guān)，原料氧化鋁和氟化鹽中水份含量的增加、電解溫度的升高、電解質(zhì)中過量氟化鋁含量的增加都會使氟化氫氣體的含量增加；粉塵散發(fā)量的多少與原料氧化鋁的粒度分布有關(guān)，原料的粉化會增加電解煙氣中粉塵的排放量；電解煙氣中二氧化硫含量的多少與陽極中硫含量的多少有關(guān)。根據(jù)電解鋁行業(yè)的統(tǒng)計(jì)及測量數(shù)據(jù)可知，鋁電解生產(chǎn)每噸鋁排氟約為15-40 kg/t-Al，粉塵30-70 kg/t-Al，二氧化硫4-16 kg/t-Al。
廢氣量
從資料《鋁電解槽頂部熱損失及散熱變化對電解槽通風(fēng)的影響》light metal 2009 p551可知，電解槽的通風(fēng)量與電解槽的上部熱損失、電解槽生產(chǎn)過程中的煙氣散失量呈正比，與電解槽罩的密閉率呈反比。鋁電解生產(chǎn)過程中，由于所采用的工藝參數(shù)基本接近，生產(chǎn)過程中單位產(chǎn)品的煙氣散失量基本一致；由于生產(chǎn)的能量利用率基本一致，單位產(chǎn)品電解槽殼面以上的熱損失基本一致；因此，可以說電解槽的排煙量與電解槽的容量成正比。而隨著電解槽容量的增加，相對電解槽的密閉率提高。
目前，在生產(chǎn)的鋁電解槽槽型普遍為160kA～400kA的預(yù)焙電解槽，在電解槽的集氣效率≥98.5%的情況下，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際可知，160kA電解槽的煙氣量為5000Nm3/h，200kA電解槽的煙氣量為6000Nm3/h，300kA電解槽的煙氣量為7000Nm3/h，400kA電解槽的煙氣量為8500 Nm3/h。
鋁電解車間煙氣治理采用以鋁電解原料氧化鋁為吸附劑的干法凈化工藝。目前，國內(nèi)外預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)金屬鋁的煙氣凈化全部采用此工藝，該工藝的主要工作過程為氧化鋁吸附煙氣中的有害氣體氟化氫后，經(jīng)除塵器與煙氣分離返回電解槽使用。該工藝?yán)蒙a(chǎn)原料作為凈化介質(zhì)，凈化后返回生產(chǎn)系統(tǒng)使用，具有氟化物回收利用、無額外消耗和二次污染的優(yōu)點(diǎn)。
在氧化鋁吸附干法凈化工藝中建議優(yōu)先選擇兩段干法凈化工藝，該工藝的基本流程可描述為：布袋除塵器收集的載氟氧化鋁就近加入除塵器入口前的垂直煙道與電解煙氣混合吸附煙氣中的氟化氫（一次反應(yīng)），該部分吸附氟化氫后的氧化鋁在進(jìn)入除塵器之前通過離心分離裝置與煙氣（預(yù)分離）；進(jìn)入除塵器的煙氣與噴射進(jìn)入除塵器底部的新鮮氧化鋁混合進(jìn)行二次吸附反應(yīng)。
鋁電解槽排出的煙氣溫度的高低與當(dāng)?shù)貧鉁?、電解槽容量的大小和集氣罩結(jié)構(gòu)等有關(guān)，正常生產(chǎn)時，鋁電解槽排煙溫度一般在80～130℃之間，從投資的角度考慮，鋁電解煙氣干法凈化系統(tǒng)的布袋除塵器一般選擇最高使用溫度小于140℃的普通濾料，其長期使用溫度為125℃。因此，6.3.3.9規(guī)定鋁電解凈化系統(tǒng)的煙氣長期運(yùn)行溫度應(yīng)保持在125℃以下，若長期運(yùn)行溫度大于125℃應(yīng)設(shè)置余熱利用—即煙氣冷卻設(shè)施，以提高布袋除塵器的使用壽命，防止出現(xiàn)高溫糊袋現(xiàn)象，影響凈化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（1）該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，鋁電解槽的集氣效率可以提高到98.5%以上，煙囪排放煙氣的粉塵濃度可以降低到5mg/m3以下，氟排放濃度可以控制在1mg/m3以下。可以實(shí)現(xiàn)噸鋁粉塵排放小于1kg/t-Al，氟排放小于0.5kg/t-Al的目標(biāo)。與《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中要求的鋁電解煙氣單位產(chǎn)品污染物最高排放限值的粉塵2.2kg/t-Al、氟0.9kg/t-Al相比，粉塵排放可以減少1.2 kg/t-Al，氟排放可以減少0.4kg/t-Al。以2009年國內(nèi)原鋁年產(chǎn)量1300萬噸計(jì)算，國內(nèi)年可減少粉塵排放（節(jié)約原料氧化鋁）1.56萬噸，減少氟排放5200噸。其環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分明顯。
（2）如果按照該規(guī)范進(jìn)行工程建設(shè)，一個年產(chǎn)10萬噸的電解鋁廠，鋁電解廢氣治理設(shè)施投資約需人民幣5000萬元，運(yùn)行費(fèi)用耗能約需150kwh/ t-Al。較原有干法凈化工藝節(jié)電約100 kwh/ t-Al，按2009年國內(nèi)原鋁年產(chǎn)量1300萬噸計(jì)算，鋁行業(yè)可總節(jié)能13億度，折合年節(jié)約標(biāo)煤15.98萬噸，節(jié)能減排效果十分顯著。
