本文分析了焙燒煙氣的特點(diǎn),以及目前以電捕焦油器為核心設(shè)備的不同焙燒煙氣凈化處理方法在處理瀝青煙、二氧化硫、苯并芘等方面所面臨的問(wèn)題,提出了蓄熱式焚燒爐(RTO)+循環(huán)流化床焙燒煙氣一體化處理方法,從根本上解決焙燒煙氣多種污染物難以協(xié)同治理的問(wèn)題。

　　炭素廠陽(yáng)極焙燒爐生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)散發(fā)含有氟化物(摻入殘極的情況下)、瀝青煙、粉塵、SO2以及苯并芘等有害物質(zhì)，按照《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(修改單)(GB25465-2010)、《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ2-2007)及工業(yè)和信息化部發(fā)布的《鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件》(2012年修訂)的要求，對(duì)炭素焙燒爐煙氣加以治理。目前，先后出臺(tái)了《區(qū)域大氣污染物防治“十二五”規(guī)劃》、以及《京津冀及周邊地區(qū)2017年大氣污染防治工作方案(2+26)》、《環(huán)境保護(hù)稅法》等一系列的環(huán)保法律法規(guī)，部分省份出臺(tái)了更加嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)。因此，開(kāi)發(fā)行之有效的工藝，凈化焙燒煙氣，使其實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的達(dá)標(biāo)排放勢(shì)在必行。

　　1、焙燒爐煙氣的特點(diǎn)

　　鋁用陽(yáng)極的原料一般為煅后焦、瀝青和殘極，并按照一定的比例混合、震動(dòng)成型，在敞開(kāi)式焙燒爐進(jìn)行高溫焙燒，得到預(yù)焙陽(yáng)極。在焙燒的過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣為陽(yáng)極焙燒煙氣，根據(jù)不同現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)分析結(jié)果，煙氣中各種污染物的成分見(jiàn)表1。

　　由表1可知，該煙氣具有成分復(fù)雜、粘結(jié)性強(qiáng)、多種污染物并存、且易發(fā)生著火等特點(diǎn)。因此治理起來(lái)難度較大，難以通過(guò)單一的煙氣治理方法處理掉焙燒煙氣中所有的污染物，一般需要采用串聯(lián)的煙氣治理工藝對(duì)焙燒爐煙氣進(jìn)行綜合治理。

　　2、焙燒煙氣治理方法分析

　　由于焙燒煙氣成分復(fù)雜，到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有完全成熟的工藝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)焙燒煙氣完全無(wú)害化處理。在對(duì)焙燒煙氣的處理中，企業(yè)關(guān)注于煙氣中的瀝青煙、粉塵和氟化物的治理。最近幾年，焙燒煙氣中的二氧化硫以及苯并芘開(kāi)始受到關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)主要采用表2所示的技術(shù)方案。

　　上述處理方法主要存在廢水、捕集后瀝青煙的二次污染;運(yùn)行不穩(wěn)定，不能實(shí)現(xiàn)污染物的長(zhǎng)期達(dá)標(biāo)排放;煙道、設(shè)備著火后的安全風(fēng)險(xiǎn);氧化鋁吸附瀝青煙后，造成流動(dòng)性降低，返回電解生產(chǎn)難以被有效使用。國(guó)外焙燒煙氣一般采用蓄熱式焚燒爐(RTO)進(jìn)行處理[3]，先去除掉煙氣中的瀝青煙和苯并芘等有機(jī)物，再根據(jù)需要采用堿性吸附的方法去除掉煙氣中的氟化物和二氧化硫等有害物質(zhì)。

　　3、焙燒煙氣運(yùn)行問(wèn)題分析

　　國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的焙燒煙氣中雖然采用的技術(shù)比較多，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如下一些問(wèn)題。

　　3.1系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定

　　焙燒煙氣凈化在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，不能長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的問(wèn)題。直接的表現(xiàn)是煙囪經(jīng)常出現(xiàn)黃煙、黑煙或棕色煙。該問(wèn)題主要是由于電捕焦油器故障或者干法斷料、粘結(jié)造成的。在焙燒煙氣凈化啟動(dòng)初期或運(yùn)行1～2年后更容易出現(xiàn)該問(wèn)題，一旦出現(xiàn)該問(wèn)題，就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大修。

　　3.2電捕焦油器極板結(jié)疤、極線結(jié)塊由于焙燒煙氣中含有瀝青煙等粘性物質(zhì)，以及焙燒爐出來(lái)的部分揮發(fā)性物質(zhì)，這些物質(zhì)在焙燒爐中未充分燃燒的情況下，會(huì)粘結(jié)在電捕焦油器的極板、極線上。粘結(jié)后造成電捕焦油器放電不均勻，嚴(yán)重影響瀝青煙的捕集效率。由于瀝青煙在低溫下具有較強(qiáng)的粘結(jié)性，且電捕焦油器內(nèi)部操作空間受限，很難清理，如圖3所示。

　　3.3系統(tǒng)著火

　　正如3.2節(jié)分析可知，由于瀝青煙粘結(jié)在系統(tǒng)設(shè)備的內(nèi)壁上，且含有粉塵等可燃物，一旦遇到明火就會(huì)發(fā)生著火現(xiàn)象，比較容易出現(xiàn)著火的位置在環(huán)形焙燒爐的出口煙道、電捕焦油器等部位，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　為了保證系統(tǒng)安全，設(shè)置了短路煙道，當(dāng)系統(tǒng)著火時(shí)，進(jìn)行煙道切換，使著火煙氣直接排入大氣，或者進(jìn)行蒸汽滅火。

　　3.4設(shè)備和管道腐蝕

　　為了對(duì)焙燒煙氣降溫，系統(tǒng)一般設(shè)置全蒸發(fā)冷卻塔。但根據(jù)多家企業(yè)運(yùn)行情況反饋可知，冷卻水的全蒸發(fā)難以實(shí)現(xiàn)，水滴在酸性的條件下會(huì)對(duì)后續(xù)的風(fēng)機(jī)、管道、閥門(mén)等設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。這也造成了隨著設(shè)備的運(yùn)行，系統(tǒng)的負(fù)壓逐漸降低、系統(tǒng)漏風(fēng)增加、排放指標(biāo)下降等問(wèn)題。

　　3.5捕集的焦油難以處理

　　從電捕焦油器捕集下來(lái)的物質(zhì)主要成分為瀝青，還含有粉塵和氟化物(主要為固氟)。根據(jù)危險(xiǎn)廢物名錄規(guī)定：冶煉過(guò)程產(chǎn)生焦油屬于危險(xiǎn)廢棄物。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，企業(yè)內(nèi)部無(wú)害化利用的技術(shù)并不成熟，多為堆存處置。圖5、6為某廠電捕捕集后焦油的堆存方式。

　　3.6苯并芘處理

　　苯并芘是焙燒煙氣PAH中的一種，為氣態(tài)的有機(jī)物，這些物質(zhì)電捕焦油器基本沒(méi)有捕集效果，因此在僅采用電捕焦油器的治理系統(tǒng)中，苯并芘存在大量超標(biāo)的可能;利用氧化鋁干法吸附可以除去煙氣中氣態(tài)污染物，但氧化鋁吸附為物理吸附，在電解槽受熱后是否存在二次揮發(fā)還需進(jìn)一步的研究。

　　3.7系統(tǒng)優(yōu)化

　　針對(duì)現(xiàn)有焙燒運(yùn)行過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，環(huán)保廠家已進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)措施，如在凈化工藝上采用多級(jí)串聯(lián)的技術(shù)，分段處理焙燒煙氣中不同的污染物;采用改進(jìn)的噴霧系統(tǒng)保證冷卻塔的全蒸發(fā)噴淋，且保持出口煙氣溫度在較小的范圍波動(dòng);電捕焦油器采用帶電清洗、火花自動(dòng)追蹤和自動(dòng)噴淋滅火等技術(shù)，減少瀝青粘結(jié)在極線和極板上，減少設(shè)備著火風(fēng)險(xiǎn);采用高頻電源提高電捕焦油器的效率;采用電壓跟蹤與自動(dòng)調(diào)整技術(shù)確保電捕焦油器的平穩(wěn)運(yùn)行;采用全蒸發(fā)和干法吸附減少設(shè)備和管路系統(tǒng)腐蝕等。

　　以上措施大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，部分實(shí)現(xiàn)焙燒煙氣的達(dá)標(biāo)排放，但仍存在一些問(wèn)題無(wú)法克服。根據(jù)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和行業(yè)發(fā)展的需要，以及焙燒煙氣的特點(diǎn)，本文提出了蓄熱式焚燒爐(RTO)+堿性吸附一體化處理工藝，試圖從根本上解決焙燒煙氣處理過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

　　4、RTO+堿性吸附一體化處理工藝

　　從焙燒爐出來(lái)煙氣進(jìn)入RTO，在RTO內(nèi)通入天然氣進(jìn)行燃燒，煙氣中瀝青煙和苯并芘，以及部分可燃性的碳分解燃燒轉(zhuǎn)變成二氧化碳和水。

　　RTO為蓄熱式焚燒裝置，該裝置由燃燒區(qū)、蓄熱區(qū)、煙道和閥門(mén)切換等部分組成。煙氣進(jìn)入RTO后通過(guò)切換閥門(mén)進(jìn)入蓄熱區(qū)，利用上一工作時(shí)的熱量加熱進(jìn)入煙氣，加熱后的煙氣進(jìn)入高溫燃燒區(qū)，在通入天然氣的條件下，將煙氣中的瀝青煙和有機(jī)物分解成CO2和水，高溫?zé)煔庠俳?jīng)過(guò)蓄熱體排出時(shí)，將熱量貯存在蓄熱體內(nèi)。在下一個(gè)工作周期時(shí)，上一工作周期的進(jìn)口煙道變?yōu)槌隹跓煹?，出口煙道改為進(jìn)口煙道，交替循環(huán)。

　　該工藝方法的特點(diǎn)是污無(wú)二次污染，做到污染物的全流程治理;系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性高，無(wú)需擔(dān)心煙道和設(shè)備著火問(wèn)題;系統(tǒng)在干態(tài)下運(yùn)行，設(shè)備、管道無(wú)腐蝕;系統(tǒng)運(yùn)行無(wú)副產(chǎn)品。一體化技術(shù)的核心除了工藝外，還要開(kāi)發(fā)出適合行業(yè)煙氣特點(diǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。該技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是RTO設(shè)備和堿法吸附系統(tǒng)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)。根據(jù)焙燒煙氣瀝青煙含量高、粘結(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了焙燒煙氣專(zhuān)用的RTO蓄熱式焚燒設(shè)備，該設(shè)備具有燃燒效率高、能耗小、瀝青煙焚燒干凈、蓄熱體不易堵塞和粘結(jié)等特點(diǎn)。目前已經(jīng)應(yīng)用在瀝青煙煙氣的處理上，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，煙囪出口處瀝青煙濃度達(dá)到4.5mg/Nm3，苯并芘濃度達(dá)到1.2x10-4mg/Nm3，整體凈化效率達(dá)到98%，均滿足規(guī)定的要求。堿法脫硫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)SO2排放濃度低于35mg/Nm3，粉塵排放低于5mg/Nm3的超凈排放要求。

　　焙燒煙氣由于其特殊的煙氣性質(zhì)，是行業(yè)系統(tǒng)治理的難題。以往治理方法中存在二次污染、治理不干凈、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題。總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)工藝的不足，開(kāi)發(fā)的RTO+堿性吸附一體化處理工藝，最終可以實(shí)現(xiàn)煙囪出口瀝青煙低于5mg/Nm3，苯并芘低于3×10-4mg/Nm3，SO2排放濃度低于35mg/Nm3，粉塵排放低于5mg/Nm3，遠(yuǎn)低于現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)現(xiàn)炭素陽(yáng)極的長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)。