铝电解烟气净化系统及腐蚀防护

一、烟气组成

气态成分：HF、CO、CO₂、CF₄、C₂F₆、SO₂、H₂O等

固态粉尘：C、Al₂O₃、Na₃AlF₆等

细颗粒粉尘主要有Na₃AlF₆、Na₅Al₃F₁₄以及AlF₃，他们是电解质蒸发后冷凝的产物，以及他们水解和分解的产物。F含量占整个烟气F含量的20-40%

粗颗粒主要由成团的氟化物和C、Al₂O₃以及吸附、粘附在他们上面的氟化物组成。F含量占整个烟气F含量的10-20%

二、烟气收集系统

铝电解槽散发出的烟气，由槽上集气罩收集下来的，称为一次烟气。未经集气罩收集而直接进入电解厂房空气中的烟气，称为二次烟气。

一次烟气体积较小，其中氟化物浓度较高。

二次烟气体积较大，其中氟化物浓度较低。

l  一次集气系统：电解槽上方的导气支管将罩子内的气体排送入导气总管中，送往净化系统。

一次集气系统的密闭程度通常是95-98%,氟的收集效率96%

l  二次集气系统：正因为一次集气系统密闭程度不能达到100%，再加上有大量的热从电解槽散发出来，所以电解铝厂房内部必须有良好的通风，让外部新鲜空气通过墙壁百叶窗进入电解厂房，流经电解槽操作地带，然后上升至天窗，在天窗口排放。

提示：厂房及其附属设备的腐蚀可推广电解铝烟气耐氟酸型防腐涂料ZS-1033

三、烟气净化方法及干法净化工艺流程

1、烟气净化方法

l  湿式净化法：用水或碱溶液作为吸附剂，利用气态氟化物易被水或碱溶液吸收的特点，对烟气进行洗涤，使气相污染物转入液相。

l  干式净化法：在烟气管道中加入固体氧化铝作为吸附剂，将电解烟气中的氟化氢吸附下来，生成表面化合物氟化铝。

干式净化原理：Al2O3对HF的吸附主要是化学吸附，吸附过程中，在氧化铝表面生成单分子层吸附化合物，每个氧化铝分子吸附2个HF分子。该化合物在300℃以上转化为AlF3和水。

特点：反应速度快，0.25-1.5s完成。效率高达98-99%

2、干法净化工艺流程

烟气由每台电解槽的排烟支管集中进入厂房外侧的排烟总管中,将各个排烟支管上安装手动蝶阀,毕竟电解槽与除尘器的间距不一样，因此调动此阀开度将分配在每个电解槽上的负压保证基本一致，结果确保每台电解槽的集气效率。集中到排烟总管的烟气直接被分配到每台除尘器进烟管当中,并在VRI反应器中倒入新鲜氧化铝与循环氧化铝实行吸附反应，随后进人袋式除尘器里面实行气固分离。净化之后气体从主排烟风机排人烟囱。分离出来氧化铝进入除尘器底部的沸腾床里面。一方面通过循环溜槽当作循环氧化铝再一次加入VRI反应器实行循环吸附,另一方面通过返回料溢流口排出除尘器,由风动溜槽进入气力提升机提高到载氟氧化铝贮仓中,再从超浓相输送系统送到电解槽上料箱,提供电解铝生产应用。

四、烟气净化主要设备及VRI反应器

1、主排烟风机：整体系统动力源，需要在平常生产过程中强化对其维护保养，减少故障概率，确保整体系统远转率。参照烟气排放量大小与除尘器过滤面积大小，则整个净化车间需要三套净化系统共配置主排烟风机六台。

2、罗茨鼓风机：一是沸腾床供风,功率很大，二是气力提升机提供气源，功率很小。每套净化系统当中每种罗茨鼓风机数量是两台，一台用一台备用。

3、高压离心风机：给系统当中每个流槽、VRI反应器提供气源的风机。

4、气力提升机：一种为立式气力提升机，另种为卧式气力提升机。5、5、袋式除尘器：LLZB-I型流态化菱形组合袋式除尘器，各单元处理风量为9000至10000 。其是气固分离的主要设备。

6、VRI反应器：发生吸附反应的主要设备,所以在系统中非常重要，其外壳是圆筒形，包含锥形空心筒和流化元件等构成,其特征为定量加入氧化铝通过给料箱与流化元件进入空心锥体,并空心锥形壳体上部沿辐射线布置的排料孔均匀布置在四周,让氧化铝在溢流状态流人烟气管道，并迅速充满全部管道截面与氧化铝充足接触,氧化铝不断加入，同时烟气也不断地流过，给烟气与氧化铝提供了均匀接触的时机, VRI反应装置流化元件在给料箱底部,主要作用为把加入的新鲜载氟氧化铝呈溢流状态射出,从而避免针对氧化铝的机械破损。锥体的流线形结构降低了烟气的紊流程度,进一步降低了反应器的阻力流失，实现了节能目的。沿锥体四周布置的溢流孔让氧化铝展现非常规则的圆截面充满到整修管道断面上,战胜了管道稀相化等反应装置分布不均匀的不足之处。减少了需要管道的长度。介于氧化铝与烟气接触不是在强烈的紊流状态下完成，所以氧化铝破损率不高，并且，流化元件不和烟气直接接触,不会出现孔隙堵塞现象，是当前吸附装置当中各个性能都是非常的一种理想反应装置。

五、烟气净化设备腐蚀与防护

铝电解产生的烟气温度与电解槽容量大小有关，一般在100℃到140℃之间，即使在冬季也在80℃以上。

烟气对设备的腐蚀主要为HF及其它氟化物的化学腐蚀，并伴随少量的电化学腐蚀。

SO₂（二氧化硫）与空气中的水份发生化学反应生成H₂SO₄（硫酸）；CF₄（四氟化碳）、HF（氟化氢）与空气中的水份发生化学反应生成HF（氢氟酸），而硫酸和氢氟酸均会对碳钢烟气管壁造成严重的腐蚀。且烟气经排烟风机的动力作用下在管道中运行，烟气中氧化铝颗粒和炭粒会对碳钢烟气管壁造成冲刷磨损，产生磨蚀。另烟气有较高的温度，对烟气管道内壁造成高温氧化腐蚀。

涂料选型：ZS-1033电解铝烟气耐氟酸型防腐涂料，磨损不大的位置要求防粘附可以选用ZS-1032

防护设备：烟管烟道、主排烟风机、罗茨鼓风机、高压离心风机、气力提升机、袋式除尘器、VRI反应器、换热器（部分有）等。