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鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略

包郵 鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略

作者:朱廷鈺等
出版社:科學出版社出版時間:2021-06-01
開本: B5 頁數: 240
本類榜單:工業技術銷量榜
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鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略 版權信息

鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略 內容簡介

本書針對我國鋁行業生產過程中全流程煙氣污染產生及控制技術方面存在的問題及面臨的挑戰,從鋁行業生產過程中煙氣排放和控制技術需求出發,對鋁行業全流程煙氣排放來源、特征及控制手段等方面進行了深入的探討,重點介紹了氧化鋁焙燒工序、石油焦煅燒工序、陽極焙燒工序、電解鋁工序及再生鋁工序的煙氣排放來源及控制技術,對鋁行業各工序全流程污染物控制**可行性技術進行了匯總,提出了鋁行業煙氣污染控制對策及建議,為我國鋁行業煙氣污染物防治提供了重要的參考和指導。

鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略 目錄

目錄
第1章 緒論 1
1.1 鋁行業大氣污染物排放現狀 1
1.1.1 鋁行業發展現狀及趨勢 1
1.1.2 鋁工業生產流程及大氣污染物排放 3
1.2 鋁行業污染物排放標準及政策 9
1.3 鋁行業大氣污染控制技術現狀及發展趨勢 15
1.3.1 鋁行業大氣污染控制技術 15
1.3.2 鋁行業大氣污染控制發展趨勢 17
參考文獻 19
第2章 氧化鋁焙燒工序大氣污染物控制 21
2.1 氧化鋁工藝污染物排放特征 21
2.1.1 氧化鋁工藝流程及產污節點 21
2.1.2 氧化鋁污染物排放特征 25
2.2 顆粒物控制技術 28
2.2.1 無組織排放顆粒物收集與控制技術 28
2.2.2 氧化鋁生產工序煙氣顆粒物控制技術 29
2.3 二氧化硫控制技術 52
2.3.1 低硫原燃料等源頭控制技術 52
2.3.2 氧化鋁焙燒煙氣二氧化硫控制技術 56
2.4 氮氧化物控制技術 57
2.4.1 低氮燃燒技術 58
2.4.2 選擇性非催化還原(SNCR)脫硝技術 60
2.4.3 選擇性催化還原(SCR)脫硝技術 64
2.4.4 臭氧氧化脫硝技術 72
參考文獻 73
第3章 石油焦煅燒工序大氣污染物控制 77
3.1 石油焦煅燒污染物排放特征 77
3.1.1 石油焦煅燒工藝流程及產污節點 77
3.1.2 石油焦煅燒污染物排放特征 82
3.2 石油焦煅燒煙氣顆粒物控制技術 83
3.3 石油焦煅燒煙氣脫硫技術 84
3.3.1 低硫原燃料等源頭控制技術 85
3.3.2 石灰石-石膏法脫硫技術 88
3.3.3 雙堿法脫硫技術 90
3.3.4 氨法脫硫技術 92
3.3.5 冶煉礦漿脫硫技術 94
3.4 石油焦煅燒煙氣脫硝技術 98
參考文獻 107
第4章 陽極焙燒工序大氣污染物控制 109
4.1 陽極焙燒工序污染物排放特征 109
4.1.1 陽極焙燒工藝生產流程及產物節點 109
4.1.2 陽極焙燒污染物排放特征 110
4.2 陽極焙燒工序污染控制耦合余熱利用技術 113
4.2.1 陽極焙燒的熱平衡 113
4.2.2 余熱回收技術及應用 113
4.3 粉塵控制技術 115
4.3.1 粉塵控制工藝 115
4.3.2 炭粉塵的回收利用 116
4.4 瀝青煙控制技術 117
4.4.1 瀝青熔化過程瀝青煙控制技術 117
4.4.2 混捏成型工段瀝青煙控制技術 122
4.4.3 陽極焙燒煙氣瀝青煙控制技術 125
4.5 焙燒煙氣二氧化硫控制技術 131
4.5.1 鈉堿濕法洗滌技術 132
4.5.2 石灰石-石膏法 133
4.5.3 循環流化床半干法 134
4.6 焙燒煙氣氮氧化物控制技術 135
4.6.1 低氮燃燒控制技術 135
4.6.2 選擇性非催化還原(SNCR)技術 136
4.6.3 氧化脫硝技術 137
4.7 焙燒煙氣氟化物控制技術 138
參考文獻 138
第5章 電解鋁工序大氣污染物控制 141
5.1 電解鋁工序污染物排放特征 141
5.1.1 電解鋁工藝流程及產污節點 141
5.1.2 電解鋁污染物排放特征 143
5.2 電解鋁無組織排放控制技術 147
5.2.1 原料貯運過程無組織排放 148
5.2.2 殘極破碎過程 150
5.2.3 電解車間無組織排放 150
5.2.4 無組織排放粉塵的危害 151
5.2.5 無組織排放氟化物的檢測方法 152
5.2.6 無組織排放的解決方案 152
5.3 電解槽煙氣污染物控制技術 156
5.3.1 顆粒物排放控制技術 156
5.3.2 氟化物控制技術 163
5.3.3 SO2控制技術 169
5.4 電解鋁行業節能減排工作現存問題及展望 174
5.4.1 電解鋁行業節能減排工作現存問題 174
5.4.2 電解鋁行業節能減排展望 175
參考文獻 177
第6章 再生鋁工序大氣污染物控制 180
6.1 再生鋁產業發展現狀 180
6.2 再生鋁生產流程及污染物來源 181
6.2.1 再生鋁生產主要流程 181
6.2.2 再生鋁生產中的污染物來源 182
6.3 鋁再生工業污染物排放特征及標準 183
6.3.1 鋁再生工業污染物排放特征 183
6.3.2 鋁再生工業污染物排放標準 184
6.4 鋁再生工業二英控制技術 185
6.4.1 二英(PCDD/Fs)生成機理 185
6.4.2 源頭削減和過程控制技術 186
6.4.3 末端治理控制技術 188
6.5 顆粒物及其他大氣污染物控制技術 194
6.5.1 顆粒物控制技術 194
6.5.2 其他大氣污染物控制技術 197
6.6 鋁再生行業節能減排工作現存問題及展望 199
6.6.1 鋁再生行業節能減排工作現存問題 199
6.6.2 鋁再生行業節能減排展望 201
參考文獻 201
第7章 鋁行業大氣污染控制對策與建議 205
7.1 鋁行業大氣污染物防治*佳可行性技術 205
7.1.1 行業*佳可行性技術概況 205
7.1.2 鋁生產各工序*佳可行性技術 207
7.2 鋁行業大氣污染物控制對策與建議 216
7.2.1 淘汰落后產能,優化產業布局 216
7.2.2 技術裝備創新,環保耦合生產 217
7.2.3 污染深度治理,支撐總量減排 220
7.2.4 健全管理體系,強化監管監督 221
參考文獻 224
索引 225
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鋁行業全流程煙氣污染控制技術與策略 節選

第1章 緒 論 1.1 鋁行業大氣污染物排放現狀 1.1.1 鋁行業發展現狀及趨勢 鋁及其合金是僅次于鋼的*常用金屬,具有質輕、耐腐蝕、韌性好等優良特 性。根據生產原料和生產工藝的不同,鋁可以分為從鋁土礦中經化學分解提煉、 電解得到的原鋁和由廢舊鋁、廢鋁合金材料經重新熔化提煉而得到的再生鋁兩大 類。隨著鋁材料的應用越來越廣泛,鋁行業得到了快速的發展。2010~2019年全 球鋁的總產量一直呈增長趨勢(圖1-1),2019年鋁的總產量已達到9669.9萬噸,其中原鋁的產量為6369.7萬噸,占總產量的65.87%,再生鋁的產量3300.2萬噸, 占總產量的34.13%。 圖1-2 世界原鋁產量分布圖(2019年) 近年來,隨著我國大規模基建投資、工業化進程的快速推進,中國鋁行業得 到了發展迅速,生產規模、產品質量不斷提升,全行業的產量和消費量都在迅猛 增長。據國際鋁業協會對全球不同地區和國家的原鋁產量統計,中國是*大的原鋁生產國,且2010~2018年期間原鋁產量逐年增加(圖1-3)。 圖1-3 2010~2019年全球主要地區和國家的原鋁產量 然而,我國鋁行業發展也存在著較多問題,如產能嚴重過剩、成本偏高、原材料對外依存度高和環保壓力大等。對于鋁行業的發展而言,電解鋁屬于資源密 集型產業,在國內鋁土礦資源總量的限制和供求關系相對穩定的情況下,其產能 增長空間較小。而對于可重復利用的再生鋁,因其具有成本低、污染少和可循環 利用的特點,成為鋁行業未來發展的主要方向。總的來說,受資源環境的約束, 綠色可持續發展已成為我國鋁行業未來的必然趨勢。 1.1.2 鋁工業生產流程及大氣污染物排放 1.鋁工業生產主要流程 鋁工業生產流程(圖1-4)主要分為電解鋁工藝和再生鋁工藝。電解鋁工藝的 起點是鋁礦石、石油焦等原料,終點是鋁徒等產品,包括米礦、選礦、氧化鋁焙 燒、石油焦煅燒、碳電極焙燒、電解鋁等工序。其中,大部分的電解鋁生產,釆 用碳陽極電解,少數釆用碳陰極電解。 再生鋁的起點是回收的廢鋁,終點是鋁錠等產品,包括廢鋁預處理、熔化、 精煉等工序。 圖1-4 鋁工業生產主要流程 鋁工業的基礎原料為鋁土礦,經釆礦、選礦處理后,由氧化鋁廠脫硅、溶出、 分離、焙燒生產氧化鋁,再由電解鋁廠電解生產金屬鋁。同時,電解鋁廠生產所 需的陽極、陰極由鋁用碳素生產企業提供。 2.氧化鋁生產流程及污染物來源 1)氧化鋁生產主要流程 從礦石中提取氧化鋁有多種方法,包括拜耳法、堿石灰燒結法、拜耳-燒結 聯合法。拜耳法是生產氧化鋁的主要方法,其生產所需燃料主要消耗在焙燒工 序。為了降低成本,氧化鋁廠燃料以自制煤氣發生爐煤氣為主,也有部分氧化 鋁廠摻燒一部分天然氣作為煤氣的補充。氧化鋁廠配套煤氣發生爐通常配備煤 氣脫硫設施。 拜耳法氧化鋁工藝是用苛性鈉(NaOH)溶液加溫溶出鋁土礦中的氧化鋁, 得到鋁酸鈉溶液。溶液降低溫度后加入氫氧化鋁作晶種,經長時間攪拌分解析出 氫氧化鋁,然后在950~1200°C溫度下煅燒,得到氧化鋁成品。析出氫氧化鋁后 的溶液稱為母液,蒸發濃縮后可循環使用。 燒結法是將鋁土礦、石灰(或石灰石)、堿粉、無煙煤以及碳分母液配成爐料 在1200~1300C的高溫回轉窯中進行燒結的工藝。燒結過程中,鋁土礦中的AI2O3 與Na2CO3反應生成易溶于水或稀堿溶液的固體鋁酸鈉(Na2O.Al2O3),Fe2O3轉變 為易水解的鐵酸鈉(Na2O.Fe2O3),S1O2、T1O2等雜質轉變為不溶于水或稀堿液的 2CaO-SiO2、CaO T1O2等化合物。燒結后進行溶解過濾,將有用組分與有害雜質 分離開來,*大限度提取氧化鋁和回收堿。 2)氧化鋁生產主要污染物 拜耳法氧化鋁焙燒工藝產生的主要污染物為:粉塵和SO2、NOX (表1-1)。 氧化鋁焙燒爐煙氣中SO2濃度取決于燃料中的硫含量,濃度范圍為35~180 mg/m3。 氧化鋁廠焙燒爐采用的燃料主要是天然氣和自制煤氣。以天然氣為燃料的焙燒爐 產生的煙氣的SO2濃度一般在10 mg/m3以下。由于天然氣燃料成本較高,大多數 氧化鋁廠都采用自制煤氣為燃料。為了控制SO2排放濃度,自制煤氣通常先脫除 燃料中的H2S,再進入焙燒爐燃燒,基本可以達到SO2排放達標。因此通過自制 煤氣控制H2S排放是通過源頭減排解決污染問題的合適途徑。氧化鋁焙燒爐煙氣 中NOX濃度與燃料種類有關,采用天然氣為燃料時,其NOX通常在100 mg/m3以 下;采用自制煤氣,NOX在200~400 mg/m3;使用天然氣與煤氣摻燒,NOX通常 在200 mg/m3以下。 表1-1 氧化鋁生產過程污染源和主要污染物 3.石油焦煅燒流程及污染物來源 1)石油焦煅燒主要流程 生石油焦煅燒是指生石油焦在不隔絕空氣的情況下,在回轉窯或者罐式爐中 加熱,以此排除石油焦中的水分以及揮發分,促使石油焦顆粒縮合,提高石油焦 原料的真密度、抗氧化性并降低其電阻率等。煅燒過程是一個設備溫度隨著時間 的變化不斷變化的過程,其中十分重要的控制變量有加熱速率、*終煅燒溫度等。 為了獲得滿足工業要求的焦炭,生焦必須在1200~1350°C或更高的溫度下鍛燒, 以完善其晶體結構。其中,石油焦回轉窯對其的鍛燒成品質量直接取決于進料含 油焦炭的質量和性質。 經過鍛燒的石油焦從回轉窯窯頭下料溜子進入到冷卻筒中,經筒中水霧直噴 和筒外冷卻水套雙重作用,使鍛燒石油焦降至60C左右,即得成品鍛燒石油焦。 2)石油焦煅燒主要污染物 石油焦鍛燒過程中產生的污染物如表1-2所示。石油焦原料貯運、上料、下 料、破碎、篩分過程中主要產生的污染物是粉塵;鍛燒階段會產生大量含SO2的 高溫煙氣及少量粉塵;冷卻階段主要污染物是直冷水汽化產生的大量含塵煙氣,以及冷卻筒出料產生的石油焦粉塵。 表1-2 石油焦煅燒過程污染源和主要污染物 4.碳素陽極焙燒流程及污染物來源 1)碳素陽極焙燒主要流程 鋁用陽極的原料一般為鍛后焦、浙青和殘極,并按照一定的比例混合、振動 成型,在敞開式焙燒爐進行高溫焙燒,得到預焙陽極。石油焦經破碎分級將大顆 粒的石油焦破碎成所需的粒級,并將不同的粒級分類堆放,從而獲得陽極*大的 堆積密度。此外,進行配料和混捏過程是指按照配方選取不同粒級的石油焦進行 混合,再把浙青添加到按照配方稱取的石油焦中,使石油焦與浙青進行均勻混合。 在此過程中,作為黏結劑的浙青要求具有良好的流動性,使其能夠均勻地潤濕并 覆蓋在石油焦顆粒料及粉料的表面。配料和混捏都是為了*終的碳素制品具有高 密實度,低孔隙率。 生塊的成型方法主要有擠壓、模壓、振動等,而振動成型應用*為普遍,它 主要依靠振動機的強烈的振動使得糊料能夠克服顆粒間的內摩擦力以及顆粒與模 具壁的外摩擦力移動進而緊密地聚集在一起成型。生塊的焙燒指的是將經過成型 得到的生陽極制品填埋在石油焦中即在隔絕空氣的條件下進行高溫加熱,使得黏 結劑完全結焦的過程。在生塊焙燒的過程中,生成的浙青焦將陽極內部的石油焦 顆粒連接在一起,提高陽極的電導率、抗壓強度、反應性等性能。在陽極生產中, 焙燒工藝是一個能源時間消耗都很大的工序[1]。 2)碳素陽極焙燒主要污染物 由于碳素生產工序相對較多,其生產過程中的污染源也相對較多(表1-3),主要包括:浙青熔化器產生的浙青煙;生陽極焙燒煙氣中的殘極氟氣化揮發逸出、 填充焦及浙青所含硫燃燒生成S02、浙青未完全燃燒部分揮發以及填充焦細粉顆 粒物等;球磨、配料、混捏等工序產生的粉塵及陽極整理、組裝粉塵。其中,焙 燒爐煙氣中含有的浙青煙、炭塵、氟化物和S02等是陽極生產系統中的主要大氣 污染物,具有成分復雜、黏結性強、多種污染物并存、易發生著火等特點。數據 表明,陽極焙燒爐的大氣污染負荷占陽極生產系統的2/3以上。 表1-3 碳素陽極焙燒過程污染源和主要污染物 5.電解鋁生產流程及污染物來源 1)電解鋁主要生產流程 在電解鋁生產當中,陽極是碳素體,陰極是鋁液,在反應中,將溫度控制在 950~970°C,碳素陽極與氧反應生成C02和CO而不斷消耗,因此需要定期更換 陽極塊進行補充。陰極鋁液通過真空抬包從槽內抽出,送往鑄造車間,在保溫爐內經凈化澄清后,澆鑄成鋁錠或直接加工成線坯型材等。 2)電解鋁生產主要污染物 電解原料中的冰晶石和氧化鋁中含有大量的氟化物,在電解槽高溫和電流作 用下氟化物發生化學反應生成氟化氫、氟化碳和氟化硅等氟化物氣體;在電解槽 內,部分含氟顆粒隨電解質揮發和氟化物升華而散出,這部分含氟顆粒形成粉塵 散布于生產車間直至隨空氣排出;以游離態存在的氟離子與陽極碳結合生成的氟 化物氣體也會對環境造成污染;陽極糊中含有的浙青在電解過程中會產生少量的 二氧化硫、硫化氫氣體和苯并芘等物質;電解車間還有一定量的無組織排放煙氣 及少量的粉塵污染等;另外,在電解過程中,游離氧與陽極碳素相結合生成二氧 化碳和一氧化碳氣體,二氧化碳是重要的溫室氣體,一氧化碳是劇毒物質。電解 鋁企業在生產過程中會產生氟化氫、氟化碳、二氧化硫、硫化氫等多種有害氣體 和含氟顆粒,是電解鋁企業*主要的大氣污染源[2](表1-4)。其產生量約為總氟

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