铝电解车间氟化物和粉尘排放测试研究

效率为97.20%。除尘器的漏风率为0.56%，粉尘的净化效率是99.97%，氟化物的净化效率是99.7%。测试结果表明电解
槽集气效率偏低，故为减少电解烟气污染物排放，应对现有设计进行改进，提高电解槽集气效率。
关键词 : 电解铝；氟化物；粉尘；测试
中图分类号： X511
文献标志码： A
Testing Research of Fluoride and Dust Emission in Aluminum Electrolysis Workshop
2 测试方法
2.1 工况条件的测试 2.1.1 温度 对于高温气体，通常使用热电偶温 度计测量。当温度场比较均匀，管道中流体温差 不 大 于 10 ℃ 时 ， 可 只 测 管 道 中 央 位 置 处 的 温 度。测试选用热电偶温度计测温，因现场测点温 度场均匀，管道中温差不大（小于3 ℃），所以 只测定管道中央位置处的温度即可。 2.1.2 压力 对于气体流动的管道，通常在同一断 面上的静压是相同的，可通过在管壁上开孔，以取 出其静压信号。但当管道中的气流扰动很大时，单 个位置上的静压不能代表该断面的平均静压，静压 测试应选在气流比较稳定的断面上，或者在沿管壁 同时设几个取压点，测其平均静压。测试使用皮托 管测定选定的各测点静压和动压。同一断面处的静 压相对恒定，所以只测中心点处的静压，而动压测 定则按前面确定的测点及测点数来测量。在测量 时，应保证测压管与气流的夹角小于15°。 2.1.3 流速和流量 在测定烟气管道内的气流速度 时，通常有直读式和间接式两种方法。研究使用的 Testo 512测试仪，采用动压间接测试法工作，利用 烟气管道中的动压数值，自动计算给出相对应的流 速。烟气管道内的烟气流速、流量与大气压力、烟 气温度有关，在测试时应同时记录烟气温度和大气 压力等相关参数。 2.2 粉尘浓度的测试 采用滤膜测尘来完成，测尘装置是由采样头、 流量计、调节装置和抽气泵等组成。当抽气泵开动 时，管道中的含尘气体通过采样头被吸入，粉尘阻 留在采样头内的滤膜表面上。根据滤膜在采样前后 增加的质量（即被阻留的粉尘质量）和采样空气 量，计算出烟气中粉尘浓度。 2.3 氟化物的测试 2.3.1 天 窗 排 放 的 氟 化 物 的 测 试 如 采 用 美 国 EPA的多点采样集中分析的方案，考虑各采样点到 汇总处的距离不同而阻力损失不同，会导致各采样 点采样流量不同，从而使采样不具代表性。因此研
《铝工业污染物排放标准》（GB 25465— 2010） [8]中规定现有企业及新建企业污染物排放 指标见表1。
表1 铝工业企业大气污染物排放浓度限值 mg·m-3
《工作场所有害因素职业接触限值 化学有害因 素》(GB Z2.1—2007) [9]中规定了氧化铝粉尘及氟化氢 的时间加权平均容许浓度分别为4.0及2.0 mg/Nm3。
线性拟合度系数分别是R= 0.996 6、R= 0.999 9, 满足测试要求。用测定标准系列的操作条件测 定试样空白对照溶液，再测定试样溶液，测得的 样品电位对应值减去空白对照的电位对应值后，由 标准曲线得到氟的含量(μg)，代入（3）式求解。
（3）
式（3）中：c为氟化物的浓度，mg/Nm3；m为 18 mL 样品溶液中氟离子的含量，μg；Vs为标准 采样体积，L。
130
环境保护科学
第41卷
究最终确定在车间天窗横断面上设置取样口，进行
天窗氟化物排放测试，同时对断面的面积、风流速
度、温度、湿度、大气压等进行测试，从而计算出
通过天窗无组织排放的氟化物的总量，包括气态氟 化物、固态氟化物的量[10-11]。
2.3.2 净化系统捕集的氟化物的测试 进入净化系
统有组织排放的氟化物的总量，包括气态氟化物、
近年来，大容量铝电解槽的开发应用，使 我国电解铝技术达到了国际先进水平，电解铝工 业的面貌发生了翻天覆地的变化[1]。目前电解铝 生产主要采用比较成熟的冰晶石—氧化铝熔融电 解法，即通过碳素材料导入直流电，在槽内发生 电化学反应，在阴极上析出液态铝。电解槽的烟 气主要来自于炭阳极以及高温电解液，其污染物 主要有气态和固态氟化物以及以氧化铝为主的颗 粒物 [2]。含氟气体是剧毒气体，易通过呼吸道或 皮肤进入人体，危害人体健康[3]。
目前，氧化铝干法吸附净化技术是行业内 普遍采用的铝电解烟气净化技术。干法净化技术 是指直接用铝电解的生产原料新鲜氧化铝作为吸 附剂去吸附电解烟气中的氟化物的净化技术 。 [4] 采用新鲜氧化铝作为吸附剂是目前最合理的技术 选择，发生吸附反应后的生成物又是电解铝生产 的原料，符合清洁生产的生产理念[5]。在干法净 化系统中，整个系统均在负压状态下运行，通常 氟化物净化效率达97.5%以上，粉尘净化效率达 98.5%以上[6]。
摘 要：文章对某500 kA系列电解槽排放的电解烟气进行测试。净化系统出口处的粉尘平均含量为15.0 mg/Nm3，总氟平
均含量为0.8 mg/Nm3；天窗排放的粉尘和氟化物的时间加权平均浓度分别是4.4 、0.32 mg/Nm3； 两处测试数据中粉尘和总氟 均能分别满足《铝工业污染物排放标准》(GB 25465—2010)规定的20.0、3.0 mg/Nm3标准限值要求。电解槽的总氟集气
别做线性回归拟合，见图1。
300
◆ ◆
250
◆ ◆
y=-58.18x+325.21 R2=0.999 8
◆
◆
200 y=-31.469x+274.71 ◆
R2=0.993 3 150
◆ ◆
◆
100
◆
50
0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
logCF
图1 标准曲线
线性回归拟合可以得到下式：
（2）
式 （ 2） 中 , Δ E为 两 电 极 间 的 电 位 差 ， mV；CF-为18 mL 溶液里氟离子的含量，μg。
铝电解车间氟化物和粉尘排放测试研究究最终确定在车间天窗横断面上设置取样口进行天窗氟化物排放测试同时对断面的面积风流速度温度湿度大气压等进行测试从而计算出通过天窗无组织排放的氟化物的总量包括气态氟1011化物固态氟化物的量
DOI:10.16803/ki.issn.1004-6216.2015.05.025
具体的由天窗排放的氟化物和进入净化系 统的氟化物的气氟浓度、固氟浓度和总浓度可以 由相应的（1）计算得到。
3 测试结果
通过对某500 kA系列铝电解车间及烟气净化 系统排放的污染物全面测试，对各采样点多组测 试数据进行计算分析，得出以下测试结果。 3.1 车间内污染物浓度
车间内环境中粉尘的平均含量为3.2 mg/Nm3, 总氟的平均含量为0.33 mg/Nm3，分别低于文献[9] 规定的4.0和2.0 mg/Nm3标准限值，车间内的作业 环境良好。 3.2 天窗排放的污染物浓度
固态氟化物的量[12]，即：
WS=WSE+WSN
（1）
式（1）中, WS为排放氟化物的总量，kg/h；
WSE为排放的气态氟化物，kg/h；WSN为排放的固状
氟化物，kg/h。
2.3.3 工作曲线的拟合 研究中测试的氟含量数据
跨度很大（0～10 000 μg），因此以氟含量100 μg为分Leabharlann 点，根据实验数据对氟含量高、低浓度分
第41卷 第5期 2015年10月
环境保护科学 Environmental Protection Science
Vol.41 No.5 Oct.2015,128~130
铝电解车间氟化物和粉尘排放测试研究
何爱玲1，李 锐2，李 巍1 （1.沈阳环境科学研究院，辽宁 沈阳 110016；2.沈阳市环境保护局沈河分局，辽宁 沈阳 110003）
1 测试准备
1.1 仪器及设备 Testo 512测试仪、HF浓度测试仪、氟离子
选择性电极、甘汞电极、浸渍玻纤滤膜、皮托 管、粉尘测定仪、粉尘采样器等。 1.2 测试布点 1.2.1 单槽烟气测试点位 烟气管道的上下游均 有气流的交汇或弯管，则需避开交汇和弯管处， 选取距汇流较远，约1 m处的断面布置点位。为 保证测试点位的均匀和测试数据的准确性，在测 试断面选2个等面积环均匀布设4个点位，同时在 中心点布设测试点位，一共设置5个测试点位。 1.2.2 除尘器前烟气测试点位 在电解槽烟气汇 总管道上布置测点，管道直径2.7 m，测试点位选 择在测试断面的中心位置。为了保证数据的准确 性，增加了测试断面数量和测试频次，每隔15 cm 设一测试断面。 1.2.3 除尘器后烟气测试点位 在风机出口约3 m 处布置测试断面，尺寸为2.0 m×3.2 m矩形。考 虑测试难度及测试条件的可行性，测试断面布置 两列测孔，均与3.2 m边长平行。两侧测孔以中 心线对称，间距约1.0 m，同时每列的测孔之间 间隔为15 cm。 1.3 电解铝污染物的排放指标
收稿日期：2015-06-15 作者简介：何爱玲（1981-），女，硕士、工程师。研究方向：环境影响评价与大气污染防治。
第5期
何爱玲 等：铝电解车间氟化物和粉尘排放测试研究
129
在电解铝生产过程中产生的氟化物由电解 槽上集气装置收集后通过排气筒（有组织）排放 到空气中，和未被集气系统收集的氟化物（无组 织）排放到车间环境中，最后通过天窗排放到周 围环境。要减少电解车间氟化物及粉尘排放，关 键在于提高电解槽的集气效率[7]。在电解槽集气 效率为98.5%的情况下，排入大气环境的氟化物 一般占总排氟量的1.80%～3.96%。
He Ailing1, Li Rui2, Li Wei1 (1.Shenyang Academy of Environmental Sciences, Shenyang 110016, China; 2.Shenhe Branch of Shenyang Environmental Protection Bureau, Shenyang 110003, China)
Abstract: In this paper, the electrolytic fumes from 500kA series electrolytic tank were detected. At the outlet of the
purification system, the average content of dust was 15.0 mg/Nm3 and that of the total fluorine was 0.8 mg/Nm3. The time weighted average concentrations of dust and fluoride emitted from the skylight were 4.4 mg/Nm3 and 0.32 mg/Nm3 respectively. The test data of dust and total fluoride in two places satisfied the standard limit of 20.0 mg/Nm3 and 3.0 mg/Nm3 respectively stipulated in the Emission Standard of Pollutants for Aluminum Industry (GB25465-2010). The total fluorine gas efficiency of electrolytic tank was 97.20%. The air leakage rate of dust collector was 0.56%. The purification efficiency of dust and fluoride was 99.97% and 99.7% respectively. The testing results showed that the gas collecting efficiency of electrolytic tank was low. Therefore, the existing design should be revised to improve the gas collecting efficiency of electrolytic tank for reduction of the electrolytic flue gas emission. Keywords: Electrolytic Aluminum; Fluoride; Dust; Testing CLC number: X511