第42卷第3期2023年6月廣西電解鋁行業排污現狀及減污降碳途徑研究覃東棉1,文豐玉1,熊建華2,韋吉福3,張曉峰4(1.廣西博宇生態環境有限公司，南寧530000;2.廣西大學，南寧530004;3.廣西廣宏工程咨詢有限公司，南寧530000,4.廣西博環環境咨詢服務有限公司，南寧530000)摘要：為助力廣西電解鋁行業減污降碳，實現碳達峰、碳中和，通過污染物排放及碳排放計算，分析行業的污染物排放水平、碳排放水平，對行業未來減污降碳途徑進行情景分析。研究結果表明，行業二氧化硫的排放強度為9.6551kg/t-Al,惰性陽極新技術的應用，基本消除二氧化硫的排放。行業碳排放強度為9.288t/t-Al,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,陽極炭塊消耗碳排放強度為1.4388t/t-Al,陽極效應碳排放強度為0.2982t/t-Al。采取控制電流消耗、炭陽極升級、CCS技術應用可基本消除電解鋁生產過程的碳排放。本文通過情景分析，提出廣西電解鋁行業減污降碳三步走思路，對廣西碳排放治理工作提供了新方法。關鍵詞：電解鋁；碳排放；煙氣脫硫；排放強度中圖分類號：X701文獻標識碼：A文章編號：1001-3644(2023)03-0174-08QINDong-mian1,WENFeng-yu1,XIONGJian-hua2,WEIJi-fu3,ZHANGXiao-f(1.GuangxiBoyuEcologicalEnuironmentCo.,Ltd,Nanning530000,China;2.GuangxiUniversity,Nanning530004,China;3.GuangxiguanghongEngineerinCo.,Ltd,Nanning530000,China;4.GuangxiBohuanEnvironmentalConsultingServicAbstract:InordertohelpelectrolyticaluminumindustryreducepollutionandcarboninGuapeakingandcarbonneutrality,thispaperanalyzedthepollutantemissionlevelandcarbonemissionlindustrythroughthepollutionandcarbonemissioncalculation,andcarbonreductioninthefuture.Theresultsshowedththeapplicationofinertanodetechnologycanbasicallyeliminatethesulfurdioxideemission.Thecaindustrywas9.288t/t-Al,including7.5518t/t-Alforpot-Alforanodeeffect.Carbonemissionsfromelectrolyticaluminumproductioncanbebasiconsumption,upgradingcarbonanodeandapplyingCCStechnology.Throughscenariothree-stepapproachtoreducepollutionandcarbonemissionsofelectrolyticaluminumindustryinGuangxmethodforcarbonemissioncontrKeywords:Electrolyticaluminum;carbonemission;fluegasdesulfuri2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆放的二氧化碳量高達4.2億t,占有色金屬行業萬方數據總耗電量5375億千瓦時，占國內發電量7.44%,其中火電占電解鋁用電總量的86%,水電等新能源占14%[2]。2020年，我國電解鋁行業年二氧化硫排放總量約達50萬t,占全國二氧化硫總排放318.2萬t的15.71%。行業二氧化硫的排放總量為21016t,占全區二氧化硫排放總量87843.14t的23.92%,廣西區電解鋁產業碳排放總量約為5469.93萬t,占全區碳排放量的7.01%,電解鋁行業作為高耗能高排放工業，末端治理[3~6,關于控制炭陽極消耗、炭陽極含硫率對行業減排的研究甚少。鋁行業碳排放研究表明，鋁行業減排的三個方向7,包括電力脫碳、國際上已經對鋁生產溫室氣體減排有了明確的方向，但是各個地區的技術水平、能源利用結構不盡相同12],基于廣西區域特征進行電解行業碳減產碳排放強度的75.8%,同時，廣西電解鋁企業90%均是單獨設立，不配套有炭陽極生產和氧化鋁網，電解鋁企業主要污染物排放環節為電解煙氣，原料用途的排放(炭陽極消耗)、過程排放(陽極效應)。本研究的研究對象以廣西電解鋁企業的特征確定，見圖1,本研究的時間期限為2011年~2020年。如表1所示，廣西現有電解鋁企業共11家13),總產能約279.5萬t,主要集中在百色市和來賓市，其中百色地區電解鋁產能達229.5萬t,占全區總產能的82.11%,分布在右江區、田陽7個市/縣；來賓電解鋁建成產能50萬t/a,占全區總產能17.89%。電解鋁企業的生產技術均采用預焙陽極電解槽，電解槽型從最初的240kA的槽型發展至國內最先進的600kA的槽型[14,電解煙氣從干法凈化系統逐步提升至干法煙氣凈化系統+濕法煙氣脫硫，3家企業采用了濕法電解煙氣脫硫技術，占比27.27%,電解煙氣處理技術達到國內南方電網供應，電源主要為火電+水電，局域電網供電比例81.82%,火電供電比例與國家水平基本Tab.1Distributionofelectrolyticalumin(萬t/a)電能1企業1234萬方數據 萬方數據續表1(萬V/a)電能2020年廣西電解鋁產量完成217.77萬t,占全國電解鋁產能的5.87%[16,其中百色市電解鋁產量172.18萬t,占全區總產量的79.07%。從圖2可以看出，“十二五”期間，廣西電解鋁產能基本保持在60萬t左右，產能波動較小?！笆濉逼陂g，得益于百色生態型鋁產業示范基地的建設以及廣西鋁產業“二次創業”的促進作用，廣西電解鋁行業進入一個飛速發展階段，電解鋁產量從“十二五”末的57.56萬t增加到了2020年的217.77萬t,增長了2.78倍。產量→同比增長00201120122013201420152016201720182019時間(年)Fig.2Changeofelectrolyticalumi硫、顆粒物和氟化物，二氧化硫采用物料衡算法，碳排放核算方法有很多[18],本研究碳排放核算方法來自《溫室氣體排放核算與報告要求第4碳(CF?)和六氟化碳(C?F?)兩種全氟化碳EPc=EFcF?×P×GWPco?通過污染物排放計算方法計算，廣西2011~3期覃東棉等：廣西電解鋁行業排污現狀及減污降碳途徑研究177萬方數據2020年期間電解鋁企業大氣污染物排放情況見表2,從廣西整體行業平均水平看，二氧化硫的排放強度為9.6551kg/tAl、氟化物的排放強度為0.1879kg/tAl、煙塵的排放強度為0.6077廣西電解鋁行業全年二氧化硫排放量為21026t/a、氟化物排放量為409t/a、煙塵的排放量為1323t/a,分析，企業2和企業8自備陽極炭生產車間，控制陽極炭塊中的含硫率，從常規電解鋁企業控制的2%降至0.61%～0.78%,二氧化硫的排放量可削減61%～69.4%。從炭陽極消耗量分析，廣西炭陽極凈耗量水平在394～410kg/tAl之間，從410kg/tAl降至397kg/tAl,二氧化硫的排放量可削減3.17%。從末端治理角度分析，企業1、企業3、企業4、企業5、企業6、企業7未采取煙氣脫硫，二氧化硫的排放強度在11.04～16kg/tAl,企業9、企業10、企業11采取了煙氣脫硫，二氧化硫的排放強度為2.364～2.4kg/tAl之間，末端煙氣脫硫可削減二氧化硫的排放量80%以上。表2廣西2011～2020年期間電解鋁企業大氣污染物排放情況Tab.2Emissionofairpollutantsfro陽極碳耗污染物排放量(kg/tAl)1企業1無2無3無42無52無62無72無8無922企業112解鋁行業污染集中在大氣污染，大氣污染排放量較大的因子為二氧化硫。針對電解鋁企業二氧化硫的減排對策，主要有控制炭陽極含硫率、降低炭陽極消耗量、增加末端治理措施以及惰性陽極技術的突破。廣西電解鋁炭陽極含硫率在0.61%～2.0%之間，行業陽極炭塊含硫率一般在0.2%～4.0%之間[20,廣西炭陽極消耗量在397～410kg/t-Al之間，行業在采取優質預焙陽極時，炭陽極消耗為380～400kg/t-Al21],硫[22,很多研究者在鋁電解惰性陽極上面進行了大量的研究[23,國家四部委也將鋁電解惰性陽極技術開發作為有色金屬冶煉行業節能降碳改造升級實施指南的工作方向。本研究以陽極消耗(現狀、最優380kg/t-Al)、炭陽極含硫率(現狀、最優0.2%)、煙氣治理措施(現狀、煙氣脫硫)、惰性陽極技術應用(現狀、惰性陽極技術)為控制對象，設定減排情景，由于惰性陽極技術應用后，不應用的情景，共9個情景，見表3。萬方數據Tab.3Emissionreductionpotentialofelect陽極消耗陽極含硫率陽極種類二氧化硫排放單量削減率情景1無無無惰性陽極技術的應用無無無無無氣脫硫的情境下，二氧化硫的削減率分別為87.23%和79.27%,削減率較大，削減率最大為用仍需時間過程[24]。在雙向因素控制的情景下，率最低，為80.28%,控制炭陽極含硫率并進行煙氣脫硫的情景下，削減率最高，為97.51%,削減后行業二氧化硫的排放強度為0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁企業二氧化硫排放總量為523t/a。在三項因素優化的情景下，行業二氧化硫的排放強度為0.228kg/t-Al,廣西電解鋁企業二氧化硫排放總量為497t/a,相比于控制炭陽極含硫率并進行煙氣脫硫的情景僅下降0.13%,即在低炭陽極含硫率強度可降低至1.2328kg/t-Al,廣西電解鋁行業排放總量可降至2685t/a;第二步(2030年)進行煙氣脫硫，二氧化硫排放強度可降低至0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁行業排放總量可降至523t/a;第三根據公式(1)～公式(3)計算電解鋁行業碳排放情況，計算出廣西2011-2020年期間電解鋁企業碳排放情況見表4,廣西電解鋁行業整體碳排放平均水平看，碳排放強度為9.288t/t-Al,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,低于全國的7.8615t/t-AI24,炭陽極消耗碳排放強度為1.4388t/t-Al,與全國陽極消耗碳排放水平1.3~1.5t/t-Al持平，陽極效應碳排放強度為0.2982t/t平。電力消耗產生的碳排放是電解鋁企業碳排放的主要來源，占整個行業碳排量的81.30%,其次是炭陽極消耗，占比為15.49%,陽極效應過程碳排放占比很小，僅為3.21%。電力消耗主要取決于企業的交流電耗，廣西電解鋁企業的交流電耗水平與全國的水平對比情況見圖3,僅有兩家未達到《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平占比18.18%,其中有6家企業達到了《高耗能行業重點領域能效標桿水平和基準水平(2021年版)》的標桿水平(13000kWh/t-Al),占比54.55%,廣西電解鋁行業交流電耗控制水平尚佳，3期覃東棉等：廣西電解鋁行業排污現狀及減污降碳途徑研究179萬方數據電力消耗碳排放(t/t-Al)陽極炭塊消耗碳排放(/t-Al)陽極效應碳排放(t/t-Al)企業1企業11企業6交流電耗…基準水平—標桿水平企業名稱Fig.3ACpowerconsumptionlevelofelectrolytic碳捕獲與封存(CCS)技術應用26]。電解鋁行業在采取優質預焙陽極時，炭陽極消耗為380~400kg/t-AI21;隨著鋁工業整體技術進步，鋁電可以控制在12500kWh/t-Al27~29〕;惰性陽極技術在不斷研發推進中，包括鐵基陽極和陶瓷陽極等，放。本研究以炭陽極消耗380kg/t-Al、交流電耗12500kWh/t-Al、惰性陽極技術和碳捕獲與封存(CCS)技術應用為控制對象，設定碳減排情景，見表5。電力消耗表5廣西電解鋁行業減排潛勢reductionpotentialofelectrol(萬/a)削減率情景1 萬方數據削減15.49%的碳排放；采用CCS技術的情景下，可削減18.70%的碳排放量；控制交流電耗12500kWh/t-Al的情境下，可削減3.91%的碳排放量。在雙因素優化的情景下，控制交流電耗12500kWh/t-Al、炭陽極升級為惰性陽極的情境下，可削減18.60%的碳排放；控制交流電耗12500kWh/t-Al、采用CCS的情境下，可削減21.81%的碳排放。新技術惰性陽極及碳捕獲與封存(CCS)的技達峰、碳中和之路可以采取三部走，第一步(2025年)將普通的炭陽極升級為優質炭陽極，并度可降低至8.926t/t-Al,電解鋁行業碳排放總量可降至1944萬t/a;第二步(2030年)進行惰性t-Al,電解鋁行業排放總量可降至1646萬t/a,下降18.60%;第三部(2060年)采用CCS技術，對電解過程產生的PFCs進行捕集和封存，消除電解鋁行業二氧化硫的排放強度為9.6551kg/t-氟化物的排放強度為0.1879kg/t-Al、煙塵的排放強度為0.6077kg/t-Al。其中二氧化硫的排放低至1.2328kg/t-Al,廣西電解鋁行業排放總量可降至2685t/a;第二步進行煙氣脫硫，二氧化硫排放強度可降低至0.2403kg/t-Al,廣西電解鋁行業排放總量可降至523t/a;第三部進行惰性陽極行業碳排放強度為9.288t/t-Al,碳排放總量為2023萬t/a,其中電力消耗碳排放強度為7.5518t/t-Al,占比81.3%,是行業碳減排的關鍵因素。部走，第一步將普通的炭陽極升級為優質炭陽極，強度可降低至8.926t/t-Al;第二步進行惰性陽極新技術的應用，碳排放強度可降低至7.5607t/t-Al;第三部采用CCS技術，對電解過程產生的PF-Cs進行捕集和封存，消除電解鋁過程碳排放，在進CCS技術，從而改善行業污染物及碳排放排放要加以解決，通過本文研究，提供一種以清潔生[1]杜心，謝文俊，王世興.我國鋁行業碳達峰碳中和路徑研究[J].有色冶金節能，2021,8(4):14.[2]竇宏秀，王震.加快電解鋁行業碳達峰助力鋁產業綠色低[3]張素娣，馬普利，張丹.電解鋁煙氣治理現狀及發展趨勢分析[J].甘肅冶金，2021,43(6):48-54.[4]高三平.電解鋁脫硫調研評估及新型技術應用研究[D].上[5]余創，彭學斌，田林，等.電解鋁煙氣脫硫技術研究進展[J].云南冶金，2019,48(4):40-[6]劉大鈞，家權.我國電解鋁行業現狀分析及環保優化發展[7]TheIntermationalAluminiumhousegaspathwaysto2050[EB/OL].2021-03.[8]竇宏秀，王震.加快電解鋁行業碳達峰助力鋁產業綠色低[9]丁寧，高峰，王志宏，等.原鋁與再生鋁生產的能耗和溫室氣體排放對比[J].中國有色金屬