【其他行业标准】 电解铝生产全氟化碳排放量测定方法

ICS13.020.01
中华人民共和国有色金属行业标准YS/T801—2012
电解铝生产全氟化碳排放量测定方法Measuring and calculating methods for perfluorocarbon emissionsresultingfromagroupof cells
2012-11-07发布
中华人民共和国工业和信息化部2013-03-01实施
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243)归口。本标准负责起草单位：中国铝业股份有限公司郑州研究院。YS/T801—2012
本标准参加起草单位：中电投宁夏青铜峡能源铝业集团有限公司、有色金属技术经济研究院本标准主要起草人：赵春芳、褚丙武、牛庆仁、马存真、陈喜平、张元克、李波、詹磊、陈京晖、李荣柱、吴克明。
1范围
电解铝生产全氟化碳排放量测定方法YS/T801—2012
本标准规定了电解铝生产排放烟气中四氟化碳（CF）和六氟化碳(C,F。）浓度的测试方法、测试期间CF，和CzF。的排放率及斜率系数的计算方法本标准适用于电解铝生产排放烟气中四氟化碳（CF,）和六氟化碳（C.F。）浓度的测定、测试期间CF，和C,F。的排放率及斜率系数的计算。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T6040红外光谱测定方法通则GB/T16157固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法HJ/T47—1999烟气采样器技术条件3方法提要
采用傅立叶变换红外光谱仪测试电解烟气中CF，和C,F。的浓度，结合电解集气效率、测试期间采样点所包含电解槽的原铝产量及烟气流量等数据计算生产每吨铝的CF，和CF。的排放量及斜率系数。同时可以采用已建立斜率系数，结合非监测期间电解生产实时数据（包括铝产量，阳极效应数据等）计算吨铝的CF。和C,F。的排放量4术语和定义
下列术语、定义、符号和缩略语适用于本文件。4.1
perfluorocarbon
全氟化碳
简称PFC或PFCs，是氟原子替代碳氢化合物中所有氢原子而产生的碳氟化合物。电解铝生产过程中产生的全氟化碳包括：四氟化碳（CF。）和六氟化碳（C2F。）。4.2
烟气fume
电解槽在电解过程中产生的气态物。4.3
标准气体
sgasstandards
指气体状态的标准参比物质，包括高纯度标准气体和标准混合气体。标准混合气体是用高纯氮气作稀释气（又称平衡气或背景气），再添加一种其他的高纯气体（又称组分气或掺杂气）配制而成。4.4
校准气体
gascalibration
用于定期检查仪器准确度的标准混合气体。1
YS/T801—2012
工作曲线working standards
在一定温度和压力下，测试具有足够的含量范围又有一定梯度的每个浓度的标准混和气体，以特征吸收峰的峰高为纵坐标，浓度为横坐标，绘制的曲线称工作曲线。5材料
5.1高纯氮气（纯度99.99%）。
5.2液氮。
5.3标准混合气体：是待测样品气的高纯度标准气体与高纯氮气混和配制而成，每种气体应至少有三种浓度，浓度范围应覆盖预期检测到的待测样品气浓度。6仪器及设备
6.1傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）其结构除应满足GB/T6040规定外，应具有10m或5.11m长光程气体池以及液氮冷却或半导体制冷的MCT(汞-镉-碲化物）探测器，分辨率为0.5cm-I。其他参数参照附录A。6.2采样器
其组成及技术要求参照HJ/T47—1999中3.1和第4章规定，其他参数参照附录A。通常采样器由采样管、导气管、灰尘过滤器、流量测量与控制装置和抽气泵等部分组成。其中采样管（如；不锈钢管）应选用耐高温、耐腐蚀和不吸附被测气体的材料，其长度一般不宜短于800mm；导气管（如：特氟龙）用于连接采样管出口和抽气泵，管的内径应不小于6mm；灰尘过滤器材质为玻璃纤维或陶瓷；转子流量计用于流量测量及控制以保持采样系统流量恒定，流量范围0～2.0L/min；抽气泵（或低速泵）真空度：50kPa，抽气速度：15L/min。
7PFC浓度测定
7.1取样位置、时间及方法
7.1.1取样位置的选择应满足GB/T16157规定的内容，遵循安全、容易靠近的原则。通常选择在干法净化后主管道内采集烟气，也可以选择在烟窗内采集烟气。7.1.2取样时间应当考虑电解铝生产周期内的出铝、下料、更换阳极等所有正常操作环节，取样和测量时间至少为72h，以三天到五天为宜。7.1.3取样时将仪器安置在测试现场的合适位置（仪器和取样点之间的最佳的距离为30m，不应超过60m），选择合适的取样位置，把采样管插人电解槽烟气排放管道内，使用采样器（6.2)连续抽出管道内烟气进人FTIR的气体池内。
7.2PFC浓度测试
7.2.1仪器启动和校准：仪器接通电源，稳定1h以上。按照仪器说明书的要求对仪器进行测试前的准备工作。从仪器的进气口通人高纯氮气进行仪器的校准。7.2.2测试条件：应根据所采用傅立叶变换红外光谱仪的型号和性能，选择最佳测试条件。7.2.3建立工作曲线：在已知光程、温度和压力下，分别测试已知浓度的标准混合气体（5.3），建立工作2
曲线。
YS/T 801—2012
7.2.4烟气中PFC浓度的测定：在与7.2.3相同的温度和压力下，按照7.1.3把烟气引人傅立叶变换红外光谱仪，连续测定烟气中CF。和C,F。的浓度。7.2.5测试完成后，用高纯氮气充分吹扫气路及气体池大约30min后，退出测试系统，依次关闭高纯氮气、加热系统、电脑及仪器电源。7.2.6每次测定之前，应用校准气体检查工作曲线，测试值与实际浓度值误差不大于1%（体积分数）。PFC排放率的计算
8.1CF。排放率及斜率系数的计算8.1.1扫描时间段内CF。的排放量依据GB/T16157测量采样点管道中烟气在标准状况下的流量（m/h），按公式（1)将7.2.4得到的CF。的浓度数据转换为质量数据，按照公式（2)将阳极效应期间的CF，浓度数据转换为质量数据。mi
C.Xt×F×0.088×1000
22.4×105
AC.XtXF×0.088×1000
22.4×100
式（1）、（2)中：
扫描时间段内管道烟气中CF。质量，单位为千克（kg）；...
扫描时间段内阳极效应期间管道烟气中CF。质量，单位为千克（kg)；一扫描时间段内管道烟气中CF。浓度，单位为微升每升（μL/L)；..（1)
........(2)
一扫描时间段内管道烟气中阳极效应期间CF，浓度，单位为微升每升（μL/L)；仪器扫描CF。的时间段，单位为小时(h)；-取样点烟气标况流量，单位为立方米每小时（m\/h）；-CF。的摩尔质量，单位为千克每摩尔（kg/mol)；22.4×10°.在标准状况下，1摩尔气体的体积，单位为微升每摩尔（μL/mol)。8.1.2测试期间管道中总的CF。排放量按公式(3)将整个扫描时间段内CF。的量求和得到测试期间管道中总的CF。排放量。按照公式（4)将整个扫描时间段内阳极效应发生时段排放的CF。量求和得到测试期间阳极效应发生时管道中总的CF，排放量。
AMtd-Amd
式（3）、（4)中：
Mtd测试期间管道烟气中排放的总CF。量，单位为千克(kg)；AMa—测试过程中阳极效应期间管道烟气中排放的总CF量，单位为千克（kg)；m
扫描时间段内管道烟气中CF。质量，单位为千克（kg）；扫描时间段内阳极效应期间管道烟气中CF。质量，单位为千克(kg)。8.1.3测试期间总的CF。排放量
（3）
-（4）
如果电解集气效率大于或等于90%，则包括逃逸在内的测试期间CF4总量按公式（5)计算；包括逃逸在内的测试过程中阳极效应期间CF。总量按公式（6)计算3
YS/T801—2012
式(5)、（6)中：
M, = Mta/Eol
AM, = AMta/Eol
包括逃逸在内的测试期间烟气中CF。的总排放量，单位为千克（kg）；（5）
（6）
包括逃逸在内的测试过程中阳极效应期间烟气中CF。的总排放量，单位为千克（kg)；AM.
Mtd—测试期间管道烟气中CF的排放量，单位为干克(kg)；AMd—测试过程中阳极效应期间管道烟气中CF：的总排放量，单位为千克（kg）；E.电解集气效率。
测试期间原铝产量的计算
测试期间原铝产量按公式(7)计算：Q=9XnXt
式(7)中：
一测试期间原铝产量，单位为吨（t）；一单台电解槽日产原铝量，单位为千克每槽每日（kg/(cell·d)）；n一-采样点包含的电解槽数目，单位为槽（cell)；一测试时间，单位为关(d)。
8.1.5CF。的排放率和斜率系数的计算测试期间CF。排放率计算按公式（8），测试过程中阳极效应期间CF。排放率按公式（9)计算：RcF,M./Q
ARc,= AM./Q
式（8）、（9）中：
测试期间CF。的排放率，单位为千克每吨（铝)[kg/t(AI)］：测试过程中阳极效应期间CF。的排放率，单位为千克每吨（铝)[kg/t(AI)}；包括逃逸在内的测试期间烟气中CF。的总排放量，单位为千克（kg)；（7）
+（8）bzxz.net
（9）
包括逃逸在内的测试过程中阳极效应期间烟气中CF。的总排放量，单位为于克（kg）；—测试期间原铝产量，单位为吨(t)。CF。的斜率系数按照公式（10)进行计算：ScF,=ARcF, /AEM
式(10)中：
（10）
CF。的斜率系数，每槽每日每吨铝阳极效应每分钟产生的CF。的量，单位为千克每吨铝每分钟[kg/(t·Al·min)]；
阳极效应期间CF的排放率，单位为于克每吨（铝）[kg/t(Al)];AEM-
-测试过程中每槽每日阳极效应的持续时间，单位为分钟（min）。8.2C,F。排放率的计算
8.2.1扫描时间段内C,F。的排放量按公式(11)将7.2.4得到的C.F。的浓度数据转换为质量数据：Ch×t×F×0.138×1000
22.4×10%
式(11)中：
扫描时间段内管道烟气中C.F。质量，单位为干克（kg）；（11）
22.4×105
扫描时间段内管道烟气中C.F。浓度，单位为微升每升（uL/L）；仪器扫描C2F。时间段，单位为小时（h)；取样点烟气标况流量，单位为立方米每小时（m\/h）；C,F。的摩尔质量，单位为千克每摩尔（kg/mol)；在标准状况下，1摩尔气体的体积，单位为微升每摩尔（μL/mol)）。测试期间管道中总的C2F。排放量YS/T801—2012
按公式（12)将整个扫描时间段内CzF。的量求和得到测试期间管道中总的C,F。排放量：Mhd=-me
式(12)中：
Mba—一测试期间管道烟气中C,F。的排放量，单位为千克（kg）)；mhi
扫描时间段内管道烟气中CaF。质量，单位为千克（kg)。8.2.3测试期间总的C,F。排放量若电解集气效率大于或等于90%，则包括逃逸在内的测试期间CzF量按公式（13)计算：Mh=Mha/Eoi
式(13)中：
包括逃逸在内的烟气中C,F。的总排放量，单位为千克（kg）；Mha——测试期间管道烟气中C.F。的排放量，单位为千克（kg)；Eol—--电解集气效率。
8.2.4C,F。排放率的计算
测试期间原铝产量Q按公式（7)计算。测试期间C,F。的排放率按公式(14)计算：Rc,F。= Mn/Q
式(14)中：
测试期间C2F。排放率，单位为千克每吨（铝）(kg/t·（Al)）；Mh
包括逃逸在内的烟气中C.F。的总排放量，单位为千克（kg)；Q
9精密度
测试期间原铝产量，单位为吨（t）。9.1
不确定度的来源及评估
PFC测量和计算过程中的不确定度来源和评估见表1。表1
不确定度来源
红外光谱的校准
红外光谱的计算
烟气流量的测量
气体采集部分
各部分合成
估计的不确定度
·（12）
（13）
（14)
YS/T801—2012
2重现性和再现性
由于是在线测定，各种气体的浓度不断变化，所以本标准无法给出重现性和再现性。9.2.2准确度取决于标准气体的不确定度、仪器的稳定性、样品气中水分等对分析仪的干扰、取样系统的选择、设计及试验方法等。
测试报告
测试报告至少应包括下列内容，推荐采用附录B中的报告格式。a)
样品气体名称；
取样时间、地点及位置；
测定的起始日期；
仪器名称及型号；
电解厂工况；
测试过程中观察到的异常现象。A.1傅立叶变换红外光谱仪
附录A
（资料性附录）
仪器、设备
长光路-小体积：光程5.11m、体积200mL。液氮冷却MCT(汞-镉-碲化物）探测器。光谱采集范围：400cm-14000cm-1。光谱分辨率：0.5cm-1～128cm-1。扫描速度：0.5cm-分辨率下每秒扫描一次（按照仪器配制）。扫描时间：1s～300s。
采样温度：室温～200℃（取决于校准温度），校准温度为150℃。YS/T801—2012
采样压力：1.01325kPa～405.3kPa（取决于校准压力），校准压力通常选择一个标准大气压(101.325kPa)。
2采样系统
A.2.1采样器
采样器系统（参照HJ/T47一1999)由采样管、气体传输管、导气管、吸收装置、干燥器、流量测量与控制装置和抽气泵等部分组成。也可以按照仪器性能来确定是否需要吸收装置、干燥器等。目前，市场有商业的采样装置出售，图A.1为一种由过滤，流量测量与控制装置，加热装置及抽气泵组成的采样装置。
图中：
1--—进气口；
出气口；
温度控制装置；
抽气泵；
·流量控制旋钮；
流量显示屏。
图A.1采样装置
YS/T801-2012
A.2.2采样管线
采样管采用直径为15mm的不锈钢管，其端部有过滤材料；气体传输管采用Teflon管，可以耐酸碱及高温，用于连接采样管和采样装置。采集的气体经过采样装置中的流量控制、过滤、加热通过导气管进入仪器进行分析。导气管用于连接采样装置与仪器，为加热式的，其内管应选用耐热、耐腐蚀和不吸附被测气体的材料，管的内径应不小于6mm，管外包裹绝缘保温材料，外管用绝缘性、柔软性好的材料，导气管整体应设有加热、保温装置，整体温度控制在150℃以上。A.2.3采样流程
管道中气体样品的采集流程：气体通过采样管→气体传输管→加热式导气管→采样装置→加热式导气管→仪器。
测试人员
测试地点
采样位置
测试气体名称
附录B
（资料性附录）
测试报告格式
表B.1PFC测试结果
仪器生产厂家
仪器型号
计量单位
采样点包含电解槽数目
采样点烟气标况流量
测试时间
测试期间阳极效应次数
阳极效应系数
平均阳极效应持续时间
阳极效应时间
测试期间原铝产量
效应期间CF.排放量
测试期间CF排放量
测试期间CzF。排放量
CF。排放率
效应期间CF，排放率
CzF，排放率
CFs/CF，重量比
斜率系数Scr
单槽日原铝产量
实际电流强度
平均槽电压
电流效率
N/(cell · day)
min/(cell · day)
[kg/t(Al)]
[kg/t(Al)]
[kg/t(Al)】
无量纲
kg/(t+Al -min)
测试期间电解系列工况
kg/(cell ·day)
阳极效应开始电压
阳极效应结束电压
阳极效应系数
N/(cell·day)
测试日期
YS/T 801—2012
年月日
指示值
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