槽密閉對(duì)鋁電解槽煙氣量的影響

王 培

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槽密閉對(duì)鋁電解槽煙氣量的影響

王 培

（中鋁國(guó)際工程股份有限公司貴陽(yáng)分公司 貴陽(yáng) 550081）

電解鋁廠重污染、高能耗日益受到國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注，其中電解煙氣凈化系統(tǒng)大功率排煙風(fēng)機(jī)耗能占鋁電解能耗不小的比例。從電解槽密閉方面進(jìn)行研究，試驗(yàn)了一系列改造措施，并通過(guò)實(shí)測(cè)煙氣量，驗(yàn)證了槽密閉性能對(duì)電解槽煙氣量影響巨大。通過(guò)改善槽密閉，能提高電解槽煙氣集氣效率，減少進(jìn)入凈化系統(tǒng)排煙量，從而減小凈化系統(tǒng)大功率排煙風(fēng)機(jī)能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

槽密閉；鋁電解煙氣；槽蓋板；支管閥；煙氣量

0 引言

現(xiàn)代鋁工業(yè)采用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法預(yù)焙槽生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)鋁液。在電解反應(yīng)進(jìn)行中，電解槽內(nèi)不斷產(chǎn)生有害煙氣，其中主要成分為SO2，HF，CO，CO2等氣態(tài)物質(zhì)以及氧化鋁、炭和冰晶石粉塵等固態(tài)物質(zhì)。為了阻止煙氣擴(kuò)散至車間內(nèi)，每臺(tái)電解槽設(shè)置了密閉措施以及集氣罩，將電解槽內(nèi)維持負(fù)壓控制煙氣不外溢，并通過(guò)排煙管網(wǎng)將煙氣匯集后進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行凈化處理，再通過(guò)大型排煙風(fēng)機(jī)達(dá)標(biāo)排放。電解槽所散發(fā)的煙氣中，電化學(xué)產(chǎn)生的煙氣有害物濃度高，但是煙氣量非常小，約只占電解槽排煙量的10%（下文稱此部分煙氣為有效風(fēng)）。為防止有害物外溢，槽上部集氣罩抽吸的絕大部分都是通過(guò)槽蓋板、陽(yáng)極導(dǎo)桿、打殼裝置縫隙進(jìn)入車間內(nèi)的空氣（下文稱此部分煙氣為無(wú)效風(fēng)）。而電解槽排煙量的大小以及管道系統(tǒng)阻力等因素決定了電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙風(fēng)機(jī)能耗。排煙風(fēng)機(jī)的能耗占凈化系統(tǒng)總能耗90%以上，而電解煙氣凈化系統(tǒng)占全廠綜合交流電耗的1.4%～2.2%。特別是現(xiàn)在超大型電解槽先后問(wèn)世，電解煙氣凈化系統(tǒng)容量越來(lái)越大，環(huán)保要求和電力成本的不斷提高，節(jié)能減排方案的實(shí)施已迫在眉睫。因此，為了達(dá)到既降低進(jìn)入凈化系統(tǒng)的煙氣量，又能控制住有害物外溢，增強(qiáng)電解槽集氣效率，以此減少凈化系統(tǒng)能耗的目的，本文從電解槽的密閉性這個(gè)角度進(jìn)行了大量的改造試驗(yàn)和實(shí)測(cè)研究。

1 改造方案

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)電解槽相關(guān)槽密閉、集氣罩設(shè)計(jì)以及槽蓋板密閉的考查，結(jié)合國(guó)外相關(guān)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，我們?cè)趪?guó)內(nèi)某電解鋁廠160KA系列槽上，進(jìn)行一系列具體的研究測(cè)試，具體方案內(nèi)容如下：

（1）針對(duì)電解槽打殼裝置在槽上部打擊頭處煙氣外溢、煙氣泄漏大問(wèn)題，更換新型圓形打擊頭，加強(qiáng)打擊頭周邊密封，對(duì)槽內(nèi)打擊頭周圍設(shè)計(jì)特殊排氣口，增加局部排煙量；

（2）針對(duì)現(xiàn)有槽蓋板變形嚴(yán)重，連接處縫隙大，煙氣泄漏量大的問(wèn)題，采用新型密閉保溫型槽蓋板替換；

（3）針對(duì)電解槽集氣罩捕集率不高，集氣效果不好問(wèn)題，在電解槽眉板下設(shè)計(jì)制作高效集氣盒，加強(qiáng)從頂部集氣；

（4）在陽(yáng)極導(dǎo)桿處增加有效的密封板，進(jìn)行陽(yáng)極導(dǎo)桿處新密封設(shè)計(jì)；

在以上方案確定后，在車間中挑選了一臺(tái)序號(hào)為824#電解槽進(jìn)行了一系列改造措施，包括更換新型打擊頭、增大打擊頭局部排風(fēng)量、在水平集煙管上增加集煙盒、替換新型密閉槽蓋板等。改造成功實(shí)施后，從現(xiàn)場(chǎng)目視觀察的效果看，改觀很大，效果明顯，其中影響電解槽排煙量最大的因素為槽蓋板的密閉性。為了用數(shù)據(jù)說(shuō)話，更加科學(xué)的驗(yàn)證方案實(shí)施后的效果，以下進(jìn)行了試驗(yàn)槽煙氣測(cè)試工作。

2 測(cè)試方案

（1）確保824#電解槽運(yùn)行正常、所在工作區(qū)電解槽狀況穩(wěn)定，并確定電解槽排煙支管閥門無(wú)損壞以及該區(qū)煙氣凈化系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。

（2）在該區(qū)車間外排煙干管中部開孔，開孔位置須滿足規(guī)范要求：氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍煙道直徑，以及距上述部件上游方向不小于2倍煙道直徑處，即在測(cè)試槽排煙支管接入干管三通后符合上述條件的位置開孔。

（3）選定824#試驗(yàn)槽為煙氣測(cè)試槽，并提前在824#相對(duì)應(yīng)廠房外的排煙干管煙管上開好2個(gè)Ф80mm的測(cè)試圓孔（即圖中2#測(cè)孔和3#測(cè)孔），并在824#槽煙道端排煙支管上開好Ф80mm的測(cè)試圓孔（即5#測(cè)孔）。開孔方案見下圖1。

（4）測(cè)量操作開始前，需確保氧化鋁輸送系統(tǒng)停止運(yùn)行，即確保風(fēng)動(dòng)溜槽無(wú)排氣進(jìn)入電解煙氣凈化排煙干管。

圖1 煙氣測(cè)試開孔方案

（5）排煙支管閥調(diào)試方法：先將閥門開啟一個(gè)較小角度，觀察電解槽冒煙情況，然后逐步微調(diào)閥門角度，同時(shí)觀察電解槽直至肉眼看不見煙氣冒出，穩(wěn)定10分鐘后，開始測(cè)量。

（6）為了測(cè)試更加科學(xué)有效，共將824#槽蓋板及支煙管開度組合為5種狀態(tài)：

測(cè)量狀態(tài)1：新槽蓋板+電解槽不冒煙（支管閥開度為40°）；測(cè)量狀態(tài)2：換為舊槽蓋板+支煙閥角度不動(dòng)（支管閥開度為40°）；測(cè)量狀態(tài)3：舊槽蓋板+調(diào)支煙閥至不冒煙（支管閥開度為55°），此狀態(tài)即是現(xiàn)有電解槽運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)；測(cè)量狀態(tài)4：換回新槽蓋板+閥角度不動(dòng)（支管閥開度為55°）；測(cè)量狀態(tài)5：新槽蓋板+閥角度分2次調(diào)回狀態(tài)1（支管閥開度為55°→45°→40°），此狀態(tài)即是進(jìn)行一系列槽密閉改造后試驗(yàn)槽的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

（7）每個(gè)狀態(tài)測(cè)5組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)測(cè)5種參數(shù)：煙氣標(biāo)干流量（m3/h）、動(dòng)壓（Pa）、靜壓（kPa）、煙氣溫度（℃）和煙氣流速（m/s）。

3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

由于干管上的2#測(cè)孔和3#測(cè)孔所受干擾因素較多，且開孔位置無(wú)法開在符合測(cè)量規(guī)范要求的位置，所測(cè)數(shù)據(jù)不具備參考性，以下分析均基于排煙支管（5#測(cè)孔）上測(cè)量數(shù)據(jù)。為了數(shù)據(jù)真實(shí)，2#測(cè)孔和3#測(cè)孔的數(shù)據(jù)也分別記錄在列。

3.1 狀態(tài)1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

824測(cè)量狀態(tài)1：新槽蓋板 +電解槽不冒煙，支管閥開度為40°時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 狀態(tài)1數(shù)據(jù)

3.2 狀態(tài)2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

824測(cè)量狀態(tài)2：換為舊槽蓋板 +支煙閥角度不動(dòng)，支管閥開度為40°時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。

從狀態(tài)1到狀態(tài)2現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄：824#槽從新槽蓋板換為舊蓋板后約20秒，立即看到較大量煙氣從槽蓋板的頂部和邊部冒出；電解槽煙氣捕集效果明顯不好。

從狀態(tài)1到狀態(tài)2的測(cè)試數(shù)據(jù)分析：煙氣外溢是由于槽蓋板縫隙明顯增大，對(duì)無(wú)效風(fēng)阻力減小，集煙管抽吸槽外無(wú)效風(fēng)增多，并還不能控制煙氣外逸。

表2 狀態(tài)2數(shù)據(jù)

3.3 狀態(tài)3統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

824測(cè)量狀態(tài)3：舊槽蓋板+調(diào)支煙閥至不冒煙，支管閥開度為55°時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表3。

從狀態(tài)2到狀態(tài)3現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄：調(diào)速舊蓋板對(duì)應(yīng)的支煙閥開度為55°后，電解槽不冒煙。

從狀態(tài)2到狀態(tài)3的測(cè)試數(shù)據(jù)分析：煙氣不外溢是由于閥門開度增加，進(jìn)一步減小風(fēng)管阻力，增加抽吸風(fēng)量才能控制煙氣外逸。

表3 狀態(tài)3數(shù)據(jù)

3.4 狀態(tài)4統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：

824測(cè)量狀態(tài)4：換回新槽蓋板+閥角度不動(dòng)，時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。

從狀態(tài)3到狀態(tài)4現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄：換回新槽蓋板后，電解槽維持不冒煙狀態(tài)。

從狀態(tài)3到狀態(tài)4的測(cè)試數(shù)據(jù)分析：槽蓋板縫隙明顯減小，煙氣量雖然不變，但抽吸的有效風(fēng)增大，無(wú)效風(fēng)減小，并且無(wú)效風(fēng)還有過(guò)剩。

表4 狀態(tài)4數(shù)據(jù)

3.5 狀態(tài)5統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

824測(cè)量狀態(tài)5：新槽蓋板+閥角度分2次調(diào)回狀態(tài)1，支管閥開度為55°→45°→40°時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表5。從狀態(tài)4到狀態(tài)5現(xiàn)場(chǎng)觀察記錄：未看到明顯情況。從狀態(tài)4到狀態(tài)5的測(cè)試數(shù)據(jù)分析：煙氣量減小是由于閥門開度減小，在控制煙氣不外逸的前提下，減小了抽吸過(guò)剩的無(wú)效風(fēng)。

表5 狀態(tài)5數(shù)據(jù)

3.6 各狀態(tài)數(shù)據(jù)相互對(duì)比情況

（1）狀態(tài)5和狀態(tài)1對(duì)比

表6 狀態(tài)5與狀態(tài)1數(shù)據(jù)對(duì)比

（2）狀態(tài)5和狀態(tài)3對(duì)比

表7 狀態(tài)5與狀態(tài)3數(shù)據(jù)對(duì)比

（3）狀態(tài)3為現(xiàn)有電解槽標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，與原設(shè)計(jì)值對(duì)比

表8 狀態(tài)3與原設(shè)計(jì)值對(duì)比

（4）狀態(tài)5為試驗(yàn)電解槽標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，與原設(shè)計(jì)值對(duì)比

表9 狀態(tài)5與原設(shè)計(jì)值對(duì)比

注：所有風(fēng)量均為工況風(fēng)量。

3.7 測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析

測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析匯總見下表10。

表10 測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4 結(jié)論

槽密閉性能的好壞，對(duì)電解槽排煙量的大小有決定性的影響。采用一系列改善電解槽密閉性的措施以后，特別是增加槽蓋板的密閉性，可以有效控制有害物質(zhì)外溢的同時(shí)，減少無(wú)效風(fēng)的抽吸量，提高電解槽集氣效率。排煙量的實(shí)測(cè)值反映出采取較好密閉措施的電解槽排煙支管閥門可減小開度15°左右，減小排煙量46.2%（狀態(tài)5和3對(duì)比得出）。與原設(shè)計(jì)值相比，可減小排煙量33.3%（狀態(tài)5與設(shè)計(jì)值對(duì)比得出）。所以，僅僅從改善電解槽密閉效果這一個(gè)角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就能使進(jìn)入凈化系統(tǒng)的總排煙量顯著減小，相應(yīng)的排煙風(fēng)機(jī)的能耗將大幅減少，從而達(dá)到節(jié)能減排的良好效果。

[1] 邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁（第三版）[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

[2] 劉業(yè)翔,李劼.現(xiàn)代鋁電解[M].北京:冶金工業(yè)出版社, 2008.

[3] 宋海琛,劉雅鋒,汪林.淺談電解煙氣凈化系統(tǒng)的能耗[J].輕金屬,2012,(2):63-64.

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[5] 劉迅,鄧翔.鋁電解槽排煙量的確定方法[J].輕金屬, 2013,(5):62-64.

The Influence of the Airtight on the Aluminum Electrolysis Pots Smoke Volume

Wang Pei

( China Aluminum International Engineering Corportation Limited Guiyang branch, Guiyang, 550081 )

Electrolytic aluminum plant, increasingly heavy pollution and high energy consumption is focus on the state, the high-power exhaust fan of potroom fume treatment system energy consumption accounts for aluminium electrolytic no small proportion of energy consumption. Through the research of this paper from the aspects of electrolyzer airtight test a series of reform measures, and through the actual smoke gas, verified the effect of electrolytic pot airtight performance is enormous. Improving pot airtight, can improve the efficiency of electrolyzer smoke gas collecting, decrease into smoke purification system, reducing purification system power exhaust fan energy consumption, to achieve the effect of energy conservation and emissions reduction.

Pot Airtight; Pot Fume; Pot Cover plate; Branch Valve; Smoke Volume

1671-6612（2016）06-724-05

TF09

A

王 培（1983.01-），男，本科，工程師，E-mail：93436148@qq.com

2015-06-15