電解鋁生產(chǎn)用氧化鋁濃相輸送系統(tǒng)

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧 沈陽(yáng) 110166）

1 概述

濃相輸送是濃相輸送裝置的簡(jiǎn)稱，是輸送氧化鋁，氟化鹽等粉狀物料的重要裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，節(jié)省能耗，節(jié)省經(jīng)營(yíng)費(fèi)用等特點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用于電解鋁廠的氧化鋁和氟化鹽輸送及煙氣凈化系統(tǒng)[1]。

2 濃相輸送的特點(diǎn)

①濃相輸送與稀相輸送比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：由于采用靜壓輸送，壓縮空氣用量比稀相輸送少，輸送等量的物料時(shí)動(dòng)力消耗可減少3/4以上；②固氣比高達(dá)50，稀相輸送的固氣比在10以下，可通過縮小管徑來降低管道輸送壓力，系統(tǒng)終端尾氣排放量少，降低配套的除塵系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)行費(fèi)用；③管道內(nèi)物料輸送速度控制在1～2m/s，可以減少對(duì)管道的磨損。輸送管系統(tǒng)可使用普通鋼管作為輸送主管道，而且系統(tǒng)運(yùn)行噪音小；④設(shè)備簡(jiǎn)單，維修工作量?。虎轁庀噍斔拖到y(tǒng)垂直輸送高度達(dá)30m～40m，水平輸送距離可達(dá)1000m。主管直徑可達(dá)150mm～250mm，系統(tǒng)最大輸送能力為30-50t/h；⑥物料在輸送過程中破損小，并且在管道轉(zhuǎn)向處也不結(jié)垢，輸送管道在轉(zhuǎn)向處也無(wú)需做特殊處理；⑦易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，操作人員少；⑧卸料靈活，設(shè)備空間布置靈活，限制小。

3 濃相輸送的原理

濃相輸送裝置是輸送氧化鋁，氟化鹽等粉狀物料的先進(jìn)裝置。當(dāng)氣流中顆粒濃度在0.2以上，固氣混合系統(tǒng)的空隙率ε＜0.78時(shí)，稱為濃相輸送。濃相輸送技術(shù)是套管式氣力壓送式輸送，與稀相輸送比較，固氣比高，氣流速度小，輸送壓力低。因此，減少了壓縮空氣用量，降低了運(yùn)行能耗和物料破損率。濃相輸送管一般由內(nèi)管和外管兩根管道焊接組成，特制的內(nèi)管焊接在外管內(nèi)壁。兩根管道外管導(dǎo)入固體顆粒狀物料，內(nèi)管導(dǎo)入壓縮空氣。采用內(nèi)管是濃相輸送是關(guān)鍵，內(nèi)管的開口尺寸、位置等參數(shù)和輸送過程中的氣流速度對(duì)輸送過程影響極大。

圖1 濃相輸送管道結(jié)構(gòu)圖

濃相輸送管的工作原理就是利用流體的最小阻力原理。從壓力角度考慮：移動(dòng)一段短料柱所需的總壓力??；從氣流速度考慮：在切割料栓時(shí)，氣流速度是重要的影響因素。因此，氣流速度高時(shí)會(huì)形成長(zhǎng)料栓，氣流速度低時(shí)則容易形成短料栓，并且由于內(nèi)管產(chǎn)生的脈沖力不同，逐漸降低氣流速度，料栓的長(zhǎng)度則逐漸變短，到一定程度就會(huì)轉(zhuǎn)變成流態(tài)化的物料流動(dòng)，要想采用較低的空氣壓力將濃相料栓送走，就需要將料栓長(zhǎng)度切短。當(dāng)主輸送管道中物料發(fā)生堆積并可能發(fā)生堵管時(shí)，由于阻力增大，進(jìn)入內(nèi)套管的空氣量增加，內(nèi)套管內(nèi)空氣流速迅速增大，導(dǎo)致其中兩個(gè)開口氣流射流產(chǎn)生的壓差大于輸送兩點(diǎn)間的料段壓力，使堆積的物料被分割吹散，輸送空氣重新進(jìn)入主輸送管。重新進(jìn)入主輸送管的空氣在此區(qū)域形成紊流。這樣料段不斷分割、移動(dòng)、吹散，將物料不斷向前輸送。

4 濃相輸送的特點(diǎn)

濃相輸送技術(shù)屬氣力輸送中的靜壓輸送技術(shù)，濃相輸送在輸送過程中不同于稀相輸送，它是直接利用壓縮空氣的靜壓能來推動(dòng)物料，且物料是以非懸浮態(tài)栓狀流動(dòng)。因此要求的風(fēng)速低，不存在能量傳遞和顆粒間的摩擦損失，故能耗、管壁磨損和氧化鋁破損比稀相低。另外濃相輸送還具有配置靈活、占面積地小和自動(dòng)化程度高。

5 濃相發(fā)送器輸送系統(tǒng)概述

（1）系統(tǒng)組成。濃相輸送系統(tǒng)主要由濃相發(fā)送罐、壓縮空氣氣源、控制系統(tǒng)、輸送管、氧化鋁料倉(cāng)等五大部分組成。①濃相發(fā)送罐。濃相發(fā)送罐具有較厚的壁厚，能承受氧化鋁的長(zhǎng)期沖刷磨損，是耐疲勞耐磨損的容器。在整個(gè)輸送系統(tǒng)中，它將料斗輸送過來的新鮮氧化鋁，經(jīng)加壓流化處理后通過輸送管到送至氧化鋁料倉(cāng)中，是整個(gè)輸送系統(tǒng)的核心部分。②壓縮空氣氣源。壓縮空氣氣源由空氣壓縮機(jī)、除油器、干燥器、儲(chǔ)氣罐及供氣管道等組成，主要作用是為發(fā)送罐及氣動(dòng)控制部分提供高質(zhì)量的壓縮空氣。除油器和干燥器的作用是用于降低壓縮空氣中含有的油、水以及雜質(zhì)，提高壓縮空氣的質(zhì)量。③控制系統(tǒng):以PLC可編程控制器（也可以采用工控機(jī)）作為控制系統(tǒng)的核心部件，對(duì)發(fā)送罐工作中的各種參數(shù)進(jìn)行控制，并通過氣動(dòng)元件控制各種機(jī)械元件的動(dòng)作。通過模擬屏或CRT顯示器顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，同時(shí)附有手動(dòng)就地操作功能。④輸送管道。由于物料輸送速度低，在通常情況下，采用一般的無(wú)縫鋼管即可，不需要采用耐磨鋼管。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：氣力輸送的水平距離可以超過1000m。

（2）濃相發(fā)送罐工作過程。濃相發(fā)送罐的控制方式中，可分為兩種工作方式：第一種工作方式為手動(dòng)工作方式，手動(dòng)方式可以在濃相發(fā)送罐調(diào)試過程中使用。在這種工作方式中，濃相發(fā)送罐上各閥門均可以自由動(dòng)作，這樣既可以方便調(diào)試，也可以在濃相發(fā)送罐發(fā)生故障后進(jìn)行操作。第二種工作方式為自動(dòng)工作方式，在正常的情況下，應(yīng)以自動(dòng)工作方式開展工作。在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，濃相發(fā)送罐將以自動(dòng)循環(huán)的工作方式進(jìn)行，其主要工作過程如下：①濃相發(fā)送罐自動(dòng)運(yùn)行后，測(cè)氣源壓力達(dá)到所設(shè)定上限值時(shí)，進(jìn)氣閥打開，壓縮空氣進(jìn)入濃相發(fā)送罐內(nèi)，濃相發(fā)送罐內(nèi)物料開始被加壓和流化（注：此過程為加壓過程）。②當(dāng)濃相發(fā)送罐內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)（所設(shè)定的濃相發(fā)送罐壓力上限值），吹堵閥打開，延時(shí)一定時(shí)間后輸送閥自動(dòng)打開。③當(dāng)濃相發(fā)送罐內(nèi)物料輸送完畢，壓力下降到等于或接近管道阻力時(shí)（所設(shè)定的濃相發(fā)送罐下限值），加壓和吹堵閥停止，輸送閥在延時(shí)一定時(shí)間后關(guān)閉（以排盡濃相發(fā)送罐內(nèi)壓縮空氣）。此過程為濃相發(fā)送罐剛投入自動(dòng)時(shí)的空送過程。④當(dāng)輸送閥關(guān)閉以后，間隔一定時(shí)間，濃相發(fā)送罐進(jìn)料閥打開，氧化鋁進(jìn)入濃相發(fā)送罐體內(nèi)。當(dāng)料位計(jì)發(fā)出料滿信號(hào)或達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，進(jìn)料閥自動(dòng)關(guān)閉，在這個(gè)過程中采用料位計(jì)和進(jìn)料時(shí)間并行控制方式。只要料位到或進(jìn)料時(shí)間到，都將自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)料閥。運(yùn)行過程中通常以料位控制為主，時(shí)間控制為輔。因此，當(dāng)在三電場(chǎng)或二電場(chǎng)發(fā)送器在設(shè)定進(jìn)料時(shí)間時(shí)，不要把進(jìn)料時(shí)間設(shè)置得過少，以免發(fā)濃相發(fā)送罐頻繁工作，增加能源消耗。

整個(gè)過程結(jié)束，從而完成一次循環(huán)。