NEUI電解鋁集約型物料輸送系統(tǒng)

王尚元，楊青辰，班允剛，劉 靖

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

0 引 言

目前，電解鋁市場(chǎng)開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，是全方位的競(jìng)爭(zhēng)。以電解槽為代表的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)依然是重中之重，其他配套系統(tǒng)的“對(duì)標(biāo)”也陸續(xù)走上競(jìng)爭(zhēng)舞臺(tái)。因此，為了提高東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院(有限公司)(中文簡(jiǎn)稱(chēng)：東大院，英文簡(jiǎn)稱(chēng)：NEUI)電解鋁專(zhuān)業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，需要對(duì)電解鋁生產(chǎn)各環(huán)節(jié)開(kāi)展對(duì)標(biāo)、分析、研究和提升。

1 現(xiàn)有輸送系統(tǒng)存在的問(wèn)題

破碎電解質(zhì)是電解鋁生產(chǎn)的重要物料，在電解鋁生產(chǎn)中作為覆蓋料使用，維持電解槽熱平衡；同時(shí)參與電解鋁生產(chǎn)，提高氟化物的利用率，可以減少污染物(氟化物)的排放。

氟化鹽主要作為電解鋁的助熔劑，以降低氧化鋁的熔點(diǎn)和提高電解質(zhì)導(dǎo)電率，對(duì)鋁電解降低能耗、節(jié)約成本具有重要意義。

破碎電解質(zhì)和氟化鹽是電解鋁生產(chǎn)的重要物料，其輸送過(guò)程是電解鋁生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。目前，輸送系統(tǒng)存在著投資、運(yùn)行成本高，運(yùn)行不穩(wěn)定，機(jī)械故障率高、綠色指標(biāo)差等缺點(diǎn)。下面從破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)和氟化鹽輸送系統(tǒng)2個(gè)方面進(jìn)行介紹。

1.1 破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)

目前，破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)通常設(shè)置在電解車(chē)間通廊附近，采用敞開(kāi)式的翻斗車(chē)輸送物料，采用敞開(kāi)式收塵罩收塵。通過(guò)斗式提升機(jī)將物料輸送至高位料倉(cāng)內(nèi)貯存。高位料倉(cāng)中的物料通過(guò)溜槽、螺旋給料機(jī)或帶式輸送機(jī)等方式輸送至多功能機(jī)組的破碎電解質(zhì)料箱內(nèi)，在換極時(shí)作為覆蓋料添加到陽(yáng)極塊頂表面。傳統(tǒng)的破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)流程詳見(jiàn)圖1。

圖1 傳統(tǒng)破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of traditional conveying system of crushed electrolyte

傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)存在著以下不足：

(1)采用翻斗車(chē)輸送破碎電解質(zhì)，卸料過(guò)程中揚(yáng)塵大，側(cè)開(kāi)式收塵罩收塵效果不佳，收塵煙氣量大；需要設(shè)置獨(dú)立的收塵系統(tǒng)，投資、運(yùn)行成本高；

(2)加料斗與高位料倉(cāng)均具有存貯能力，功能重合；

(3)采用溜槽或螺旋輸送機(jī)輸送時(shí)，存在著下料不暢的缺陷；采用帶式輸送機(jī)輸送時(shí)存在著投資運(yùn)行成本高、下料不暢、機(jī)械故障率高以及揚(yáng)塵大等缺陷。

1.2 氟化鹽輸送系統(tǒng)

目前，氟化鹽輸送系統(tǒng)通常設(shè)置在電解車(chē)間通廊附近，通過(guò)稀相輸送系統(tǒng)將氟化鹽輸送至氟化鹽高位料倉(cāng)內(nèi)貯存。高位料倉(cāng)中的物料通過(guò)溜槽輸送至多功能機(jī)組的氟化鹽料箱內(nèi)，最后參與電解生產(chǎn)。傳統(tǒng)的氟化鹽輸送系統(tǒng)流程詳見(jiàn)圖2。

這種傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)存在著以下不足：

(1)輸送系統(tǒng)的投資、運(yùn)行成本高；

(2)電解槽通常設(shè)置1～2個(gè)氟化鹽加料點(diǎn)，氟化鹽添加至槽內(nèi)后存在著熔解不均勻，濃度梯度大的問(wèn)題。

圖2 傳統(tǒng)氟化鹽輸送系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow chart of traditional conveying system of fluoride salts

2 技術(shù)開(kāi)發(fā)

針對(duì)上述存在的兩方面問(wèn)題，以“緊湊、簡(jiǎn)約、通暢”為設(shè)計(jì)理念，NEUI開(kāi)發(fā)了“電解鋁集約型物料輸送系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要包括：“集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)”和“集約型氟化鹽輸送系統(tǒng)”。

文化傳承與詮釋?zhuān)歉咧姓Z(yǔ)文核心素養(yǎng)的重要內(nèi)涵，高中語(yǔ)文的學(xué)習(xí)過(guò)程，是對(duì)漢語(yǔ)以及中華文化的學(xué)習(xí)。因此，在高中語(yǔ)文教學(xué)中，漢語(yǔ)文化是教學(xué)的重點(diǎn)[1]。尤其是在信息化時(shí)代下，社會(huì)文化呈現(xiàn)出多元性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于本民族文化的認(rèn)同感，成為培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷的重要工作。所以，在高中語(yǔ)文核心素養(yǎng)培養(yǎng)中，對(duì)于文化傳承與詮釋的重視，有助于培養(yǎng)學(xué)生健康的思想觀念。

2.1 集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)

針對(duì)現(xiàn)有破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)存在的不足，綜合分析、研究各種系統(tǒng)和設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，NEUI開(kāi)發(fā)了“集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)”，其流程詳見(jiàn)圖3。

圖3 集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow chart of conveying system of intensive crushed electrolyte

“集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)”對(duì)傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)的工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化。

(1)采用全封閉式電解質(zhì)混料車(chē)輸送破碎電解質(zhì)，配備密閉式收塵罩收集卸料過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵，降低了卸料過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵量。利用電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)的負(fù)壓進(jìn)行收塵，利用電解煙氣凈化系統(tǒng)的高效除塵器進(jìn)行凈化處理，取消了傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)中獨(dú)立的除塵子系統(tǒng)。通過(guò)上述措施降低了系統(tǒng)的投資、運(yùn)行成本，也減少了污染物的排放量。全封閉式電解質(zhì)混料車(chē)詳見(jiàn)圖4，密閉式收塵罩詳見(jiàn)圖5。

圖4 全封閉式電解質(zhì)混料車(chē)Fig.4 Fully enclosed electrolyte mixture truck

圖5 密閉式收塵罩Fig.5 Closed dust hood

(2)在保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，將傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)的高位料倉(cāng)和加料斗進(jìn)行功能合并，增大加料斗的容積，取消高位料倉(cāng)，降低了系統(tǒng)的投資成本。

(3)采用下料溜管替代傳統(tǒng)的溜槽、螺旋給料機(jī)或帶式輸送機(jī)輸送物料。實(shí)現(xiàn)了輸送系統(tǒng)的集約型優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)的投資、運(yùn)行成本，同時(shí)也減少了系統(tǒng)的維修量。

集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)詳見(jiàn)圖6。

2.2 集約型氟化鹽輸送系統(tǒng)

NEUI開(kāi)發(fā)了“集約型氟化鹽輸送系統(tǒng)”，其流程詳見(jiàn)圖7。

圖6 集約型破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)Fig.6 Conveying system of intensive crushed electrolyte

圖7 集約型氟化鹽輸送系統(tǒng)流程圖Fig.7 Conveying system of intensive fluoride salts

“集約型氟化鹽輸送系統(tǒng)”對(duì)傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)的工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化：

(2)在凈化系統(tǒng)返回溜槽的上方設(shè)置加料平臺(tái)，將袋裝氟化鹽拆袋后添加到返回溜槽內(nèi)，通過(guò)返回溜槽、斗式提升機(jī)輸送至載氟氧化鋁倉(cāng)內(nèi)與載氟氧化鋁混合后，通過(guò)超濃相溜槽輸送至電解槽內(nèi)參與電解生產(chǎn)。在物料的提升過(guò)程中、物料在倉(cāng)頂?shù)穆淞线^(guò)程中、物料在溜槽內(nèi)的輸送過(guò)程中氟化鹽可均勻得混合到載氟氧化鋁中。加料過(guò)程中產(chǎn)生的揚(yáng)塵通過(guò)收塵罩和管道引入電解煙氣凈化系統(tǒng)的排煙掛網(wǎng)，通過(guò)電解煙氣凈化系統(tǒng)的高效除塵器進(jìn)行凈化處理；

(3)氟化鹽通過(guò)超濃相溜槽輸送至電解槽的多個(gè)氧化鋁料箱內(nèi)，而不是傳統(tǒng)的1～2個(gè)料箱內(nèi)，提高了電解槽內(nèi)氟化鹽熔解的均勻性和電解質(zhì)成分的穩(wěn)定性。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

結(jié)合1個(gè)50萬(wàn) t/a的電解鋁項(xiàng)目為例，實(shí)現(xiàn)的主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 優(yōu)化了工藝流程

開(kāi)發(fā)的“電解鋁集約型物料輸送系統(tǒng)”，取消了傳統(tǒng)破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)中的獨(dú)立除塵子系統(tǒng)，利用電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)的負(fù)壓進(jìn)行收塵，利用電解煙氣凈化系統(tǒng)的高效除塵器進(jìn)行凈化處理；優(yōu)化了傳統(tǒng)破碎電解質(zhì)輸送系統(tǒng)中的存貯系統(tǒng)，取消了高位料倉(cāng)；采用下料溜管替代傳統(tǒng)的溜槽、螺旋給料機(jī)或帶式輸送機(jī)輸送破碎電解質(zhì)。將氟化鹽直接添加到凈化系統(tǒng)載氟氧化鋁返回溜槽內(nèi)，通過(guò)溜槽直接輸送至電解槽的8個(gè)氧化鋁料箱內(nèi)參與電解反應(yīng)。

該技術(shù)優(yōu)化了傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)的工藝流程，踐行了“緊湊、簡(jiǎn)約、通暢”的設(shè)計(jì)理念。

3.2 降低了系統(tǒng)的投資、運(yùn)行成本

以1個(gè)50萬(wàn) t/a電解鋁項(xiàng)目為例，傳統(tǒng)輸送系統(tǒng)與集約型物料輸送系統(tǒng)的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比詳見(jiàn)表1。

表1 “集約型物料輸送系統(tǒng)”的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表Tab.1 Major techno-economic comparison of intensive material conveying system

由表1可見(jiàn)：對(duì)比傳統(tǒng)系統(tǒng)，集約型物料輸送系統(tǒng)的投資成本節(jié)省426萬(wàn)元；年運(yùn)行成本節(jié)省4.9萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.3 綠色、節(jié)能效益明顯

對(duì)比傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)，集約型物料輸送系統(tǒng)投入運(yùn)行后，粉塵的排放量從1.22 t/a降低至0.21 t/a，同比減少82.7 %，踐行了電解鋁廠的綠色發(fā)展理念。

對(duì)比傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)，集約型物料輸送系統(tǒng)投入運(yùn)行后，噸鋁電耗從1.0 kW·h/t-Al降低至0.89 kW·h/t-Al，年節(jié)電5.5×104kW·h，節(jié)能效益顯著。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)該技術(shù)為NEUI自主開(kāi)發(fā)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)“破碎電解質(zhì)與氟化鹽輸送系統(tǒng)”的集成創(chuàng)新，創(chuàng)新成果在實(shí)際工程上得到了應(yīng)用，主要技術(shù)指標(biāo)同比顯著提高，達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

(2)在同等年產(chǎn)50萬(wàn) t/a電解鋁產(chǎn)能的規(guī)模下，采用“電解鋁集約型物料輸送系統(tǒng)”，投資成本同比降低426萬(wàn)元，年運(yùn)行成本減少4.9萬(wàn)元，每年節(jié)電5.5×104 kW·h以上(年節(jié)電效益1.9萬(wàn)元)，采用該技術(shù)的系統(tǒng)投入運(yùn)行后，除塵系統(tǒng)的粉塵排放量從1.22 t/a降低至0.21 t/a，降幅達(dá)82.7 %，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益顯著。

(3)該技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，使NEUI在電解鋁配套工藝的對(duì)標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)中具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。