槽密閉對鋁電解槽煙氣量的影響

王 培

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槽密閉對鋁電解槽煙氣量的影響

王 培

（中鋁國際工程股份有限公司貴陽分公司 貴陽 550081）

電解鋁廠重污染、高能耗日益受到國家重點關注，其中電解煙氣凈化系統(tǒng)大功率排煙風機耗能占鋁電解能耗不小的比例。從電解槽密閉方面進行研究，試驗了一系列改造措施，并通過實測煙氣量，驗證了槽密閉性能對電解槽煙氣量影響巨大。通過改善槽密閉，能提高電解槽煙氣集氣效率，減少進入凈化系統(tǒng)排煙量，從而減小凈化系統(tǒng)大功率排煙風機能耗，達到節(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焙槽生產(chǎn)技術生產(chǎn)鋁液。在電解反應進行中，電解槽內不斷產(chǎn)生有害煙氣，其中主要成分為SO2，HF，CO，CO2等氣態(tài)物質以及氧化鋁、炭和冰晶石粉塵等固態(tài)物質。為了阻止煙氣擴散至車間內，每臺電解槽設置了密閉措施以及集氣罩，將電解槽內維持負壓控制煙氣不外溢，并通過排煙管網(wǎng)將煙氣匯集后進入布袋除塵器進行凈化處理，再通過大型排煙風機達標排放。電解槽所散發(fā)的煙氣中，電化學產(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）。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槽蓋板、陽極導桿、打殼裝置縫隙進入車間內的空氣（下文稱此部分煙氣為無效風）。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)排煙風機能耗。排煙風機的能耗占凈化系統(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世，電解煙氣凈化系統(tǒng)容量越來越大，環(huán)保要求和電力成本的不斷提高，節(jié)能減排方案的實施已迫在眉睫。因此，為了達到既降低進入凈化系統(tǒng)的煙氣量，又能控制住有害物外溢，增強電解槽集氣效率，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角度進行了大量的改造試驗和實測研究。

1 改造方案

通過對國內電解槽相關槽密閉、集氣罩設計以及槽蓋板密閉的考查，結合國外相關技術發(fā)展狀況，我們在國內某電解鋁廠160KA系列槽上，進行一系列具體的研究測試，具體方案內容如下：

（1）針對電解槽打殼裝置在槽上部打擊頭處煙氣外溢、煙氣泄漏大問題，更換新型圓形打擊頭，加強打擊頭周邊密封，對槽內打擊頭周圍設計特殊排氣口，增加局部排煙量；

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

（3）針對電解槽集氣罩捕集率不高，集氣效果不好問題，在電解槽眉板下設計制作高效集氣盒，加強從頂部集氣；

（4）在陽極導桿處增加有效的密封板，進行陽極導桿處新密封設計；

在以上方案確定后，在車間中挑選了一臺序號為824#電解槽進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。改造成功實施后，從現(xiàn)場目視觀察的效果看，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)說話，更加科學的驗證方案實施后的效果，以下進行了試驗槽煙氣測試工作。

2 測試方案

（1）確保824#電解槽運行正常、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損壞以及該區(qū)煙氣凈化系統(tǒng)排風機運行正常。

（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)測應設置在距彎頭、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#試驗槽為煙氣測試槽，并提前在824#相對應廠房外的排煙干管煙管上開好2個Ф80mm的測試圓孔（即圖中2#測孔和3#測孔），并在824#槽煙道端排煙支管上開好Ф80mm的測試圓孔（即5#測孔）。開孔方案見下圖1。

（4）測量操作開始前，需確保氧化鋁輸送系統(tǒng)停止運行，即確保風動溜槽無排氣進入電解煙氣凈化排煙干管。

圖1 煙氣測試開孔方案

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

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

測量狀態(tài)1：新槽蓋板+電解槽不冒煙（支管閥開度為40°）；測量狀態(tài)2：換為舊槽蓋板+支煙閥角度不動（支管閥開度為40°）；測量狀態(tài)3：舊槽蓋板+調支煙閥至不冒煙（支管閥開度為55°），此狀態(tài)即是現(xiàn)有電解槽運行標準狀態(tài)；測量狀態(tài)4：換回新槽蓋板+閥角度不動（支管閥開度為55°）；測量狀態(tài)5：新槽蓋板+閥角度分2次調回狀態(tài)1（支管閥開度為55°→45°→40°），此狀態(tài)即是進行一系列槽密閉改造后試驗槽的標準狀態(tài)。

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

3 測試數(shù)據(jù)及分析

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

3.1 狀態(tài)1統(tǒng)計數(shù)據(jù)

824測量狀態(tài)1：新槽蓋板 +電解槽不冒煙，支管閥開度為40°時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 狀態(tài)1數(shù)據(jù)

3.2 狀態(tài)2統(tǒng)計數(shù)據(jù)

824測量狀態(tài)2：換為舊槽蓋板 +支煙閥角度不動，支管閥開度為40°時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

從狀態(tài)1到狀態(tài)2現(xiàn)場觀察記錄：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的測試數(shù)據(jù)分析：煙氣外溢是由于槽蓋板縫隙明顯增大，對無效風阻力減小，集煙管抽吸槽外無效風增多，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)計數(shù)據(jù)

824測量狀態(tài)3：舊槽蓋板+調支煙閥至不冒煙，支管閥開度為55°時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3。

從狀態(tài)2到狀態(tài)3現(xiàn)場觀察記錄：調速舊蓋板對應的支煙閥開度為55°后，電解槽不冒煙。

從狀態(tài)2到狀態(tài)3的測試數(shù)據(jù)分析：煙氣不外溢是由于閥門開度增加，進一步減小風管阻力，增加抽吸風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)計數(shù)據(jù)：

824測量狀態(tài)4：換回新槽蓋板+閥角度不動，時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表4。

從狀態(tài)3到狀態(tài)4現(xiàn)場觀察記錄：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，但抽吸的有效風增大，無效風減小，并且無效風還有過剩。

表4 狀態(tài)4數(shù)據(jù)

3.5 狀態(tài)5統(tǒng)計數(shù)據(jù)

824測量狀態(tài)5：新槽蓋板+閥角度分2次調回狀態(tài)1，支管閥開度為55°→45°→40°時的統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5。從狀態(tài)4到狀態(tài)5現(xiàn)場觀察記錄：未看到明顯情況。從狀態(tài)4到狀態(tài)5的測試數(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，減小了抽吸過剩的無效風。

表5 狀態(tài)5數(shù)據(jù)

3.6 各狀態(tài)數(shù)據(jù)相互對比情況

（1）狀態(tài)5和狀態(tài)1對比

表6 狀態(tài)5與狀態(tài)1數(shù)據(jù)對比

（2）狀態(tài)5和狀態(tài)3對比

表7 狀態(tài)5與狀態(tài)3數(shù)據(jù)對比

（3）狀態(tài)3為現(xiàn)有電解槽標準狀態(tài)，與原設計值對比

表8 狀態(tài)3與原設計值對比

（4）狀態(tài)5為試驗電解槽標準狀態(tài)，與原設計值對比

表9 狀態(tài)5與原設計值對比

注：所有風量均為工況風量。

3.7 測試數(shù)據(jù)對比分析

測試數(shù)據(jù)對比分析匯總見下表10。

表10 測試數(shù)據(jù)對比分析

4 結論

槽密閉性能的好壞，對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外溢的同時，減少無效風的抽吸量，提高電解槽集氣效率。排煙量的實測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對比得出）。與原設計值相比，可減小排煙量33.3%（狀態(tài)5與設計值對比得出）。所以，僅僅從改善電解槽密閉效果這一個角度進行優(yōu)化設計，就能使進入凈化系統(tǒng)的總排煙量顯著減小，相應的排煙風機的能耗將大幅減少，從而達到節(jié)能減排的良好效果。

[1] 邱竹賢.預焙槽煉鋁（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.

[4] 王立穎.青鋁160kA電解槽密閉排煙系統(tǒng)存在的問題及改進[J].青海環(huán)境,1999,(3):119-122.

[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