電解鋁生產用氧化鋁濃相輸送系統

（東北大學設計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

1 概述

濃相輸送是濃相輸送裝置的簡稱，是輸送氧化鋁，氟化鹽等粉狀物料的重要裝置。該裝置具有結構簡單，運行可靠，節省能耗，節省經營費用等特點，國外已廣泛應用于電解鋁廠的氧化鋁和氟化鹽輸送及煙氣凈化系統[1]。

2 濃相輸送的特點

①濃相輸送與稀相輸送比較具有以下優點：由于采用靜壓輸送，壓縮空氣用量比稀相輸送少，輸送等量的物料時動力消耗可減少3/4以上；②固氣比高達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，系統終端尾氣排放量少，降低配套的除塵系統建設及運行費用；③管道內物料輸送速度控制在1～2m/s，可以減少對管道的磨損。輸送管系統可使用普通鋼管作為輸送主管道，而且系統運行噪音?。虎茉O備簡單，維修工作量??；⑤濃相輸送系統垂直輸送高度達30m～40m，水平輸送距離可達1000m。主管直徑可達150mm～250mm，系統最大輸送能力為30-50t/h；⑥物料在輸送過程中破損小，并且在管道轉向處也不結垢，輸送管道在轉向處也無需做特殊處理；⑦易于實現全自動控制，操作人員少；⑧卸料靈活，設備空間布置靈活，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裝置。當氣流中顆粒濃度在0.2以上，固氣混合系統的空隙率ε＜0.78時，稱為濃相輸送。濃相輸送技術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，降低了運行能耗和物料破損率。濃相輸送管一般由內管和外管兩根管道焊接組成，特制的內管焊接在外管內壁。兩根管道外管導入固體顆粒狀物料，內管導入壓縮空氣。采用內管是濃相輸送是關鍵，內管的開口尺寸、位置等參數和輸送過程中的氣流速度對輸送過程影響極大。

圖1 濃相輸送管道結構圖

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：移動一段短料柱所需的總壓力小；從氣流速度考慮：在切割料栓時，氣流速度是重要的影響因素。因此，氣流速度高時會形成長料栓，氣流速度低時則容易形成短料栓，并且由于內管產生的脈沖力不同，逐漸降低氣流速度，料栓的長度則逐漸變短，到一定程度就會轉變成流態化的物料流動，要想采用較低的空氣壓力將濃相料栓送走，就需要將料栓長度切短。當主輸送管道中物料發生堆積并可能發生堵管時，由于阻力增大，進入內套管的空氣量增加，內套管內空氣流速迅速增大，導致其中兩個開口氣流射流產生的壓差大于輸送兩點間的料段壓力，使堆積的物料被分割吹散，輸送空氣重新進入主輸送管。重新進入主輸送管的空氣在此區域形成紊流。這樣料段不斷分割、移動、吹散，將物料不斷向前輸送。

4 濃相輸送的特點

濃相輸送技術屬氣力輸送中的靜壓輸送技術，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物料，且物料是以非懸浮態栓狀流動。因此要求的風速低，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、占面積地小和自動化程度高。

5 濃相發送器輸送系統概述

（1）系統組成。濃相輸送系統主要由濃相發送罐、壓縮空氣氣源、控制系統、輸送管、氧化鋁料倉等五大部分組成。①濃相發送罐。濃相發送罐具有較厚的壁厚，能承受氧化鋁的長期沖刷磨損，是耐疲勞耐磨損的容器。在整個輸送系統中，它將料斗輸送過來的新鮮氧化鋁，經加壓流化處理后通過輸送管到送至氧化鋁料倉中，是整個輸送系統的核心部分。②壓縮空氣氣源。壓縮空氣氣源由空氣壓縮機、除油器、干燥器、儲氣罐及供氣管道等組成，主要作用是為發送罐及氣動控制部分提供高質量的壓縮空氣。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，提高壓縮空氣的質量。③控制系統:以PLC可編程控制器（也可以采用工控機）作為控制系統的核心部件，對發送罐工作中的各種參數進行控制，并通過氣動元件控制各種機械元件的動作。通過模擬屏或CRT顯示器顯示當前的工作狀態，同時附有手動就地操作功能。④輸送管道。由于物料輸送速度低，在通常情況下，采用一般的無縫鋼管即可，不需要采用耐磨鋼管。經實驗發現：氣力輸送的水平距離可以超過1000m。

（2）濃相發送罐工作過程。濃相發送罐的控制方式中，可分為兩種工作方式：第一種工作方式為手動工作方式，手動方式可以在濃相發送罐調試過程中使用。在這種工作方式中，濃相發送罐上各閥門均可以自由動作，這樣既可以方便調試，也可以在濃相發送罐發生故障后進行操作。第二種工作方式為自動工作方式，在正常的情況下，應以自動工作方式開展工作。在系統投入運行后，濃相發送罐將以自動循環的工作方式進行，其主要工作過程如下：①濃相發送罐自動運行后，測氣源壓力達到所設定上限值時，進氣閥打開，壓縮空氣進入濃相發送罐內，濃相發送罐內物料開始被加壓和流化（注：此過程為加壓過程）。②當濃相發送罐內壓力達到設定值時（所設定的濃相發送罐壓力上限值），吹堵閥打開，延時一定時間后輸送閥自動打開。③當濃相發送罐內物料輸送完畢，壓力下降到等于或接近管道阻力時（所設定的濃相發送罐下限值），加壓和吹堵閥停止，輸送閥在延時一定時間后關閉（以排盡濃相發送罐內壓縮空氣）。此過程為濃相發送罐剛投入自動時的空送過程。④當輸送閥關閉以后，間隔一定時間，濃相發送罐進料閥打開，氧化鋁進入濃相發送罐體內。當料位計發出料滿信號或達到設定時間時，進料閥自動關閉，在這個過程中采用料位計和進料時間并行控制方式。只要料位到或進料時間到，都將自動關閉進料閥。運行過程中通常以料位控制為主，時間控制為輔。因此，當在三電場或二電場發送器在設定進料時間時，不要把進料時間設置得過少，以免發濃相發送罐頻繁工作，增加能源消耗。

整個過程結束，從而完成一次循環。