1、概述

預焙陽極電解鋁廠陽極組裝工段是把鋁電解槽使用過的陽極也稱殘極經過處理,取出鋁導桿和鋼爪頭,然后將經陽極焙燒爐焙燒后的新陽極炭塊和鋁導桿、鋼爪頭進行組裝,使之成為新陽極,送電解車間供電解槽使用。預焙陽極電解鋁廠陽極組裝工段,包括預焙陽極的組裝、電解質和殘極的清理及回收利用等。殘極清理和殘極壓脫、導桿清刷、鋼爪清理等都會產生大量粉塵,因此,為了適應環保和車間衛生條件的要求,必須設置排風除塵系統。本文就貴州鋁廠第三電解鋁廠陽極組裝工段大型除塵系統的主要設計參數、設計方案、運行效果進行分別論述。

2、主要設計參數

貴州鋁廠第三電解鋁廠,年產電解鋁8萬t, 1987年10月開工建設,與其配套的陽極系統包括陽極組裝工段于1994年6月交付生產投入使用。陽極組裝工段除塵系統具有除塵風管長、除塵風量大、除塵點較多的特點,陽極組裝工段除塵系統主要是殘極清理和殘極壓脫2個除塵系統,其主要設計參數見表1。

表1　殘極清理和殘極壓脫系統主要設計參數表

殘極清理系統散發粉塵的生產設備是:托盤傾翻裝置,初次、二次及手動殘極清理機和皮帶運輸機等。殘極壓脫系統散發粉塵的生產設備是:自動和手動殘極壓脫機、鋼爪清理機及皮帶運輸機等。

3、除塵系統方案

陽極組裝除塵系統粉塵主要是炭素塵,呈黑色,粒度小,可見性明顯。因此,除塵系統運行好壞,車間內衛生條件和除塵系統排出口濃度很容易觀察到。另外,陽極組裝生產工藝設備自動化水平較高,電氣設備要求車間粉塵濃度很嚴格,因此,除塵系統設計整體方案包括風管配置、排風罩設置、設備的選擇要合理、先進。

3.1　除塵風管配置

陽極組裝工段為單層廠房,室內工藝設備配置比較緊湊,因此,除塵風管和排風罩布置需緊密與生產工藝設備配合好,否則就會影響工藝設備正常操作和運行。除塵風管一般應盡量垂直或傾斜敷設,以防除塵風管積灰。但在陽極組裝工段,由于條件受限,除塵風管配置只能采取支管垂直敷設、匯合總管水平敷設的方案,這樣對生產工藝設備的運行操作才不會有影響,而且水平匯合管還必須高于車間的組裝懸鏈輸送設備,當然,針對除塵風管的水平敷設需采取相應的防止積灰措施。

3.2　排風量的確定和除塵系統阻力計算

各排風點的排風量大小關系到塵源點的粉塵散發,對于陽極組裝的工藝設備散塵點的排風量主要是依據現有的專業設計手冊和經驗數據來確定,對于排風罩的控制風速一般采用0.6——2.0m/s。其各收塵點排風量見表2。

對于多點除塵系統的阻力計算,采用風管等速計算法和支管設置鋼制蝶閥調節,使除塵系統阻力達到平衡,除塵系統總阻力為不利環路的阻力,依據總阻力和除塵器的阻力來確定風機的壓力。

3.3　除塵設備

通常電解鋁廠炭素系統除塵設備多采用反吸風扁袋除塵器、小型脈沖袋式除塵器等,而且往往室內布置居多。但本陽極組裝車間由于是擴建工程,除塵設備只能室外布置,而且位置有限,系統風量也比較大。因此,需考慮除塵設備向空間發展,這樣,在除塵設備選擇上選擇GFC負壓反吹風布袋除塵器,根據系統的風量和粉塵性質,所選擇的袋式除塵設備型號及技術參數見表3。

3.4　風機設備

根據除塵系統風管阻力和袋式除塵器設備阻力,風機的參數選擇見表4。

3.5　收塵粉料輸送

袋式除塵器回收的粉料可作生產原料,因此,收下來的粉料直接返回生產線末端,粉料輸送采用螺旋輸送機設備,與除塵系統聯鎖運行。

4　除塵系統的幾個問題

4.1　多點除塵系統風管壓力平衡計算

在多點除塵系統的風管壓力平衡計算過程中,傳統的計算方法多采用靜壓平衡法。這種計算方法在理論上比較精確,但在工廠實際安裝的風管系統往往和設計的風管系統不同,使原來壓力平衡的各并聯管路出現不平衡。另外,不同的設計手冊,盡管條件相同,查找出的局部阻力系數值等參數并不相同,這也會造成理論計算值與實際情況有差別。另外,靜壓平衡法計算過程繁瑣,為了平衡風管,往往要進行大量的重復計算工作,而且有些風管的管徑為了滿足壓力平衡計算,風管管徑過大過小會帶來風管速度不符合除塵系統要求。在多年的設計過程中,我們采用等速計算法來計算多點除塵系統風管壓力。實踐證明,各排風支管可達到平衡,這樣可減少計算工作量。等速計算法是根據除塵風管的速度要求,按節點處各支管、分支管段風速相等的原則進行管徑計算，并以長風管管路為不利管路,個別管路進行適當的風速調整,為方便現場安裝調試和保證等速計算后除塵系統滿足設計要求,各排風點均設鋼制調節蝶閥。等速計算法,采用編程計算風管管徑及壓力平衡,根據匯合管和支管壓力損失可以計算出各支管蝶閥卸料器的開啟角度,使除塵系統風管各支管壓力達到平衡。

4.2　除塵風管閥門

除塵系統風管閥門過去一直沿用《采暖通風設計選用手冊》中(T309)密閉斜插板閥作為除塵風管閥門,但在多年的實踐中發現存在以下幾個問題:一是斜插板閥不易調節,尤其是加工質量不好或粉塵進入斜插板槽后更是難以拉動;二是斜插板閥高度尺寸太大,給除塵風管安裝帶來不便,甚至會出現安裝不下的現象;三是斜插板閥由于是往上拉動,現場條件受限會造成操作困難。因此,許多工廠都對除塵系統采用斜插板閥不滿意。在我們近年來的除塵系統設計中,風管閥門采用鋼制蝶閥,可以現場加工,要求高些也可以向制造廠訂貨。從目前加工的水平看,蝶閥制作可做到比較嚴密,鋼制蝶閥具有操作方便、定位簡單、閥門高度小安裝方便的優點,所以筆者認為除塵系統風管閥門采用鋼制蝶閥為好,閥門鋼板厚度根據管徑大小確定,一般來說,閥門壁厚可與風管壁厚相同或大1——2mm為宜,這樣也不會造成閥門造價過高,從近年來我們與國外合作的工程中了解到,國外除塵系統風管閥門也都是采用鋼制蝶閥。

4.3　水平風管防堵措施

在多點除塵系統風管布置中,由于風管管路長,受條件所限,往往難以保證所有風管都能傾斜或垂直布置,常常會遇到除塵風管水平敷設問題。因此,水平風管防止積灰堵塞尤為重要,關系到除塵系統能否正常運行的問題。根據多年的設計和現場調試經驗,水平風管防止積灰堵塞措施有以下幾點:①保證水平風管風速大于粉塵性質要求的小風速,有時可以在末端排風支管上設旁通閥,用于調節風量或進行風管清掃,必要時可通過旁通閥增加末端風量而保證水平風管風速;②有壓縮空氣條件的,在水平風管側面安裝壓縮空氣助吹管,定期吹掃,采用鋼管連接助吹管接至地面或便于連接壓縮空氣的位置;③在除塵系統的電氣控制上,除塵系統啟動時間保證比工藝設備啟動時間提前,停止時間保證比工藝設備停機時間滯后,這樣就不會造成含塵氣流粉塵沉降于風管。往往風管積塵,都是風管含塵氣體停止流動造成沉降,時間長了勢必就會引起風管堵塞,所以除塵系統啟動和停止時間對除塵風管防止積塵堵塞尤為重要。

4.4　除塵風管壁厚

《通風與空調工程施工及驗收規范》中對除塵風管壁厚已有明文規定,不同管徑對應于不同壁厚。但在實際工程中,我們按規范規定設計,采用1.5mm和2.0mm2種壁厚,建設單位往往感到鋼板壁厚難以分類、采購,而且容易造成混淆。因此,近年來,我們在設計中,一般的除塵風管通常采用δ=2mm的鋼板,大于1500mm的風管采用δ=3mm鋼板,施工單位感到比較滿意,盡管比規范規定的材料重量有所增加,但實際上,由于材料壁厚統一,廢料減少,因此投資費用增加無幾,故筆者認為,一般除塵系統風管壁厚采用2mm是為合適的。

4.5　螺旋輸送機

除塵系統大多采用螺旋輸送機來進行回收粉塵輸送。在設計選型上,如按輸送能力計算,選用150mm、200mm螺旋輸送機就足夠了,但在實際工程中,常常會遇到螺旋輸送機輸送粉料時發生堵塞拱料的現象,特別是在中間吊軸承處,甚至會把輸送機頂板頂開。有些設計手冊規定輸送粉料的螺旋輸送機直徑不能小于300mm,而事實上,在工程實踐中發現螺旋輸送機輸送粉料造成堵塞拱料的原因,主要是由中間吊軸承造成。這是因為粉料流動性差,中間吊軸承處的法蘭連接造成螺旋截面減小,另外螺旋葉片又中斷,因此,此處粉料輸送為喉口受阻,造成粉料拱料。因此,筆者認為螺旋輸送機輸送粉料時,不設中間吊軸承為好,距離長時可采用兩段螺旋輸送機,這樣就不容易拱料,在實際工程中也證明了這一點。如果確實不可避免采用中間吊軸承時,螺旋輸送機計算時要考慮中間吊軸承處的截面減小因素。

5、運行效果

陽極組裝除塵系統在安裝調試過程中,設計人員積極配合,使除塵系統自1994年6月投入使用以來一直效果良好,除塵系統運行平穩,設備運行正常。1995年8月經國家環保局委托貴州省環境監測中心站監測,其監測結果見表5。

從監測結果看,除塵系統排放濃度均低于國家排放標準(150mg/m3),因此,陽極組裝工段大型除塵系統的設計是成功的。