1、概述

预焙阳极电解铝厂阳极组装工段是把铝电解槽使用过的阳极也称残极经过处理,取出铝导杆和钢爪头,然后将经阳极焙烧炉焙烧后的新阳极炭块和铝导杆、钢爪头进行组装,使之成为新阳极,送电解车间供电解槽使用。预焙阳极电解铝厂阳极组装工段,包括预焙阳极的组装、电解质和残极的清理及回收利用等。残极清理和残极压脱、导杆清刷、钢爪清理等都会产生大量粉尘,因此,为了适应环保和车间卫生条件的要求,必须设置排风除尘系统。本文就贵州铝厂第三电解铝厂阳极组装工段大型除尘系统的主要设计参数、设计方案、运行效果进行分别论述。

2、主要设计参数

贵州铝厂第三电解铝厂,年产电解铝8万t, 1987年10月开工建设,与其配套的阳极系统包括阳极组装工段于1994年6月交付生产投入使用。阳极组装工段除尘系统具有除尘风管长、除尘风量大、除尘点较多的特点,阳极组装工段除尘系统主要是残极清理和残极压脱2个除尘系统,其主要设计参数见表1。

表1　残极清理和残极压脱系统主要设计参数表

残极清理系统散发粉尘的生产设备是:托盘倾翻装置,初次、二次及手动残极清理机和皮带运输机等。残极压脱系统散发粉尘的生产设备是:自动和手动残极压脱机、钢爪清理机及皮带运输机等。

3、除尘系统方案

阳极组装除尘系统粉尘主要是炭素尘,呈黑色,粒度小,可见性明显。因此,除尘系统运行好坏,车间内卫生条件和除尘系统排出口浓度很容易观察到。另外,阳极组装生产工艺设备自动化水平较高,电气设备要求车间粉尘浓度很严格,因此,除尘系统设计整体方案包括风管配置、排风罩设置、设备的选择要合理、先进。

3.1　除尘风管配置

阳极组装工段为单层厂房,室内工艺设备配置比较紧凑,因此,除尘风管和排风罩布置需紧密与生产工艺设备配合好,否则就会影响工艺设备正常操作和运行。除尘风管一般应尽量垂直或倾斜敷设,以防除尘风管积灰。但在阳极组装工段,由于条件受限,除尘风管配置只能采取支管垂直敷设、汇合总管水平敷设的方案,这样对生产工艺设备的运行操作才不会有影响,而且水平汇合管还必须高于车间的组装悬链输送设备,当然,针对除尘风管的水平敷设需采取相应的防止积灰措施。

3.2　排风量的确定和除尘系统阻力计算

各排风点的排风量大小关系到尘源点的粉尘散发,对于阳极组装的工艺设备散尘点的排风量主要是依据现有的专业设计手册和经验数据来确定,对于排风罩的控制风速一般采用0.6——2.0m/s。其各收尘点排风量见表2。

对于多点除尘系统的阻力计算,采用风管等速计算法和支管设置钢制蝶阀调节,使除尘系统阻力达到平衡,除尘系统总阻力为不利环路的阻力,依据总阻力和除尘器的阻力来确定风机的压力。

3.3　除尘设备

通常电解铝厂炭素系统除尘设备多采用反吸风扁袋除尘器、小型脉冲袋式除尘器等,而且往往室内布置居多。但本阳极组装车间由于是扩建工程,除尘设备只能室外布置,而且位置有限,系统风量也比较大。因此,需考虑除尘设备向空间发展,这样,在除尘设备选择上选择GFC负压反吹风布袋除尘器,根据系统的风量和粉尘性质,所选择的袋式除尘设备型号及技术参数见表3。

3.4　风机设备

根据除尘系统风管阻力和袋式除尘器设备阻力,风机的参数选择见表4。

3.5　收尘粉料输送

袋式除尘器回收的粉料可作生产原料,因此,收下来的粉料直接返回生产线末端,粉料输送采用螺旋输送机设备,与除尘系统联锁运行。

4　除尘系统的几个问题

4.1　多点除尘系统风管压力平衡计算

在多点除尘系统的风管压力平衡计算过程中,传统的计算方法多采用静压平衡法。这种计算方法在理论上比较精确,但在工厂实际安装的风管系统往往和设计的风管系统不同,使原来压力平衡的各并联管路出现不平衡。另外,不同的设计手册,尽管条件相同,查找出的局部阻力系数值等参数并不相同,这也会造成理论计算值与实际情况有差别。另外,静压平衡法计算过程繁琐,为了平衡风管,往往要进行大量的重复计算工作,而且有些风管的管径为了满足压力平衡计算,风管管径过大过小会带来风管速度不符合除尘系统要求。在多年的设计过程中,我们采用等速计算法来计算多点除尘系统风管压力。实践证明,各排风支管可达到平衡,这样可减少计算工作量。等速计算法是根据除尘风管的速度要求,按节点处各支管、分支管段风速相等的原则进行管径计算，并以长风管管路为不利管路,个别管路进行适当的风速调整,为方便现场安装调试和保证等速计算后除尘系统满足设计要求,各排风点均设钢制调节蝶阀。等速计算法,采用编程计算风管管径及压力平衡,根据汇合管和支管压力损失可以计算出各支管蝶阀卸料器的开启角度,使除尘系统风管各支管压力达到平衡。

4.2　除尘风管阀门

除尘系统风管阀门过去一直沿用《采暖通风设计选用手册》中(T309)密闭斜插板阀作为除尘风管阀门,但在多年的实践中发现存在以下几个问题:一是斜插板阀不易调节,尤其是加工质量不好或粉尘进入斜插板槽后更是难以拉动;二是斜插板阀高度尺寸太大,给除尘风管安装带来不便,甚至会出现安装不下的现象;三是斜插板阀由于是往上拉动,现场条件受限会造成操作困难。因此,许多工厂都对除尘系统采用斜插板阀不满意。在我们近年来的除尘系统设计中,风管阀门采用钢制蝶阀,可以现场加工,要求高些也可以向制造厂订货。从目前加工的水平看,蝶阀制作可做到比较严密,钢制蝶阀具有操作方便、定位简单、阀门高度小安装方便的优点,所以笔者认为除尘系统风管阀门采用钢制蝶阀为好,阀门钢板厚度根据管径大小确定,一般来说,阀门壁厚可与风管壁厚相同或大1——2mm为宜,这样也不会造成阀门造价过高,从近年来我们与国外合作的工程中了解到,国外除尘系统风管阀门也都是采用钢制蝶阀。

4.3　水平风管防堵措施

在多点除尘系统风管布置中,由于风管管路长,受条件所限,往往难以保证所有风管都能倾斜或垂直布置,常常会遇到除尘风管水平敷设问题。因此,水平风管防止积灰堵塞尤为重要,关系到除尘系统能否正常运行的问题。根据多年的设计和现场调试经验,水平风管防止积灰堵塞措施有以下几点:①保证水平风管风速大于粉尘性质要求的小风速,有时可以在末端排风支管上设旁通阀,用于调节风量或进行风管清扫,必要时可通过旁通阀增加末端风量而保证水平风管风速;②有压缩空气条件的,在水平风管侧面安装压缩空气助吹管,定期吹扫,采用钢管连接助吹管接至地面或便于连接压缩空气的位置;③在除尘系统的电气控制上,除尘系统启动时间保证比工艺设备启动时间提前,停止时间保证比工艺设备停机时间滞后,这样就不会造成含尘气流粉尘沉降于风管。往往风管积尘,都是风管含尘气体停止流动造成沉降,时间长了势必就会引起风管堵塞,所以除尘系统启动和停止时间对除尘风管防止积尘堵塞尤为重要。

4.4　除尘风管壁厚

《通风与空调工程施工及验收规范》中对除尘风管壁厚已有明文规定,不同管径对应于不同壁厚。但在实际工程中,我们按规范规定设计,采用1.5mm和2.0mm2种壁厚,建设单位往往感到钢板壁厚难以分类、采购,而且容易造成混淆。因此,近年来,我们在设计中,一般的除尘风管通常采用δ=2mm的钢板,大于1500mm的风管采用δ=3mm钢板,施工单位感到比较满意,尽管比规范规定的材料重量有所增加,但实际上,由于材料壁厚统一,废料减少,因此投资费用增加无几,故笔者认为,一般除尘系统风管壁厚采用2mm是为合适的。

4.5　螺旋输送机

除尘系统大多采用螺旋输送机来进行回收粉尘输送。在设计选型上,如按输送能力计算,选用150mm、200mm螺旋输送机就足够了,但在实际工程中,常常会遇到螺旋输送机输送粉料时发生堵塞拱料的现象,特别是在中间吊轴承处,甚至会把输送机顶板顶开。有些设计手册规定输送粉料的螺旋输送机直径不能小于300mm,而事实上,在工程实践中发现螺旋输送机输送粉料造成堵塞拱料的原因,主要是由中间吊轴承造成。这是因为粉料流动性差,中间吊轴承处的法兰连接造成螺旋截面减小,另外螺旋叶片又中断,因此,此处粉料输送为喉口受阻,造成粉料拱料。因此,笔者认为螺旋输送机输送粉料时,不设中间吊轴承为好,距离长时可采用两段螺旋输送机,这样就不容易拱料,在实际工程中也证明了这一点。如果确实不可避免采用中间吊轴承时,螺旋输送机计算时要考虑中间吊轴承处的截面减小因素。

5、运行效果

阳极组装除尘系统在安装调试过程中,设计人员积极配合,使除尘系统自1994年6月投入使用以来一直效果良好,除尘系统运行平稳,设备运行正常。1995年8月经国家环保局委托贵州省环境监测中心站监测,其监测结果见表5。

从监测结果看,除尘系统排放浓度均低于国家排放标准(150mg/m3),因此,阳极组装工段大型除尘系统的设计是成功的。