1、概述

預(yù)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(jīng)過處理,取出鋁導(dǎo)桿和鋼爪頭,然后將經(jīng)陽極焙燒爐焙燒后的新陽極炭塊和鋁導(dǎo)桿、鋼爪頭進(jìn)行組裝,使之成為新陽極,送電解車間供電解槽使用。預(yù)焙陽極電解鋁廠陽極組裝工段,包括預(yù)焙陽極的組裝、電解質(zhì)和殘極的清理及回收利用等。殘極清理和殘極壓脫、導(dǎo)桿清刷、鋼爪清理等都會(huì)產(chǎn)生大量粉塵,因此,為了適應(yīng)環(huán)保和車間衛(wèi)生條件的要求,必須設(shè)置排風(fēng)除塵系統(tǒng)。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(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行效果進(jìn)行分別論述。

2、主要設(shè)計(jì)參數(shù)

貴州鋁廠第三電解鋁廠,年產(chǎn)電解鋁8萬t, 1987年10月開工建設(shè),與其配套的陽極系統(tǒng)包括陽極組裝工段于1994年6月交付生產(chǎn)投入使用。陽極組裝工段除塵系統(tǒng)具有除塵風(fēng)管長、除塵風(fēng)量大、除塵點(diǎn)較多的特點(diǎn),陽極組裝工段除塵系統(tǒng)主要是殘極清理和殘極壓脫2個(gè)除塵系統(tǒng),其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1　殘極清理和殘極壓脫系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表

殘極清理系統(tǒng)散發(fā)粉塵的生產(chǎn)設(shè)備是:托盤傾翻裝置,初次、二次及手動(dòng)殘極清理機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)等。殘極壓脫系統(tǒng)散發(fā)粉塵的生產(chǎn)設(shè)備是:自動(dòng)和手動(dòng)殘極壓脫機(jī)、鋼爪清理機(jī)及皮帶運(yùn)輸機(jī)等。

3、除塵系統(tǒng)方案

陽極組裝除塵系統(tǒng)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(tǒng)運(yùn)行好壞,車間內(nèi)衛(wèi)生條件和除塵系統(tǒng)排出口濃度很容易觀察到。另外,陽極組裝生產(chǎn)工藝設(shè)備自動(dòng)化水平較高,電氣設(shè)備要求車間粉塵濃度很嚴(yán)格,因此,除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體方案包括風(fēng)管配置、排風(fēng)罩設(shè)置、設(shè)備的選擇要合理、先進(jìn)。

3.1　除塵風(fēng)管配置

陽極組裝工段為單層廠房,室內(nèi)工藝設(shè)備配置比較緊湊,因此,除塵風(fēng)管和排風(fēng)罩布置需緊密與生產(chǎn)工藝設(shè)備配合好,否則就會(huì)影響工藝設(shè)備正常操作和運(yùn)行。除塵風(fēng)管一般應(yīng)盡量垂直或傾斜敷設(shè),以防除塵風(fēng)管積灰。但在陽極組裝工段,由于條件受限,除塵風(fēng)管配置只能采取支管垂直敷設(shè)、匯合總管水平敷設(shè)的方案,這樣對生產(chǎn)工藝設(shè)備的運(yùn)行操作才不會(huì)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(shè)備,當(dāng)然,針對除塵風(fēng)管的水平敷設(shè)需采取相應(yīng)的防止積灰措施。

3.2　排風(fēng)量的確定和除塵系統(tǒng)阻力計(jì)算

各排風(fēng)點(diǎn)的排風(fēng)量大小關(guān)系到塵源點(diǎn)的粉塵散發(fā),對于陽極組裝的工藝設(shè)備散塵點(diǎn)的排風(fēng)量主要是依據(jù)現(xiàn)有的專業(yè)設(shè)計(jì)手冊和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定,對于排風(fēng)罩的控制風(fēng)速一般采用0.6——2.0m/s。其各收塵點(diǎn)排風(fēng)量見表2。

對于多點(diǎn)除塵系統(tǒng)的阻力計(jì)算,采用風(fēng)管等速計(jì)算法和支管設(shè)置鋼制蝶閥調(diào)節(jié),使除塵系統(tǒng)阻力達(dá)到平衡,除塵系統(tǒng)總阻力為不利環(huán)路的阻力,依據(jù)總阻力和除塵器的阻力來確定風(fēng)機(jī)的壓力。

3.3　除塵設(shè)備

通常電解鋁廠炭素系統(tǒng)除塵設(shè)備多采用反吸風(fēng)扁袋除塵器、小型脈沖袋式除塵器等,而且往往室內(nèi)布置居多。但本陽極組裝車間由于是擴(kuò)建工程,除塵設(shè)備只能室外布置,而且位置有限,系統(tǒng)風(fēng)量也比較大。因此,需考慮除塵設(shè)備向空間發(fā)展,這樣,在除塵設(shè)備選擇上選擇GFC負(fù)壓反吹風(fēng)布袋除塵器,根據(jù)系統(tǒng)的風(fēng)量和粉塵性質(zhì),所選擇的袋式除塵設(shè)備型號(hào)及技術(shù)參數(shù)見表3。

3.4　風(fēng)機(jī)設(shè)備

根據(jù)除塵系統(tǒng)風(fēng)管阻力和袋式除塵器設(shè)備阻力,風(fēng)機(jī)的參數(shù)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(chǎn)原料,因此,收下來的粉料直接返回生產(chǎn)線末端,粉料輸送采用螺旋輸送機(jī)設(shè)備,與除塵系統(tǒng)聯(lián)鎖運(yùn)行。

4　除塵系統(tǒng)的幾個(gè)問題

4.1　多點(diǎn)除塵系統(tǒng)風(fēng)管壓力平衡計(jì)算

在多點(diǎn)除塵系統(tǒng)的風(fēng)管壓力平衡計(jì)算過程中,傳統(tǒng)的計(jì)算方法多采用靜壓平衡法。這種計(jì)算方法在理論上比較精確,但在工廠實(shí)際安裝的風(fēng)管系統(tǒng)往往和設(shè)計(jì)的風(fēng)管系統(tǒng)不同,使原來壓力平衡的各并聯(lián)管路出現(xiàn)不平衡。另外,不同的設(shè)計(jì)手冊,盡管條件相同,查找出的局部阻力系數(shù)值等參數(shù)并不相同,這也會(huì)造成理論計(jì)算值與實(shí)際情況有差別。另外,靜壓平衡法計(jì)算過程繁瑣,為了平衡風(fēng)管,往往要進(jìn)行大量的重復(fù)計(jì)算工作,而且有些風(fēng)管的管徑為了滿足壓力平衡計(jì)算,風(fēng)管管徑過大過小會(huì)帶來風(fēng)管速度不符合除塵系統(tǒng)要求。在多年的設(shè)計(jì)過程中,我們采用等速計(jì)算法來計(jì)算多點(diǎn)除塵系統(tǒng)風(fēng)管壓力。實(shí)踐證明,各排風(fēng)支管可達(dá)到平衡,這樣可減少計(jì)算工作量。等速計(jì)算法是根據(jù)除塵風(fēng)管的速度要求,按節(jié)點(diǎn)處各支管、分支管段風(fēng)速相等的原則進(jìn)行管徑計(jì)算，并以長風(fēng)管管路為不利管路,個(gè)別管路進(jìn)行適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速調(diào)整,為方便現(xiàn)場安裝調(diào)試和保證等速計(jì)算后除塵系統(tǒng)滿足設(shè)計(jì)要求,各排風(fēng)點(diǎn)均設(shè)鋼制調(diào)節(jié)蝶閥。等速計(jì)算法,采用編程計(jì)算風(fēng)管管徑及壓力平衡,根據(jù)匯合管和支管壓力損失可以計(jì)算出各支管蝶閥卸料器的開啟角度,使除塵系統(tǒng)風(fēng)管各支管壓力達(dá)到平衡。

4.2　除塵風(fēng)管閥門

除塵系統(tǒng)風(fēng)管閥門過去一直沿用《采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)選用手冊》中(T309)密閉斜插板閥作為除塵風(fēng)管閥門,但在多年的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問題:一是斜插板閥不易調(diào)節(jié),尤其是加工質(zhì)量不好或粉塵進(jìn)入斜插板槽后更是難以拉動(dòng);二是斜插板閥高度尺寸太大,給除塵風(fēng)管安裝帶來不便,甚至?xí)霈F(xiàn)安裝不下的現(xiàn)象;三是斜插板閥由于是往上拉動(dòng),現(xiàn)場條件受限會(huì)造成操作困難。因此,許多工廠都對除塵系統(tǒng)采用斜插板閥不滿意。在我們近年來的除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,風(fēng)管閥門采用鋼制蝶閥,可以現(xiàn)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(yán)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(yōu)點(diǎn),所以筆者認(rèn)為除塵系統(tǒng)風(fēng)管閥門采用鋼制蝶閥為好,閥門鋼板厚度根據(jù)管徑大小確定,一般來說,閥門壁厚可與風(fēng)管壁厚相同或大1——2mm為宜,這樣也不會(huì)造成閥門造價(jià)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(tǒng)風(fēng)管閥門也都是采用鋼制蝶閥。

4.3　水平風(fēng)管防堵措施

在多點(diǎn)除塵系統(tǒng)風(fēng)管布置中,由于風(fēng)管管路長,受條件所限,往往難以保證所有風(fēng)管都能傾斜或垂直布置,常常會(huì)遇到除塵風(fēng)管水平敷設(shè)問題。因此,水平風(fēng)管防止積灰堵塞尤為重要,關(guān)系到除塵系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的問題。根據(jù)多年的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn),水平風(fēng)管防止積灰堵塞措施有以下幾點(diǎn):①保證水平風(fēng)管風(fēng)速大于粉塵性質(zhì)要求的小風(fēng)速,有時(shí)可以在末端排風(fēng)支管上設(shè)旁通閥,用于調(diào)節(jié)風(fēng)量或進(jìn)行風(fēng)管清掃,必要時(shí)可通過旁通閥增加末端風(fēng)量而保證水平風(fēng)管風(fēng)速;②有壓縮空氣條件的,在水平風(fēng)管側(cè)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(tǒng)的電氣控制上,除塵系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間保證比工藝設(shè)備啟動(dòng)時(shí)間提前,停止時(shí)間保證比工藝設(shè)備停機(jī)時(shí)間滯后,這樣就不會(huì)造成含塵氣流粉塵沉降于風(fēng)管。往往風(fēng)管積塵,都是風(fēng)管含塵氣體停止流動(dòng)造成沉降,時(shí)間長了勢必就會(huì)引起風(fēng)管堵塞,所以除塵系統(tǒng)啟動(dòng)和停止時(shí)間對除塵風(fēng)管防止積塵堵塞尤為重要。

4.4　除塵風(fēng)管壁厚

《通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中對除塵風(fēng)管壁厚已有明文規(guī)定,不同管徑對應(yīng)于不同壁厚。但在實(shí)際工程中,我們按規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì),采用1.5mm和2.0mm2種壁厚,建設(shè)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(shè)計(jì)中,一般的除塵風(fēng)管通常采用δ=2mm的鋼板,大于1500mm的風(fēng)管采用δ=3mm鋼板,施工單位感到比較滿意,盡管比規(guī)范規(guī)定的材料重量有所增加,但實(shí)際上,由于材料壁厚統(tǒng)一,廢料減少,因此投資費(fèi)用增加無幾,故筆者認(rèn)為,一般除塵系統(tǒng)風(fēng)管壁厚采用2mm是為合適的。

4.5　螺旋輸送機(jī)

除塵系統(tǒng)大多采用螺旋輸送機(jī)來進(jìn)行回收粉塵輸送。在設(shè)計(jì)選型上,如按輸送能力計(jì)算,選用150mm、200mm螺旋輸送機(jī)就足夠了,但在實(shí)際工程中,常常會(huì)遇到螺旋輸送機(jī)輸送粉料時(shí)發(fā)生堵塞拱料的現(xiàn)象,特別是在中間吊軸承處,甚至?xí)演斔蜋C(jī)頂板頂開。有些設(shè)計(jì)手冊規(guī)定輸送粉料的螺旋輸送機(jī)直徑不能小于300mm,而事實(shí)上,在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)螺旋輸送機(jī)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?yàn)榉哿狭鲃?dòng)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(rèn)為螺旋輸送機(jī)輸送粉料時(shí),不設(shè)中間吊軸承為好,距離長時(shí)可采用兩段螺旋輸送機(jī),這樣就不容易拱料,在實(shí)際工程中也證明了這一點(diǎn)。如果確實(shí)不可避免采用中間吊軸承時(shí),螺旋輸送機(jī)計(jì)算時(shí)要考慮中間吊軸承處的截面減小因素。

5、運(yùn)行效果

陽極組裝除塵系統(tǒng)在安裝調(diào)試過程中,設(shè)計(jì)人員積極配合,使除塵系統(tǒng)自1994年6月投入使用以來一直效果良好,除塵系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),設(shè)備運(yùn)行正常。1995年8月經(jīng)國家環(huán)保局委托貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站監(jiān)測,其監(jiān)測結(jié)果見表5。

從監(jiān)測結(jié)果看,除塵系統(tǒng)排放濃度均低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)(150mg/m3),因此,陽極組裝工段大型除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。