1、概述

預(yù)焙陽(yáng)極電解鋁廠陽(yáng)極組裝工段是把鋁電解槽使用過(guò)的陽(yáng)極也稱殘極經(jīng)過(guò)處理,取出鋁導(dǎo)桿和鋼爪頭,然后將經(jīng)陽(yáng)極焙燒爐焙燒后的新陽(yáng)極炭塊和鋁導(dǎo)桿、鋼爪頭進(jìn)行組裝,使之成為新陽(yáng)極,送電解車間供電解槽使用。預(yù)焙陽(yáng)極電解鋁廠陽(yáng)極組裝工段,包括預(yù)焙陽(yáng)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(yáng)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(wàn)t, 1987年10月開(kāi)工建設(shè),與其配套的陽(yáng)極系統(tǒng)包括陽(yáng)極組裝工段于1994年6月交付生產(chǎn)投入使用。陽(yáng)極組裝工段除塵系統(tǒng)具有除塵風(fēng)管長(zhǎng)、除塵風(fēng)量大、除塵點(diǎn)較多的特點(diǎn),陽(yáng)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(jiàn)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(pán)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(yáng)極組裝除塵系統(tǒng)粉塵主要是炭素塵,呈黑色,粒度小,可見(jiàn)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(duì)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(duì)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(duì)于陽(yáng)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(cè)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定,對(duì)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(jiàn)表2。

對(duì)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(lái)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(yáng)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(jiàn)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(jiàn)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(lái)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(wèn)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(guò)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(lái)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(cè),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(guò)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(guò)大過(guò)小會(huì)帶來(lái)風(fēng)管速度不符合除塵系統(tǒng)要求。在多年的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我們采用等速計(jì)算法來(lái)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(zhǎng)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(chǎng)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(kāi)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(mén)

除塵系統(tǒng)風(fēng)管閥門(mén)過(guò)去一直沿用《采暖通風(fēng)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》中(T309)密閉斜插板閥作為除塵風(fēng)管閥門(mén),但在多年的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問(wèn)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(lái)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(chǎng)條件受限會(huì)造成操作困難。因此,許多工廠都對(duì)除塵系統(tǒng)采用斜插板閥不滿意。在我們近年來(lái)的除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,風(fēng)管閥門(mén)采用鋼制蝶閥,可以現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單、閥門(mén)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(mén)采用鋼制蝶閥為好,閥門(mén)鋼板厚度根據(jù)管徑大小確定,一般來(lái)說(shuō),閥門(mén)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(mén)造價(jià)過(guò)高,從近年來(lái)我們與國(guó)外合作的工程中了解到,國(guó)外除塵系統(tǒng)風(fēng)管閥門(mén)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(zhǎng),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(wèn)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(wèn)題。根據(jù)多年的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(zhǎng)了勢(shì)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(duì)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(duì)除塵風(fēng)管壁厚已有明文規(guī)定,不同管徑對(duì)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(gòu),而且容易造成混淆。因此,近年來(lái),我們?cè)谠O(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(wú)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(lái)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(kāi)。有些設(shè)計(jì)手冊(cè)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(zhǎng)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(yáng)極組裝除塵系統(tǒng)在安裝調(diào)試過(guò)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(lái)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(guó)家環(huán)保局委托貴州省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站監(jiān)測(cè),其監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

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