時(shí)間:2011-11-14 15:08:45來(lái)源:caijuan
摘要:本文介紹了干法凈化工藝在電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)中的應(yīng)用情況,闡述了干法凈化工藝流程、電解煙氣凈化系統(tǒng)的組成、系統(tǒng)控制原理,以及風(fēng)光高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在排煙風(fēng)機(jī)中的實(shí)現(xiàn)機(jī)理、功能及特點(diǎn),對(duì)節(jié)能效果進(jìn)行了分析。詮釋了如何在電解鋁這個(gè)行業(yè)中實(shí)現(xiàn)環(huán)保和節(jié)能這兩大社會(huì)目標(biāo),增強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)效益。
1引言
河南神火鋁電有限責(zé)任公司,是擁有固定資產(chǎn)10億元,年產(chǎn)電解鋁錠6萬(wàn)噸,年發(fā)電量7億度,年產(chǎn)碳素陽(yáng)極4萬(wàn)噸,銷售收入8億元,出口創(chuàng)匯能力達(dá)4000萬(wàn)美元的中型企業(yè)。公司擁有三個(gè)電解鋁車間,電解鋁車間設(shè)計(jì)為400kA電解槽,采用干法電解煙氣凈化技術(shù)治理鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氟化氫。整套電解槽煙氣凈化系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、工藝配置合理、運(yùn)行可靠,有效地控制了電解煙氣對(duì)大氣帶來(lái)的污染,完全達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求。
圖1河南神火鋁電有限公司
2鋁電解煙氣凈化方法
鋁電解煙氣凈化回收,根據(jù)凈化回收工藝和所選用的設(shè)備情況分為干法凈化和濕法凈化兩大類。
(1)干法。用氧化鋁做吸附劑,吸附氟化物后形成載氟氧化鋁,直接返回電解槽繼續(xù)使用。此法多用于預(yù)焙槽和上插槽,是近幾年發(fā)展起來(lái)的新方法,因?yàn)楦煞ň哂性S多優(yōu)點(diǎn),是許多鋁電解企業(yè)普遍采用的方法。
?。?)濕法。用清水洗滌或堿水洗滌電解煙氣后,再通過(guò)堿法或酸法流程加以回收,制取冰晶石和氟化鋁的方法。電解煙氣中氟化氫是極性很強(qiáng)的氣體分子,極易溶于水形成氫鍵,水中溶解氟化氫后生成氫氟酸,很容易腐蝕設(shè)備,同時(shí)將大氣污染轉(zhuǎn)成水污染,造成二次污染。濕法凈化回收系統(tǒng)已逐漸不適應(yīng)環(huán)保的要求,而趨于被淘汰。
3電解煙氣干法凈化工藝
3.1干法凈化原理
干法凈化就是以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過(guò)程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑,被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。鋁電解含氟煙氣的干法凈化使用電解鋁生產(chǎn)用的氧化鋁,作為吸附劑吸附煙氣中的氟化氫等大氣污染物來(lái)完成對(duì)煙氣的凈化。氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附過(guò)程分三個(gè)步驟:
?。?)氟化氫在氣相中不斷擴(kuò)散,通過(guò)氧化鋁表面氣膜到達(dá)氧化鋁表面。
?。?)氟化氫受氧化鋁離子極化的化學(xué)鍵力的作用,形成化學(xué)吸附。
?。?)被吸附的氟化氫和氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成表面化合物—氟化鋁。用化學(xué)式表示如圖2:
圖2干法凈化化學(xué)式
氟化氫的吸附率可達(dá)98%~99%,瀝青煙的吸附率在95%以上。載有氟和瀝青煙的氧化鋁由布袋除塵器分離后供電解使用?;厥盏姆祷仉娊獠劭裳a(bǔ)充電解生產(chǎn)過(guò)程中損失的氟元素,瀝青焦油返槽后可逐步被燒掉。
3.2干法凈化工藝流程
圖3干法凈化工藝流程圖
干法凈化工藝流程包括電解槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)等五個(gè)部分,如圖3所示。
(1)電解槽集氣。電解槽散發(fā)的煙氣呈無(wú)組織擴(kuò)散狀態(tài),為了有效地控制污染,必須對(duì)電解槽進(jìn)行密封。收集的煙氣通過(guò)電解槽的排煙支管匯到電解廠房外的排煙總管,然后送往凈化系統(tǒng)集中處理。
(2)吸附反應(yīng)。將吸附劑新鮮的氧化鋁粉加入到電解煙氣中,并使之與煙氣充分接觸而吸附煙氣中的氟化氫,然后送到布袋除塵器袋濾室。
?。?)氣固分離。吸附后的氧化鋁為載氟氧化鋁,載氟氧化鋁與煙氣的分離是由布袋除塵器來(lái)完成的。分離下來(lái)的載氟氧化鋁,一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng),另一部分由氧化鋁輸送系統(tǒng)送入載氟氧化鋁料倉(cāng),供電解使用。
(4)氧化鋁輸送。新鮮氧化鋁定量地由新鮮氧化鋁料倉(cāng)排出,經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽給入到文丘里反應(yīng)器中。吸附后的載氟氧化鋁由除塵器的沸騰床的溢流口,經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽及垂直輸送氣力提升機(jī)輸送到載氟氧化鋁料倉(cāng),供電解使用。
?。?)機(jī)械排風(fēng)。排風(fēng)是整個(gè)凈化系統(tǒng)的主動(dòng)力源。凈化系統(tǒng)的煙氣輸送、氧化鋁輸送、除塵器等均在負(fù)壓狀態(tài)下操作,不向外界排放污染物。機(jī)械排風(fēng)的設(shè)備為離心風(fēng)機(jī)。
4電解煙氣凈化系統(tǒng)的組成
我公司二期凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用干法凈化,所用主要設(shè)備有文丘里反應(yīng)器、脈沖袋式除塵器、風(fēng)動(dòng)溜槽、氣力提升機(jī)以及排煙風(fēng)機(jī)等。
?。?)文丘里反應(yīng)器,其工作原理和特點(diǎn)是煙氣向上通過(guò)文丘里反應(yīng)器的喉口時(shí),流速突然增大,形成湍流。在此加入氧化鋁,氧化鋁與煙氣由于湍流而充分混合,進(jìn)行充分反應(yīng),煙氣自下而上穿過(guò)這層斷面與氧化鋁接觸,完成氧化鋁對(duì)氟化氫的吸附過(guò)程。喉口上方形成的湍流使氧化鋁能充滿整個(gè)管道斷面,縮短了所需的管道長(zhǎng)度,提高了凈化效率。
?。?)脈沖袋式除塵器,如圖4所示,含塵氣體從袋式除塵器進(jìn)口引入后,通過(guò)煙氣分配裝置均勻進(jìn)入濾袋,在此過(guò)程中粉塵即被濾袋的外側(cè)所阻擋,經(jīng)過(guò)凈化處理的氣體從出口排出,當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加到一定的厚度,導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí),微壓差控制信號(hào)有信號(hào)輸出??刂苾x發(fā)出信號(hào),使噴吹系統(tǒng)工作,電磁脈沖閥打開(kāi),此時(shí)壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和噴嘴向?yàn)V袋內(nèi)噴射,附于袋外的粉塵脫離濾袋落入灰斗,然后由回轉(zhuǎn)排灰閥將粉塵排出。
圖4脈沖袋式除塵器
(3)氣力提升機(jī)是一種低壓吹送的垂直提升氣吸式輸送設(shè)備,其工作原理:靠真空來(lái)吸取物料,即當(dāng)排風(fēng)機(jī)工作后,整個(gè)系統(tǒng)被抽成一定的真空度,在壓力差的作用下,大氣中的空氣流從物料堆的間隙通過(guò),把物料吸入吸嘴,并沿輸料管進(jìn)入分離器中,在分離器中物料和空氣被分離,物料直接從底部卸出,空氣進(jìn)入除塵器,凈化后的空氣通過(guò)排風(fēng)機(jī)進(jìn)入大氣。
?。?)風(fēng)動(dòng)溜槽分為下充氣層、中透氣層和上輸料層,由風(fēng)機(jī)給予低壓小容量的空氣,由充氣層透過(guò)透氣層,使物料流態(tài)化,從而實(shí)現(xiàn)物流的移動(dòng)。循環(huán)氧化鋁加入到反應(yīng)器的輸送都采用風(fēng)動(dòng)溜槽。
?。?)排風(fēng)是整個(gè)凈化系統(tǒng)的主動(dòng)力源。二期焙燒凈化系統(tǒng)由八臺(tái)離心式風(fēng)機(jī)組成,驅(qū)動(dòng)電機(jī)為八臺(tái)560kW/10kV高壓電機(jī)(Y25004-6型)。
5系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及控制
在電解鋁煙氣凈化的過(guò)程中,為了有效的進(jìn)行生產(chǎn)操作,就需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量等)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè),并與控制儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。
5.1系統(tǒng)控制原理
根據(jù)工藝流程,在本系統(tǒng)中,被控對(duì)象是核心,被測(cè)信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(4-20mA或0-5V),與給定值進(jìn)行比較,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算,以輸出作為控制信號(hào),經(jīng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的調(diào)節(jié)??刂葡到y(tǒng)方框圖如圖5所示:
圖5系統(tǒng)控制原理方框圖
本系統(tǒng)中除塵器的出入口壓差、載氟氧化鋁的物位控制、新鮮氧化鋁的物位控制、排煙機(jī)的溫度控制以及出口煙氣壓力的控制是本系統(tǒng)的控制核心。
5.2排煙機(jī)變頻控制原理
下面就以排煙機(jī)的出口煙氣壓力控制來(lái)說(shuō)明本系統(tǒng)的控制原理與實(shí)現(xiàn)方法。
圖6排煙機(jī)變頻控制原理圖
如圖6所示,檢測(cè)排煙風(fēng)機(jī)出口煙氣壓力,因?yàn)楫?dāng)內(nèi)外壓差太大時(shí),布袋除塵器中的煙氣沒(méi)有被除掉,就被直接吸出,影響凈化效果。為了保證煙氣凈化過(guò)程順暢進(jìn)行,DCS接受壓力變送器傳輸過(guò)來(lái)的壓力信號(hào),按照既定算法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)壓力超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),DCS發(fā)出4-20mA或0-5V的信號(hào)來(lái)降低變頻器的頻率,實(shí)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行來(lái)降低出口煙氣壓力;當(dāng)壓力低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí),DCS發(fā)出4-20mA或0-5V的信號(hào)來(lái)升高變頻器的頻率,實(shí)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)升速運(yùn)行來(lái)升高出口煙氣壓力。
6變頻控制排煙風(fēng)機(jī)的效果
離心排風(fēng)機(jī)是凈化系統(tǒng)的動(dòng)力源,為煙氣凈化系統(tǒng)煙氣捕集提供所需的負(fù)壓和煙氣在系統(tǒng)中傳輸、流動(dòng)提供動(dòng)能,是凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。因此,離心排風(fēng)機(jī)的控制、運(yùn)行狀況及維護(hù)保養(yǎng)對(duì)煙氣凈化系統(tǒng)非常重要。
圖7高壓變頻器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖
二期電解鋁車間煙氣凈化系統(tǒng)采用八臺(tái)離心風(fēng)機(jī),這八臺(tái)排風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用佳木斯電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的Y25004-6型高壓電機(jī),電機(jī)的功率為560kW,額定電流為40.9A,額定轉(zhuǎn)速為980r/min。本系統(tǒng)選用四臺(tái)山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的JD-BP38-560F型高壓變頻器(圖7),采用一拖二方案。如圖8,一臺(tái)變頻器拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī),其中一臺(tái)工頻運(yùn)行,一臺(tái)變頻運(yùn)行;當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障時(shí)可以自動(dòng)切換到工頻運(yùn)行;并且,變頻器旁路部分具有互鎖功能,確保兩臺(tái)電機(jī)不出現(xiàn)同時(shí)驅(qū)動(dòng),同一電機(jī)不出現(xiàn)變頻、工頻同時(shí)驅(qū)動(dòng)。虛線框內(nèi)為變頻器旁路柜的電路設(shè)計(jì)。
圖8排風(fēng)機(jī)高壓變頻一次接線圖
DCS采集煙氣出口壓力,當(dāng)壓力升高超過(guò)上限值時(shí),通過(guò)降低變頻器頻率來(lái)降低排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使煙氣出口壓力降低到目標(biāo)值;當(dāng)壓力降低到下限值時(shí),通過(guò)升高變頻器頻率來(lái)升高排風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,使煙氣出口壓力升高到目標(biāo)值。當(dāng)然,也可以人工操作DCS平臺(tái),來(lái)調(diào)節(jié)排風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。操作更加方便,這樣提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的自動(dòng)化性能。
同時(shí),變頻器可以實(shí)現(xiàn)同機(jī)組DCS系統(tǒng)的雙向信息傳遞,可完成自診斷、報(bào)警和接收指令的功能。
四臺(tái)高壓變頻器于2010年8月8日一次性投運(yùn)成功。對(duì)分別工頻和變頻運(yùn)行的兩臺(tái)電機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比:
工頻運(yùn)行:運(yùn)行電流為22A。
變頻運(yùn)行:運(yùn)行頻率為40Hz,輸入電流為15A。
通過(guò)電度表進(jìn)行一個(gè)月分別跟蹤檢測(cè),實(shí)測(cè)節(jié)電率約為31%,節(jié)能效果十分明顯。
7結(jié)語(yǔ)
電解鋁產(chǎn)業(yè)屬于高能耗高污染的行業(yè),電解鋁的生產(chǎn)成本中所占比重最大的就是電能,大約占總生產(chǎn)成本的40%左右,因此改進(jìn)電解槽設(shè)備,使用節(jié)能設(shè)備降低能耗,減少生產(chǎn)成本是企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)。電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生的氟化物污染,隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,對(duì)電解鋁企業(yè)廢物排放的指標(biāo)也將越來(lái)越嚴(yán)格,因此使用先進(jìn)的煙氣凈化設(shè)備,并且實(shí)現(xiàn)設(shè)備的變頻節(jié)能勢(shì)在必行,并且具有廣闊的推廣意義。
作者簡(jiǎn)介:
孫軻電氣工程師凈化車間主任現(xiàn)供職于河南神火鋁電有限責(zé)任公司。
徐長(zhǎng)海電氣工程師現(xiàn)供職于山東新風(fēng)光電子科技發(fā)展有限公司技術(shù)支持部。
文章聯(lián)系人:郭培彬
電話:0537-7237007
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