楊青辰

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

目前電解鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物主要為氟化物，電解煙氣凈化系統(tǒng)凈化效率的高低是影響氟化物排放的主要因素，而電解槽集氣效率和電解煙氣凈化系統(tǒng)的凈化效率是凈化系統(tǒng)指標的主要控制因素。目前，無論是從理論研究還是從實際運行角度看，國內(nèi)外對電解鋁煙氣凈化系統(tǒng)的研究已經(jīng)趨于成熟。下面就電解車間天窗無組織排放的煙氣的采集系統(tǒng)做一下簡單介紹。

1 系統(tǒng)介紹

目前，關(guān)于電解車間天窗無組織排放的電解煙氣的采集系統(tǒng)國內(nèi)研究不是很多，我們目前主要是參考美國環(huán)境保護署（EPA：Environmental Protection Agency）測試方法中的方法14：(DETERMINATION OF FLUORIDE EMISSIONS FROM POTROOM ROOF MONITORS FOR PRIMARY ALUMINUM PLANTS（電解鋁廠天窗氟化物無組織排放的測定）)，下面結(jié)合具體情況就天窗采樣系統(tǒng)簡單地探討一下。EPA方法14可用于檢測電解車間天窗無組織排放的氟化物。在本方法中，天窗排放的氣態(tài)和固態(tài)的氟化物通過幾個預(yù)設(shè)的采樣口被引入一個永久性的采樣主管中，然后通過管路從采樣主管輸送到地面。管路內(nèi)氣體中的氟化物成分通過方法13a或13b方法進行檢測。排氣速度和流量則由設(shè)置在天窗的風速計來測定。

2 系統(tǒng)組成

天窗煙氣采樣系統(tǒng)包括主管系統(tǒng)和支管路系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)，下面我們就這兩個系統(tǒng)簡單地分析一下。

2.1 主管系統(tǒng)和管路系統(tǒng)

每個電解車間至少要設(shè)置一個主管系統(tǒng)。主管系統(tǒng)和管路系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下8個要求：①為了將空氣樣本從高處位置處的天窗處抽取到地面位置，主管系統(tǒng)及配套的連接管路應(yīng)該永久性的安裝，而不是臨時性安裝。如果要將主管系統(tǒng)安裝到一個特殊的天窗，這些管道的尺寸可以做相應(yīng)改動，但通常的情況下不應(yīng)該輕易改動，應(yīng)該遵守初始設(shè)計。②應(yīng)該設(shè)置8個采樣口，采樣口直徑控制在400～500mm之間。③主管系統(tǒng)從第1個到第8個采樣口的長度控制在35m左右，或者控制在電解車間天窗長度的7-9%，如果該長度得不到滿足，則應(yīng)該重新進行計算調(diào)整。④從天窗主管系統(tǒng)到地面的管路直徑應(yīng)控制為300～400mm之間。管路系統(tǒng)中的所有接頭位置都應(yīng)該密閉良好，運行過程中不能發(fā)生漏氣現(xiàn)象。⑤主管的每一個采樣分支都應(yīng)該設(shè)置可以調(diào)節(jié)進入采樣口風速的裝置，比如調(diào)節(jié)風門或者調(diào)節(jié)閥門。⑥主管系統(tǒng)應(yīng)該安裝在靠近風速計的位置，并且盡可能安裝在電解車間的中間位置。避免將采樣主管安裝在靠近電解車間端頭的位置，或者電解鋁生產(chǎn)不具有代表性的位置。采樣口應(yīng)該位于天窗喉部具有代表性的中央位置。⑦采樣口、主管、采樣管路等部件，以及和采樣系統(tǒng)接觸的部件表面都應(yīng)該采用316不銹鋼制作，特殊情況下可以采用鋁制作，不過在第一次使用之前，新管路系統(tǒng)必須經(jīng)過天窗的含氟氣體老化42-45天處理。⑧在天窗和引風機間之間的管路豎向直段應(yīng)該設(shè)置2個采樣點。采樣點的位置應(yīng)該滿足以下要求：距離管路的彎頭和收縮等會對氣流造成擾動的位置的下風向至少10倍管徑以及上風向至少3倍管徑的要求。兩個采樣點應(yīng)該呈90°分開布置。其中一個采樣點應(yīng)該在最近彎頭所在平面上。

2.2 動力系統(tǒng)

采樣管路系統(tǒng)的地面部分還設(shè)置一臺工業(yè)用引風機作為系統(tǒng)的動力設(shè)備。引風機的風量和風壓應(yīng)該滿足如下要求：在所有可能的天窗風速下通過管路系統(tǒng)以及所有采樣口可以滿足等速采樣的要求。引風機的流量可以在±30%范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)，以滿足將天窗煙氣可以均勻被導(dǎo)入采樣口的要求。

3 采樣系統(tǒng)的調(diào)試

系統(tǒng)安裝完畢后，我們就可以開始對天窗無組織排放的煙氣進行采樣處理。在采樣過程中，為了保證采樣系統(tǒng)的準確性以及均勻性，我們需要注意以下幾個方面。

3.1 預(yù)估等速采樣的速度

預(yù)估風速可以取值風速計連續(xù)監(jiān)控的風速的平均值，如果天窗位置處風速變化較大，則可以將測試系統(tǒng)分成2個或多個子測試系統(tǒng)，每個子測試系統(tǒng)采用其對應(yīng)時間段的平均風速，最后子測試系統(tǒng)的數(shù)值進行匯總處理。

3.2 管路系統(tǒng)狀況預(yù)測試

在進行系統(tǒng)測試之前，啟動引風機，通過主管和管路系統(tǒng)抽取天窗無組織排放的含有氟氣體。通過調(diào)整風機調(diào)節(jié)裝置來調(diào)整進入管路的煙風量，使進入采樣口的氣體流速近似于鄰近風速計測出的天窗空氣流速。

3.3 主管等速采樣速度的調(diào)整

（1）初始調(diào)整。在進行正式測試前，需要調(diào)整引風機，使進入采樣口的氣體流速近似等于天窗的平均風速。用下式可以確定采樣點位置的管路內(nèi)的風速，從而確保采樣口抽取氣樣時是等速采樣。

8=采樣嘴數(shù)；Vd=采樣點處管路內(nèi)的風速，m/s；Dd=采樣點處管路直徑，m；Dn=天窗采樣嘴直徑，m；Vm=天窗平均風速，m/s。

接下來的工作，則是為了確保風速測量的正確性，我們將采用皮托管測試管道內(nèi)的風速。

（2）測試過程中的調(diào)整。如果測試系統(tǒng)被分成2個或多個子測試系統(tǒng)，測試過程中的等速校驗是很有必要的，校驗需要在子測試系統(tǒng)工作開始之前進行。在測試過程中不允許進行等速調(diào)整工作。

4 主管采樣口校準

在主管系統(tǒng)安裝時，首先應(yīng)該對主管采樣口進行校驗?；蛘咴诎惭b前，主管預(yù)裝配時，在地面上對采樣口進行校準，應(yīng)遵循如下步驟：①將標準皮托管插入到主管上風（閥）門和采樣口間的校準孔（直徑25mm或更?。﹥?nèi)，測試每個采樣口的入風風速。

注意：應(yīng)該用標準皮托管，而不是采用S型皮托管，以減少在細采樣管（直徑130mm）里截面阻塞而引起的測試誤差。皮托管末端應(yīng)該位于主管分支管路的中心。同時注意保證皮托管周圍不能有漏氣現(xiàn)象，因為漏氣會影響到主管分支內(nèi)的速度分布。②調(diào)節(jié)引風機的流量，使每個采樣口的入口流速接近于天窗無組織排放的煙氣流速的平均值。③如果進入每個采樣口的風速不同，調(diào)整每個風（閥）門的開閉度，使每個采樣口的風速保持一致?？紤]到測試的要求及設(shè)備的加工費用，我們對EPA中給出的采樣系統(tǒng)進行了優(yōu)化，采樣口由8個減少為4個，同樣采樣管的管徑也做了相應(yīng)的調(diào)整。

同時，要對整個采樣系統(tǒng)進行了阻力和風量估算，其中天窗自然通風最大風速取值2.5m/s，采樣管路長度取值45m，風機選取的參數(shù)：風量5400m3/h，全壓1250Pa。

5 總結(jié)

通過如上所述，我們對電解鋁天窗無組織排放的煙氣采樣，從方案設(shè)計，到安裝、施工過程，最后到系統(tǒng)調(diào)試做了詳細的介紹，可以最大程度的保證系統(tǒng)采樣的準確性與均勻性，為后續(xù)的設(shè)計方案優(yōu)化等工作打下堅實基礎(chǔ)。