李福俊

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司，遼寧 沈陽 110027)

0 前言

目前，我國電解鋁年運(yùn)行產(chǎn)量已經(jīng)突破3 800萬t，居世界首位。國內(nèi)甚至國外的鋁電解多功能機(jī)組都是傳統(tǒng)配置的機(jī)組，所有工具工作過程中產(chǎn)生的煙氣、塵埃直接排放到車間空氣中，造成車間內(nèi)空氣質(zhì)量很差，影響操作人員身體健康的同時(shí)，污染車間環(huán)境和大氣環(huán)境，難以適應(yīng)國家對鋁電解節(jié)能環(huán)保的新要求。

隨著人們對自身工作環(huán)境要求的提升，國家對環(huán)保的重視，尤其《環(huán)境保護(hù)法》的實(shí)施，將環(huán)保工作提高到了一個(gè)新的高度，而鋁電解多功能機(jī)組工作過程中所運(yùn)送的物料產(chǎn)生煙塵的治理，是目前很多電解鋁生產(chǎn)廠家未能解決的難題，為了避免影響企業(yè)生產(chǎn)效益，滿足環(huán)保要求，本應(yīng)在白班完成的工作，轉(zhuǎn)移到夜班作業(yè)，增加了企業(yè)的危險(xiǎn)因素。收集和處理鋁電解多功能機(jī)組工作過程中所產(chǎn)生的污染物是目前鋁行業(yè)所面臨的棘手問題，所以在鋁電解多功能機(jī)組上搭載收塵系統(tǒng)，將鋁電解多功能機(jī)組工作過程中產(chǎn)生的煙塵通過自身收集處理，達(dá)到環(huán)保要求的課題是行業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)也是設(shè)備廠家研究的目標(biāo)。

1 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求

《GB 25465—2010鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對大氣污染物排放濃度值有了確切的規(guī)定，要求鋁廠排放到大氣中的粉塵含量<4 mg/m3。

依據(jù)鋁電解多功能機(jī)組作業(yè)過程中所產(chǎn)生的煙塵、運(yùn)送時(shí)間等參數(shù)及其它相關(guān)資料，在滿足針對電解鋁企業(yè)相關(guān)煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合原設(shè)備各工序操作時(shí)間，盡可能不延長原設(shè)備各工序流程操作時(shí)間的前提下，達(dá)到節(jié)能降耗、安全環(huán)保及取得綜合經(jīng)濟(jì)效益等各項(xiàng)先進(jìn)指標(biāo)。

2 除塵系統(tǒng)布置

通過各工具末端設(shè)置的集成罩收集到各其工作位置所散發(fā)的煙塵，并通過離心風(fēng)機(jī)輸送到布袋除塵器，根據(jù)鋁電解多功能機(jī)組現(xiàn)有條件，此除塵器擬采用低壓反吹清灰方式進(jìn)行清灰。低壓反吹清灰方式是在除塵器的頂部設(shè)備若干個(gè)脈沖閥，脈沖閥通過PLC控制，按照預(yù)定的程序或者根據(jù)袋式除塵器布袋內(nèi)外壓差控制脈沖閥的啟停或者吹風(fēng)順序，反吹風(fēng)與收塵氣流的流向相反，在反吹風(fēng)及收塵氣流來回作用下，收塵布袋來回抖動(dòng)，實(shí)現(xiàn)布袋清灰目的，提高除塵器的除塵效率。一般袋式除塵器的布袋采用聚酯纖維材料制作，布袋通透性性好，阻力小，強(qiáng)度高，具有良好的過濾性[1]。

2.1 除塵系統(tǒng)整體布局

鋁電解多功能機(jī)組的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)集中布置于工具小車上，包括更換陽極和清渣裝置，為了方便各積塵位置的粉塵收集和處理，將除塵系統(tǒng)及其相關(guān)管路、集塵罩等都布置在工具小車上，這就需要打破原工具小車的布局形式，在滿足各項(xiàng)工具正常工作的前提下，合理布置除塵器相關(guān)結(jié)構(gòu)位置，便于處理煙塵，同時(shí)盡最大程度提高工作效率。具體布局形式如圖1所示。

1.更換陽極裝置 2.更換陽極裝置收塵裝置 3.清渣裝置收塵裝置 4.清渣裝置 5.清潔裝置 6.收塵系統(tǒng)(包括袋式除塵器、離心風(fēng)機(jī)、管路等)

2.2 更換陽極裝置收塵裝置

更換陽極裝置收塵裝置如圖2所示，更換陽極收塵難點(diǎn)在于更換陽極裝置本身的上下移動(dòng)距離一般在2 400～2 700 mm，而釋放煙塵的殘陽極到換陽極裝置夾具位置一般在3 800 mm，為了降低收塵系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)，盡可能將收塵罩接近于散發(fā)煙塵位置，采用了升降折疊收塵罩的結(jié)構(gòu)形式，保證收塵效果。

1.更換陽極裝置 2.更換陽極裝置收塵裝置 3.殘陽極

2.3 清渣裝置收塵裝置

清渣裝置收塵裝置如圖3所示，為了滿足收集清渣裝置抓斗清理完電解槽坑內(nèi)殘?jiān)l(fā)出的煙塵，清渣裝置需要全新設(shè)計(jì)，全新設(shè)計(jì)后的清渣裝置充分利用其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將清渣裝置的升降桿作為收塵裝置的收塵通道，將抓斗安裝支架改進(jìn)設(shè)計(jì)為收塵罩，這樣有效利用了結(jié)構(gòu)的原始條件，避免結(jié)構(gòu)冗余。

1.清渣裝置 2.清渣裝置收塵裝置

2.4 清潔裝置

清潔裝置采用手持式設(shè)計(jì)，在除塵系統(tǒng)的適當(dāng)位置設(shè)置清潔裝置接口，采用氣纜卷盤或者手動(dòng)卷盤卷收清潔裝置管路，也可在鋁電解多功能機(jī)組不同的位置設(shè)置多處收塵接口或者靠機(jī)組大小車橫縱向運(yùn)行來移動(dòng)收塵口，對需要清潔的位置通過手持或者自動(dòng)收塵口來回收需要清潔位置的灰塵，通過除塵后的潔凈空氣排空。

3 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鋁電解多功能機(jī)組煙塵散發(fā)的位置主要集中在殘陽極吊運(yùn)過程中和清理完的殘?jiān)\(yùn)送過程中，在更換陽極及清理殘?jiān)^程，都是由鋁電解多功能機(jī)組工具小車來完成，工具小車在執(zhí)行此任務(wù)過程中需要隨著鋁電解多功能機(jī)組大車方向移動(dòng)及繞自身回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)可以精準(zhǔn)到達(dá)儲存殘陽極或者殘?jiān)奈恢谩?/p>

由于鋁電解多功能機(jī)組工具小車執(zhí)行的工序不同，工具小車上所用的工具也有區(qū)別，例如更換陽極時(shí)采用的工具是更換陽極裝置，清理殘?jiān)鼤r(shí)所用的工具是清渣裝置，在使用不同工具時(shí)產(chǎn)生的煙塵位置不同。為了盡可能減少設(shè)備體積，提高工作效率，將除塵系統(tǒng)集中到一起，收塵點(diǎn)分散在各個(gè)散發(fā)煙塵的位置。收塵離心風(fēng)機(jī)、袋式除塵器等公用設(shè)備集中布置在鋁電解多功能機(jī)組上，便于除塵系統(tǒng)的集中控制及回收粉塵的統(tǒng)一收集和灰塵處理。

除塵系統(tǒng)包括收塵離心風(fēng)機(jī)、袋式除塵器、吸塵罩、管道及其附件，電氣控制在原鋁電解多功能機(jī)組控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上改造，確?？刂葡到y(tǒng)同步。作為除塵系統(tǒng)還必須考慮粉塵和煙氣的性質(zhì)以及系統(tǒng)中各個(gè)部分的匹配[2]。

3.1 除塵器的選擇

除塵器是把粉塵從煙氣分離出來的設(shè)備。按其作用原理可分成靜電除塵器、磁力除塵器、機(jī)械力除塵器、洗滌式除塵器和過濾式除塵器。根據(jù)以上幾種除塵器在各方面特點(diǎn)的對比，并考慮含塵氣體特點(diǎn)，采用過濾式除塵器中的袋式除塵器作為粉塵回收設(shè)備[3]。

現(xiàn)在工業(yè)中應(yīng)用較多的是袋式除塵器。袋式(布袋)除塵器利用濾袋進(jìn)行過濾除塵。濾袋的材質(zhì)一般為天然纖維、化學(xué)合成纖維、玻璃纖維、金屬纖維[4]。袋式除塵器即在一個(gè)箱體內(nèi)安裝濾袋場，煙塵從布袋外端引入，含塵煙氣部分通過管道后進(jìn)入袋區(qū)，經(jīng)濾袋外表面進(jìn)入濾袋內(nèi)部，粉塵被阻隔在濾袋外表面，潔凈的氣體從濾袋內(nèi)部排出，進(jìn)入離心風(fēng)機(jī)后從煙道排出。

3.2 集氣吸塵罩的設(shè)計(jì)

吸塵罩因生產(chǎn)工藝條件和操作方式的不同，形式很多，按集氣吸塵罩的作用和構(gòu)造，主要分為四類；密閉罩、半密閉罩、外部罩和吹吸罩。根據(jù)鋁電解多功能機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電解鋁工藝要求，煙塵排放出來時(shí)帶有高溫，高溫排放的煙塵具有一定的浮力，在車間內(nèi)無強(qiáng)空氣流動(dòng)的情況下，煙塵依靠浮力向上擴(kuò)散，基于此原理，更換陽極裝置和清渣裝置的吸塵罩采用上吸式矩形外部罩(如圖4所示)更加合理，而且可以保證相關(guān)機(jī)構(gòu)及電解車間內(nèi)相關(guān)設(shè)備及附屬機(jī)構(gòu)不干涉。

圖4 上吸式外部罩

而且外部罩結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。由于吸氣罩的形狀大都和傘相似，所以這類罩簡稱傘形罩。

3.3 除塵系統(tǒng)處理風(fēng)量確定

按照罩口周邊截面的平均風(fēng)速計(jì)算粉塵處理風(fēng)量[2]：

Q=3 600LHv

(1)

式中Q—必需的排風(fēng)量，粉塵氣體進(jìn)入除塵器的工況風(fēng)量，m3/h；

L—罩口周邊長，m；

H—罩口離設(shè)備或者塵源平面的距離，m；

v—罩口周邊截面上的平均風(fēng)速，m/s，根據(jù)粉塵的特點(diǎn)選用罩口周邊截面上的平均風(fēng)速v=0.5 m/s。

根據(jù)電解鋁工藝要求和設(shè)備特點(diǎn)，清渣裝置和更換陽極裝置不同時(shí)工作，屬于單獨(dú)工序，所以計(jì)算排風(fēng)量以罩口離塵源平面的距離相同的情況下，收塵罩周長最大的作為收塵風(fēng)量的依據(jù)。

4 除塵器的主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 除塵器的過濾面積和過濾速度的確定

除塵器的過濾面積是指除塵器布袋起過濾作用濾料的有效面積，具體計(jì)算公式為：

(2)

式中S—除塵系統(tǒng)過濾面積，m2；

Q—處理風(fēng)量，粉塵氣體進(jìn)入除塵器的工況風(fēng)量，m3/h；

vF—過濾速度，m/min。

其中，過濾風(fēng)速的大小，決定濾料的使用壽命及整個(gè)除塵系統(tǒng)的除塵效率。查閱相關(guān)資料，脈沖袋式除塵器的過濾速度一般取0.6～1.2 m/min。根據(jù)鋁電解多功能機(jī)組工作環(huán)境及收塵粉塵的特點(diǎn)，結(jié)合除塵系統(tǒng)布局空間有限，選定除塵器過濾速度為vF=1.2 m/min。

4.2 濾袋的規(guī)格及數(shù)量

脈沖袋式除塵器推薦選用濾袋的長度與直徑的比例為12∶1～60∶1，布袋的直徑一般選用120～200 mm，布袋的長度一般選用2～9 m。考慮到布袋除塵器過濾速度以及收塵粉塵的性質(zhì)，選用直徑130 mm、袋長4 m的濾袋。

(1)單條濾袋的過濾面積

Sd=πDL

(3)

式中Sd—單條濾袋的過濾面積，m2；

D—濾袋的直徑，m；

L—濾袋長度，m。

(2)濾袋的數(shù)量

(4)

式中S—除塵器的過濾總面積，m2；

Sd—單條濾袋的過濾面積，m2。

4.3 除塵器的除塵效率

除塵器的除塵效率是指含塵氣體通過除塵器過濾，在一定時(shí)間內(nèi)被除塵器過濾下來的粉塵量與進(jìn)入除塵器之前的粉塵量之比，一般情況下，要求除塵器的除塵效率不低于98%[5]。

4.4 除塵器的清灰方式

通常情況下，氣動(dòng)脈沖袋式除塵器采用在線清灰和離線清灰兩種清灰方式。在線清灰是指袋式除塵器在通過氣動(dòng)脈沖閥進(jìn)行抖動(dòng)清灰時(shí)，除塵器不停止工作，一直處于過濾灰塵的工作狀態(tài)；離線清灰是指袋式除塵器停止工作時(shí)通過脈沖閥噴吹來進(jìn)行布袋清灰，這種清灰方式布袋上的灰塵清理的比較徹底，避免“二次揚(yáng)塵”，所使用的壓縮空氣在壓力、流量同等條件的情況下，清灰效果比在線清灰噴吹徹底[2]。

綜上所述，離線狀態(tài)清灰的除塵器除塵效率要高于在線狀態(tài)清灰的除塵器，故采用離線清灰方式要可靠。

5 結(jié)論

(1)選擇合適的除塵器，確定好各收塵點(diǎn)的合理風(fēng)量，結(jié)合需要處理煙塵的特點(diǎn)，選擇合適的過濾速度，同時(shí)合理選擇風(fēng)量，保證除塵器過濾布袋的過濾面積合理，才能保證除塵器的除塵效果。

(2)除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)優(yōu)先考慮各收塵點(diǎn)收塵罩的結(jié)構(gòu)形式及密閉性，有利于含塵氣體的收集。

(3)綜合考慮煙塵的性質(zhì)及除塵器的特點(diǎn)，結(jié)合鋁電解多功能機(jī)組自身的設(shè)備特性，合理選用清灰方式，可以有效提高除塵效果，降低除塵系統(tǒng)阻力。

(4)由于該系統(tǒng)屬于開放式收塵，受外界氣流影響較大，在確保鋁電解多功能機(jī)組空間上可以布置的情況下，建議增大收塵系統(tǒng)的參數(shù)，以滿足在外界條件的干擾下可以滿足除塵要求，達(dá)到較好的凈化效果。