槽密闭对铝电解槽烟气量的影响

王 培



槽密闭对铝电解槽烟气量的影响

王 培

（中铝国际工程股份有限公司贵阳分公司 贵阳 550081）

电解铝厂重污染、高能耗日益受到国家重点关注，其中电解烟气净化系统大功率排烟风机耗能占铝电解能耗不小的比例。从电解槽密闭方面进行研究，试验了一系列改造措施，并通过实测烟气量，验证了槽密闭性能对电解槽烟气量影响巨大。通过改善槽密闭，能提高电解槽烟气集气效率，减少进入净化系统排烟量，从而减小净化系统大功率排烟风机能耗，达到节能减排的目的。

槽密闭；铝电解烟气；槽盖板；支管阀；烟气量

0 引言

现代铝工业采用冰晶石—氧化铝融盐电解法预焙槽生产技术生产铝液。在电解反应进行中，电解槽内不断产生有害烟气，其中主要成分为SO2，HF，CO，CO2等气态物质以及氧化铝、炭和冰晶石粉尘等固态物质。为了阻止烟气扩散至车间内，每台电解槽设置了密闭措施以及集气罩，将电解槽内维持负压控制烟气不外溢，并通过排烟管网将烟气汇集后进入布袋除尘器进行净化处理，再通过大型排烟风机达标排放。电解槽所散发的烟气中，电化学产生的烟气有害物浓度高，但是烟气量非常小，约只占电解槽排烟量的10%（下文称此部分烟气为有效风）。为防止有害物外溢，槽上部集气罩抽吸的绝大部分都是通过槽盖板、阳极导杆、打壳装置缝隙进入车间内的空气（下文称此部分烟气为无效风）。而电解槽排烟量的大小以及管道系统阻力等因素决定了电解烟气净化系统排烟风机能耗。排烟风机的能耗占净化系统总能耗90%以上，而电解烟气净化系统占全厂综合交流电耗的1.4%～2.2%。特别是现在超大型电解槽先后问世，电解烟气净化系统容量越来越大，环保要求和电力成本的不断提高，节能减排方案的实施已迫在眉睫。因此，为了达到既降低进入净化系统的烟气量，又能控制住有害物外溢，增强电解槽集气效率，以此减少净化系统能耗的目的，本文从电解槽的密闭性这个角度进行了大量的改造试验和实测研究。

1 改造方案

通过对国内电解槽相关槽密闭、集气罩设计以及槽盖板密闭的考查，结合国外相关技术发展状况，我们在国内某电解铝厂160KA系列槽上，进行一系列具体的研究测试，具体方案内容如下：

（1）针对电解槽打壳装置在槽上部打击头处烟气外溢、烟气泄漏大问题，更换新型圆形打击头，加强打击头周边密封，对槽内打击头周围设计特殊排气口，增加局部排烟量；

（2）针对现有槽盖板变形严重，连接处缝隙大，烟气泄漏量大的问题，采用新型密闭保温型槽盖板替换；

（3）针对电解槽集气罩捕集率不高，集气效果不好问题，在电解槽眉板下设计制作高效集气盒，加强从顶部集气；

（4）在阳极导杆处增加有效的密封板，进行阳极导杆处新密封设计；

在以上方案确定后，在车间中挑选了一台序号为824#电解槽进行了一系列改造措施，包括更换新型打击头、增大打击头局部排风量、在水平集烟管上增加集烟盒、替换新型密闭槽盖板等。改造成功实施后，从现场目视观察的效果看，改观很大，效果明显，其中影响电解槽排烟量最大的因素为槽盖板的密闭性。为了用数据说话，更加科学的验证方案实施后的效果，以下进行了试验槽烟气测试工作。

2 测试方案

（1）确保824#电解槽运行正常、所在工作区电解槽状况稳定，并确定电解槽排烟支管阀门无损坏以及该区烟气净化系统排风机运行正常。

（2）在该区车间外排烟干管中部开孔，开孔位置须满足规范要求：气态污染物监测应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于4倍烟道直径，以及距上述部件上游方向不小于2倍烟道直径处，即在测试槽排烟支管接入干管三通后符合上述条件的位置开孔。

（3）选定824#试验槽为烟气测试槽，并提前在824#相对应厂房外的排烟干管烟管上开好2个Ф80mm的测试圆孔（即图中2#测孔和3#测孔），并在824#槽烟道端排烟支管上开好Ф80mm的测试圆孔（即5#测孔）。开孔方案见下图1。

（4）测量操作开始前，需确保氧化铝输送系统停止运行，即确保风动溜槽无排气进入电解烟气净化排烟干管。

图1 烟气测试开孔方案

（5）排烟支管阀调试方法：先将阀门开启一个较小角度，观察电解槽冒烟情况，然后逐步微调阀门角度，同时观察电解槽直至肉眼看不见烟气冒出，稳定10分钟后，开始测量。

（6）为了测试更加科学有效，共将824#槽盖板及支烟管开度组合为5种状态：

测量状态1：新槽盖板+电解槽不冒烟（支管阀开度为40°）；测量状态2：换为旧槽盖板+支烟阀角度不动（支管阀开度为40°）；测量状态3：旧槽盖板+调支烟阀至不冒烟（支管阀开度为55°），此状态即是现有电解槽运行标准状态；测量状态4：换回新槽盖板+阀角度不动（支管阀开度为55°）；测量状态5：新槽盖板+阀角度分2次调回状态1（支管阀开度为55°→45°→40°），此状态即是进行一系列槽密闭改造后试验槽的标准状态。

（7）每个状态测5组数据，每组数据测5种参数：烟气标干流量（m3/h）、动压（Pa）、静压（kPa）、烟气温度（℃）和烟气流速（m/s）。

3 测试数据及分析

由于干管上的2#测孔和3#测孔所受干扰因素较多，且开孔位置无法开在符合测量规范要求的位置，所测数据不具备参考性，以下分析均基于排烟支管（5#测孔）上测量数据。为了数据真实，2#测孔和3#测孔的数据也分别记录在列。

3.1 状态1统计数据

824测量状态1：新槽盖板 +电解槽不冒烟，支管阀开度为40°时的统计数据见表1。

表1 状态1数据

3.2 状态2统计数据

824测量状态2：换为旧槽盖板 +支烟阀角度不动，支管阀开度为40°时的统计数据见表2。

从状态1到状态2现场观察记录：824#槽从新槽盖板换为旧盖板后约20秒，立即看到较大量烟气从槽盖板的顶部和边部冒出；电解槽烟气捕集效果明显不好。

从状态1到状态2的测试数据分析：烟气外溢是由于槽盖板缝隙明显增大，对无效风阻力减小，集烟管抽吸槽外无效风增多，并还不能控制烟气外逸。

表2 状态2数据

3.3 状态3统计数据

824测量状态3：旧槽盖板+调支烟阀至不冒烟，支管阀开度为55°时的统计数据见表3。

从状态2到状态3现场观察记录：调速旧盖板对应的支烟阀开度为55°后，电解槽不冒烟。

从状态2到状态3的测试数据分析：烟气不外溢是由于阀门开度增加，进一步减小风管阻力，增加抽吸风量才能控制烟气外逸。

表3 状态3数据

3.4 状态4统计数据：

824测量状态4：换回新槽盖板+阀角度不动，时的统计数据见表4。

从状态3到状态4现场观察记录：换回新槽盖板后，电解槽维持不冒烟状态。

从状态3到状态4的测试数据分析：槽盖板缝隙明显减小，烟气量虽然不变，但抽吸的有效风增大，无效风减小，并且无效风还有过剩。

表4 状态4数据

3.5 状态5统计数据

824测量状态5：新槽盖板+阀角度分2次调回状态1，支管阀开度为55°→45°→40°时的统计数据见表5。从状态4到状态5现场观察记录：未看到明显情况。从状态4到状态5的测试数据分析：烟气量减小是由于阀门开度减小，在控制烟气不外逸的前提下，减小了抽吸过剩的无效风。

表5 状态5数据

3.6 各状态数据相互对比情况

（1）状态5和状态1对比

表6 状态5与状态1数据对比

（2）状态5和状态3对比

表7 状态5与状态3数据对比

（3）状态3为现有电解槽标准状态，与原设计值对比

表8 状态3与原设计值对比

（4）状态5为试验电解槽标准状态，与原设计值对比

表9 状态5与原设计值对比

注：所有风量均为工况风量。

3.7 测试数据对比分析

测试数据对比分析汇总见下表10。

表10 测试数据对比分析

4 结论

槽密闭性能的好坏，对电解槽排烟量的大小有决定性的影响。采用一系列改善电解槽密闭性的措施以后，特别是增加槽盖板的密闭性，可以有效控制有害物质外溢的同时，减少无效风的抽吸量，提高电解槽集气效率。排烟量的实测值反映出采取较好密闭措施的电解槽排烟支管阀门可减小开度15°左右，减小排烟量46.2%（状态5和3对比得出）。与原设计值相比，可减小排烟量33.3%（状态5与设计值对比得出）。所以，仅仅从改善电解槽密闭效果这一个角度进行优化设计，就能使进入净化系统的总排烟量显著减小，相应的排烟风机的能耗将大幅减少，从而达到节能减排的良好效果。

[1] 邱竹贤.预焙槽炼铝（第三版）[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[2] 刘业翔,李劼.现代铝电解[M].北京:冶金工业出版社, 2008.

[3] 宋海琛,刘雅锋,汪林.浅谈电解烟气净化系统的能耗[J].轻金属,2012,(2):63-64.

[4] 王立颖.青铝160kA电解槽密闭排烟系统存在的问题及改进[J].青海环境,1999,(3):119-122.

[5] 刘迅,邓翔.铝电解槽排烟量的确定方法[J].轻金属, 2013,(5):62-64.

The Influence of the Airtight on the Aluminum Electrolysis Pots Smoke Volume

Wang Pei

( China Aluminum International Engineering Corportation Limited Guiyang branch, Guiyang, 550081 )

Electrolytic aluminum plant, increasingly heavy pollution and high energy consumption is focus on the state, the high-power exhaust fan of potroom fume treatment system energy consumption accounts for aluminium electrolytic no small proportion of energy consumption. Through the research of this paper from the aspects of electrolyzer airtight test a series of reform measures, and through the actual smoke gas, verified the effect of electrolytic pot airtight performance is enormous. Improving pot airtight, can improve the efficiency of electrolyzer smoke gas collecting, decrease into smoke purification system, reducing purification system power exhaust fan energy consumption, to achieve the effect of energy conservation and emissions reduction.

Pot Airtight; Pot Fume; Pot Cover plate; Branch Valve; Smoke Volume

1671-6612（2016）06-724-05

TF09

A

王 培（1983.01-），男，本科，工程师，E-mail：93436148@qq.com

2015-06-15