浅谈电解槽烟道自动清灰

关永军

【摘 要】 借助CFX软件，对电解槽槽上烟道的布置、烟管截面积、吸尘罩的设置等做了优化。目前，工程中的应用已说明，该方法的清灰彻底，自动化程度高，结构简单、加工、运行成本低，维护方便，完全可实现无人值守，有助于实现电解车间管控一体化。电解槽烟道清灰将有力提高电解槽净化效果，对提高企业和社会综合经济效益起到积极促进作用，尤其是电解槽的自动清灰将更受广大用户欢迎，对其它相关行业将起到借鉴作用。

【关键词】 电解槽烟道 自动清灰 CFX

1 技术背景

电解铝生产中，烟气净化至关重要，它影响着车间生产和企业周边的环境，制约着生产效率的提高，国家和地方都高度关注。传统的电解槽上部集气是靠大梁下部的V形或弧形烟管和由密封罩板组成的烟罩进行集气，这种集气方式集气效率低，东北大学设计研究院（有限公司）开发的“高位分区集气”结构，很好的解决了传统烟管净化中存在的诸多不足。不管是何种集气结构，经过一段时间的生产运行，烟管难免积灰，积灰达到某一程度，将影响着整个电解槽的净化效果，只有有效清灰后，才能恢复正常的净化。因此烟道清灰在净化系统运行中至关重要，尤其是自动清灰（无人为干预）将更受欢迎。

2 分析问题

电解铝生产中产生大量的烟气，烟气中含有大量粉尘，在烟罩、烟管负压气流作用下，粉尘颗粒拥有了一定的动能，粉尘经烟罩进入烟管，因气流速度、距离等因素，压力损耗较大，粉尘随气流运动的动能减小，即速度减小，当低于某一悬浮风速时，粉尘颗粒就会在烟道上形成沉积状态，就形成了上文所述积灰现象。

传统烟道清灰可分开放式和密闭式等。开放式清灰是指打开烟管上预先安装的手孔，用压缩空气吹扫，这种吹扫，气流速度较高，很难控制，烟管中的积灰通常被带出烟管外，极易造成二次污染。电解槽运行中，槽上部结构包括烟道均属于高温区，工人在槽上作业，将受高温热气熏烤，增加了劳动强度，严重影响了工人的身体健康。密闭式清灰是指借助气流、振打等，在烟道处于密闭状态下清灰，这种清灰无粉尘烟气等外溢，不会造成二次污染。本文所论述的自动清灰属于密闭式清灰，利用机电一体化技术实现自动检测、自动清灰。

为提高净化效果，东北大学设计研究院（有限公司）设计中采用的“高位分区集气”结构，特点是电解槽上部结构两侧设两根支烟管，支烟管上接有烟罩，两根支烟管在烟道端汇总于主烟管，在此处形成“Y”型三通，详见图1。

3 解决问题

基于上文所述烟管布置特征，在烟道汇总形成的“Y”型三通处，增加带轴的阀板，形成了三通换向阀。正常工作时，阀板处于中间位置，在图中2的位置。分支管与汇总烟管处于畅通状态，烟气经过分支管汇集于汇总烟管。当需要清灰时，用阀板关闭一侧烟管，使得只有另一侧分支管与汇总烟管相通，此时的烟管风速大幅度提高，将远远高于粉尘的悬浮风速，可将沉积的粉尘带走，达到烟管清灰的目的。同样方法可以清理另一侧分支管。清理完毕后，将阀板恢复至原位，即图中2的位置，恢复正常的工作状态。阀板的动作可由人工操作完成，也可利用机电一体化技术，借助压差开关、PLC、气动或电动执行机构等实现自动控制。

自动化清灰的实现，在烟管上安装压差开关，采样点选在烟管首末端，压差开关动作压差值可根据需要设定，设定后，当烟管积灰达到一定程度，风速提高，烟管压力损耗增加，烟管首末端将产生压差，只要压差达到某一设定值，压差开关动作，向自动清灰系统发出清灰指令，烟管随即进入清灰状态。这里自动清灰的控制系统一般可借助PLC实现自动清灰，当然也可借助接触器、中间继电器、时间继电器等实现。由PLC组成的自动清灰系统，接到清灰指令后，控制上文所述的三通换向阀，清灰时间由PLC程序控制，清灰完成后，自动关闭清灰系统。压差开关在整个电解槽烟气净化过程中，起到时时监控作用。

压差开关是利用某两点的压差来发出通、断电讯号的开关装置。常见的压差开关压力范围20～4000Pa，开关差10-250Pa，上下限开关回差±15%，最大工作压力10k Pa，当压差达到某一设定值时，压差开关将动作，或接通或断开。这种电讯号可同时发给烟管清灰系统和总控制室或运行监控中心，在总控室或运行监控中心可时时获取电解槽烟气净化运行状态情况的相关信息，在阀板出安装接近开关，又可对三通换向阀运行状态进行监视，可对某一时间段清灰频度进行统计。

4 结语

上文所述的清灰方法已申请国家发明专利，该方法已通过CFX模拟软件进行了大量的模拟分析，得到了令人满意的分析结果。借助CFX软件，对电解槽槽上烟道的布置、烟管截面积、吸尘罩的设置等做了优化。目前，工程中的应用已说明，该方法的清灰彻底，自动化程度高，结构简单、加工、运行成本低，维护方便，完全可实现无人值守，有助于实现电解车间管控一体化。

参考文献：

[1]蒲恩奇.大气污染治理工程.高等教育出版社，1999.

[2]谢龙汉，赵新宇，张炯明.ANSYS CFX流体分析及仿真.电子工业出版社，2012.

[3]胡学林，宋宏.电气控制与PLC.冶金工业出版社，1997.