發(fā)布日期：2017-12-13 12:08
摘 要:通過(guò)對貴鋁第三電解鋁廠(chǎng)陽(yáng)極組裝工段大型除塵系統的設計實(shí)踐,闡述了該系統風(fēng)管配置、排風(fēng)量確定、系統阻力計算、主要設備選擇等過(guò)程,并針對除塵系統中的多點(diǎn)除塵風(fēng)管壓力平衡計算、水平風(fēng)管防止積灰堵塞、風(fēng)管壁厚選擇、螺旋輸送機選擇等問(wèn)題進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞:除塵系統;設計;系統風(fēng)量;壓力平衡
1、概述
預焙陽(yáng)極電解鋁廠(chǎng)陽(yáng)極組裝工段是把鋁電解槽使用過(guò)的陽(yáng)極也稱(chēng)殘極經(jīng)過(guò)處理,取出鋁導桿和鋼爪頭,然后將經(jīng)陽(yáng)極焙燒爐焙燒后的新陽(yáng)極炭塊和鋁導桿、鋼爪頭進(jìn)行組裝,使之成為新陽(yáng)極,送電解車(chē)間供電解槽使用。預焙陽(yáng)極電解鋁廠(chǎng)陽(yáng)極組裝工段,包括預焙陽(yáng)極的組裝、電解質(zhì)和殘極的清理及回收利用等。殘極清理和殘極壓脫、導桿清刷、鋼爪清理等都會(huì )產(chǎn)生大量粉塵,因此,為了適應環(huán)保和車(chē)間衛生條件的要求,必須設置排風(fēng)除塵系統。本文就貴州鋁廠(chǎng)第三電解鋁廠(chǎng)陽(yáng)極組裝工段大型除塵系統的主要設計參數、設計方案、運行效果進(jìn)行分別論述。
2、主要設計參數
貴州鋁廠(chǎng)第三電解鋁廠(chǎng),年產(chǎn)電解鋁8萬(wàn)t, 1987年10月開(kāi)工建設,與其配套的陽(yáng)極系統包括陽(yáng)極組裝工段于1994年6月交付生產(chǎn)投入使用。陽(yáng)極組裝工段除塵系統具有除塵風(fēng)管長(cháng)、除塵風(fēng)量大、除塵點(diǎn)較多的特點(diǎn),陽(yáng)極組裝工段除塵系統主要是殘極清理和殘極壓脫2個(gè)除塵系統,其主要設計參數見(jiàn)表1。
表1 殘極清理和殘極壓脫系統主要設計參數表
殘極清理系統散發(fā)粉塵的生產(chǎn)設備是:托盤(pán)傾翻裝置,初次、二次及手動(dòng)殘極清理機和皮帶運輸機等。殘極壓脫系統散發(fā)粉塵的生產(chǎn)設備是:自動(dòng)和手動(dòng)殘極壓脫機、鋼爪清理機及皮帶運輸機等。
3、除塵系統方案
陽(yáng)極組裝除塵系統粉塵主要是炭素塵,呈黑色,粒度小,可見(jiàn)性明顯。因此,除塵系統運行好壞,車(chē)間內衛生條件和除塵系統排出口濃度很容易觀(guān)察到。另外,陽(yáng)極組裝生產(chǎn)工藝設備自動(dòng)化水平較高,電氣設備要求車(chē)間粉塵濃度很?chē)栏?因此,除塵系統設計整體方案包括風(fēng)管配置、排風(fēng)罩設置、設備的選擇要合理、先進(jìn)。
3.1 除塵風(fēng)管配置
陽(yáng)極組裝工段為單層廠(chǎng)房,室內工藝設備配置比較緊湊,因此,除塵風(fēng)管和排風(fēng)罩布置需緊密與生產(chǎn)工藝設備配合好,否則就會(huì )影響工藝設備正常操作和運行。除塵風(fēng)管一般應盡量垂直或傾斜敷設,以防除塵風(fēng)管積灰。但在陽(yáng)極組裝工段,由于條件受限,除塵風(fēng)管配置只能采取支管垂直敷設、匯合總管水平敷設的方案,這樣對生產(chǎn)工藝設備的運行操作才不會(huì )有影響,而且水平匯合管還必須高于車(chē)間的組裝懸鏈輸送設備,當然,針對除塵風(fēng)管的水平敷設需采取相應的防止積灰措施。
3.2 排風(fēng)量的確定和除塵系統阻力計算
各排風(fēng)點(diǎn)的排風(fēng)量大小關(guān)系到塵源點(diǎn)的粉塵散發(fā),對于陽(yáng)極組裝的工藝設備散塵點(diǎn)的排風(fēng)量主要是依據現有的專(zhuān)業(yè)設計手冊和經(jīng)驗數據來(lái)確定,對于排風(fēng)罩的控制風(fēng)速一般采用0.6——2.0m/s。其各收塵點(diǎn)排風(fēng)量見(jiàn)表2。
對于多點(diǎn)除塵系統的阻力計算,采用風(fēng)管等速計算法和支管設置鋼制蝶閥調節,使除塵系統阻力達到平衡,除塵系統總阻力為O不利環(huán)路的阻力,依據總阻力和除塵器的阻力來(lái)確定風(fēng)機的壓力。
3.3 除塵設備
通常電解鋁廠(chǎng)炭素系統除塵設備多采用反吸風(fēng)扁袋除塵器、小型脈沖袋式除塵器等,而且往往室內布置居多。但本陽(yáng)極組裝車(chē)間由于是擴建工程,除塵設備只能室外布置,而且位置有限,系統風(fēng)量也比較大。因此,需考慮除塵設備向空間發(fā)展,這樣,在除塵設備選擇上選擇GFC負壓反吹風(fēng)布袋除塵器,根據系統的風(fēng)量和粉塵性質(zhì),所選擇的袋式除塵設備型號及技術(shù)參數見(jiàn)表3。
3.4 風(fēng)機設備
根據除塵系統風(fēng)管阻力和袋式除塵器設備阻力,風(fēng)機的參數選擇見(jiàn)表4。
3.5 收塵粉料輸送
袋式除塵器回收的粉料可作生產(chǎn)原料,因此,收下來(lái)的粉料直接返回生產(chǎn)線(xiàn)末端,粉料輸送采用螺旋輸送機設備,與除塵系統聯(lián)鎖運行。
4 除塵系統的幾個(gè)問(wèn)題
4.1 多點(diǎn)除塵系統風(fēng)管壓力平衡計算
在多點(diǎn)除塵系統的風(fēng)管壓力平衡計算過(guò)程中,傳統的計算方法多采用靜壓平衡法。這種計算方法在理論上比較精確,但在工廠(chǎng)實(shí)際安裝的風(fēng)管系統往往和設計的風(fēng)管系統不同,使原來(lái)壓力平衡的各并聯(lián)管路出現不平衡。另外,不同的設計手冊,盡管條件相同,查找出的局部阻力系數值等參數并不相同,這也會(huì )造成理論計算值與實(shí)際情況有差別。另外,靜壓平衡法計算過(guò)程繁瑣,為了平衡風(fēng)管,往往要進(jìn)行大量的重復計算工作,而且有些風(fēng)管的管徑為了滿(mǎn)足壓力平衡計算,風(fēng)管管徑過(guò)大過(guò)小會(huì )帶來(lái)風(fēng)管速度不符合除塵系統要求。在多年的設計過(guò)程中,我們采用等速計算法來(lái)計算多點(diǎn)除塵系統風(fēng)管壓力。實(shí)踐證明,各排風(fēng)支管可達到平衡,這樣可減少計算工作量。等速計算法是根據除塵風(fēng)管的速度要求,按節點(diǎn)處各支管、分支管段風(fēng)速相等的原則進(jìn)行管徑計算，并以O長(cháng)風(fēng)管管路為O不利管路,個(gè)別管路進(jìn)行適當的風(fēng)速調整,為方便現場(chǎng)安裝調試和保證等速計算后除塵系統滿(mǎn)足設計要求,各排風(fēng)點(diǎn)均設鋼制調節蝶閥。等速計算法,采用編程計算風(fēng)管管徑及壓力平衡,根據匯合管和支管壓力損失可以計算出各支管蝶閥卸料器的開(kāi)啟角度,使除塵系統風(fēng)管各支管壓力達到平衡。
4.2 除塵風(fēng)管閥門(mén)
除塵系統風(fēng)管閥門(mén)過(guò)去一直沿用《采暖通風(fēng)設計選用手冊》中(T309)密閉斜插板閥作為除塵風(fēng)管閥門(mén),但在多年的實(shí)踐中發(fā)現存在以下幾個(gè)問(wèn)題:一是斜插板閥不易調節,尤其是加工質(zhì)量不好或粉塵進(jìn)入斜插板槽后更是難以拉動(dòng);二是斜插板閥高度尺寸太大,給除塵風(fēng)管安裝帶來(lái)不便,甚至會(huì )出現安裝不下的現象;三是斜插板閥由于是往上拉動(dòng),現場(chǎng)條件受限會(huì )造成操作困難。因此,許多工廠(chǎng)都對除塵系統采用斜插板閥不滿(mǎn)意。在我們近年來(lái)的除塵系統設計中,風(fēng)管閥門(mén)采用鋼制蝶閥,可以現場(chǎng)加工,要求高些也可以向制造廠(chǎng)訂貨。從目前加工的水平看,蝶閥制作可做到比較嚴密,鋼制蝶閥具有操作方便、定位簡(jiǎn)單、閥門(mén)高度小安裝方便的優(yōu)點(diǎn),所以筆者認為除塵系統風(fēng)管閥門(mén)采用鋼制蝶閥為好,閥門(mén)鋼板厚度根據管徑大小確定,一般來(lái)說(shuō),閥門(mén)壁厚可與風(fēng)管壁厚相同或大1——2mm為宜,這樣也不會(huì )造成閥門(mén)造價(jià)過(guò)高,從近年來(lái)我們與國外合作的工程中了解到,國外除塵系統風(fēng)管閥門(mén)也都是采用鋼制蝶閥。
4.3 水平風(fēng)管防堵措施
在多點(diǎn)除塵系統風(fēng)管布置中,由于風(fēng)管管路長(cháng),受條件所限,往往難以保證所有風(fēng)管都能傾斜或垂直布置,常常會(huì )遇到除塵風(fēng)管水平敷設問(wèn)題。因此,水平風(fēng)管防止積灰堵塞尤為重要,關(guān)系到除塵系統能否正常運行的問(wèn)題。根據多年的設計和現場(chǎng)調試經(jīng)驗,水平風(fēng)管防止積灰堵塞措施有以下幾點(diǎn):①保證水平風(fēng)管風(fēng)速大于粉塵性質(zhì)要求的O小風(fēng)速,有時(shí)可以在末端排風(fēng)支管上設旁通閥,用于調節風(fēng)量或進(jìn)行風(fēng)管清掃,必要時(shí)可通過(guò)旁通閥增加末端風(fēng)量而保證水平風(fēng)管風(fēng)速;②有壓縮空氣條件的,在水平風(fēng)管側面安裝壓縮空氣助吹管,定期吹掃,采用鋼管連接助吹管接至地面或便于連接壓縮空氣的位置;③在除塵系統的電氣控制上,除塵系統啟動(dòng)時(shí)間保證比工藝設備啟動(dòng)時(shí)間提前,停止時(shí)間保證比工藝設備停機時(shí)間滯后,這樣就不會(huì )造成含塵氣流粉塵沉降于風(fēng)管。往往風(fēng)管積塵,都是風(fēng)管含塵氣體停止流動(dòng)造成沉降,時(shí)間長(cháng)了勢必就會(huì )引起風(fēng)管堵塞,所以除塵系統啟動(dòng)和停止時(shí)間對除塵風(fēng)管防止積塵堵塞尤為重要。
4.4 除塵風(fēng)管壁厚
《通風(fēng)與空調工程施工及驗收規范》中對除塵風(fēng)管壁厚已有明文規定,不同管徑對應于不同壁厚。但在實(shí)際工程中,我們按規范規定設計,采用1.5mm和2.0mm2種壁厚,建設單位往往感到鋼板壁厚難以分類(lèi)、采購,而且容易造成混淆。因此,近年來(lái),我們在設計中,一般的除塵風(fēng)管通常采用δ=2mm的鋼板,大于1500mm的風(fēng)管采用δ=3mm鋼板,施工單位感到比較滿(mǎn)意,盡管比規范規定的材料重量有所增加,但實(shí)際上,由于材料壁厚統一,廢料減少,因此投資費用增加無(wú)幾,故筆者認為,一般除塵系統風(fēng)管壁厚采用2mm是O為合適的。
4.5 螺旋輸送機
除塵系統大多采用螺旋輸送機來(lái)進(jìn)行回收粉塵輸送。在設計選型上,如按輸送能力計算,選用150mm、200mm螺旋輸送機就足夠了,但在實(shí)際工程中,常常會(huì )遇到螺旋輸送機輸送粉料時(shí)發(fā)生堵塞拱料的現象,特別是在中間吊軸承處,甚至會(huì )把輸送機頂板頂開(kāi)。有些設計手冊規定輸送粉料的螺旋輸送機直徑不能小于300mm,而事實(shí)上,在工程實(shí)踐中發(fā)現螺旋輸送機輸送粉料造成堵塞拱料的原因,主要是由中間吊軸承造成。這是因為粉料流動(dòng)性差,中間吊軸承處的法蘭連接造成螺旋截面減小,另外螺旋葉片又中斷,因此,此處粉料輸送為喉口受阻,造成粉料拱料。因此,筆者認為螺旋輸送機輸送粉料時(shí),不設中間吊軸承為好,距離長(cháng)時(shí)可采用兩段螺旋輸送機,這樣就不容易拱料,在實(shí)際工程中也證明了這一點(diǎn)。如果確實(shí)不可避免采用中間吊軸承時(shí),螺旋輸送機計算時(shí)要考慮中間吊軸承處的截面減小因素。
5、運行效果
陽(yáng)極組裝除塵系統在安裝調試過(guò)程中,設計人員積極配合,使除塵系統自1994年6月投入使用以來(lái)一直效果良好,除塵系統運行平穩,設備運行正常。1995年8月經(jīng)O環(huán)保局委托貴州省環(huán)境監測中心站監測,其監測結果見(jiàn)表5。
從監測結果看,除塵系統排放濃度均低于O排放標準(150mg/m3),因此,陽(yáng)極組裝工段大型除塵系統的設計是成功的。
