氧化鋁熟料燒成窯收塵系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)改造

李桂賢 鄧邦慶 駱 鳳

(1.貴州理工學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550003; 2.中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司， 貴州 貴陽(yáng) 550014)

環(huán)保與綜合利用

氧化鋁熟料燒成窯收塵系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)改造

李桂賢1鄧邦慶2駱 鳳2

(1.貴州理工學(xué)院， 貴州 貴陽(yáng) 550003; 2.中國(guó)鋁業(yè)貴州分公司， 貴州 貴陽(yáng) 550014)

針對(duì)氧化鋁廠熟料燒成窯收塵系統(tǒng)在設(shè)備、運(yùn)行、環(huán)境等方面存在的問題進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備、電氣、自動(dòng)控制部分進(jìn)行了系列節(jié)能減排技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)了氧化鋁燒結(jié)生產(chǎn)尾氣達(dá)標(biāo)排放和資源減量化的目標(biāo)，取得了良好的社會(huì)環(huán)境效益。

氧化鋁； 熟料窯； 收塵系統(tǒng)； 節(jié)能減排

0 前言

中鋁貴州分公司氧化鋁廠有兩條拜耳法生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為85萬t/a，一條燒結(jié)法生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為35萬t/a。該廠的燒結(jié)法生產(chǎn)線是采用堿、石灰燒結(jié)法工藝生產(chǎn)氧化鋁。拜耳法2#生產(chǎn)線與燒結(jié)法生產(chǎn)線構(gòu)成了拜耳- 燒結(jié)混聯(lián)法生產(chǎn)工藝。

燒結(jié)法生產(chǎn)線中，熟料窯煙氣凈化采用了電收塵系統(tǒng)，其工藝流程如下：熟料窯煙氣→窯尾沉降室→旋風(fēng)收塵器→電收塵器。煙氣中的大顆粒窯灰在沉降室沉落到窯尾罩的下料簸箕內(nèi)返回到窯內(nèi)，顆粒稍小的窯灰通過旋風(fēng)筒收集并通過其底部的下料管返回到窯尾罩的下料簸箕上，其余部分由電收塵器收集，通過螺旋輸送機(jī)和斗式提升機(jī)輸送返回到窯尾罩內(nèi)，凈化后的煙氣直接排空[2]。

熟料燒成窯單臺(tái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力40 t/h。熟料燒成過程中產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔夂头蹓m，煙氣的主要成分是N2、H2O、O2、CO2、CO等,粉塵的主要成分是Na2O、K2O、Na2SO3、CaO、MgO、Al203、C和其他物質(zhì)等[1]。

熟料窯收塵系統(tǒng)中，目前生產(chǎn)運(yùn)行的電收塵器為棒幃式SU4- 45電收塵器，該設(shè)備技術(shù)落后，運(yùn)行、維護(hù)、檢修費(fèi)用高，除塵效率低，排放口煙氣粉塵超標(biāo)嚴(yán)重，污染環(huán)境。隨著國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和企業(yè)自身降耗增效的需要，徹底淘汰棒幃式電收塵器已成為必然[3]。針對(duì)氧化鋁熟料燒成窯收塵系統(tǒng)存在的問題，開展了節(jié)能減排技術(shù)改造以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和節(jié)能減排的目標(biāo)。

1 熟料燒成窯收塵系統(tǒng)存在的問題

1.1 電收塵系統(tǒng)設(shè)備問題

通過對(duì)電收塵系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀況的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)其存在以下問題：

(1)電收塵器內(nèi)部部分部件損壞，極柱腐蝕嚴(yán)重，邊排沉淀極極柱腐蝕變形嚴(yán)重，極間距發(fā)生變化，工作電壓無法保證，經(jīng)常短路停車。

(2)電場(chǎng)振打清灰裝置生銹失靈，振打沖擊力弱，無法及時(shí)剝離片狀粉塵，極柱捕捉粉塵能力降低。極柱銹蝕變形嚴(yán)重，電收塵器超期使用；電場(chǎng)內(nèi)部?jī)蓚?cè)殼體銹蝕穿孔，兩極大面積發(fā)生不同程度的變形，極間距減小，影響電場(chǎng)供電性能和粉塵驅(qū)進(jìn)速度。

(3)電收塵器進(jìn)口管道彎道多、水平段長(zhǎng)，易積灰，使后風(fēng)徑流量減小，影響熟料窯工況；壓損大、煙氣分流不均；灰斗鎖氣器漏風(fēng)嚴(yán)重，降溫幅度大，導(dǎo)致兩極及殼體銹蝕嚴(yán)重；煙氣管道穿孔，增加風(fēng)機(jī)負(fù)荷與電耗，操作難度較大。

(4)陰極振打?yàn)轫敳總鲃?dòng)，振打錘及錘頭嚴(yán)重變形，傳遞力弱；電場(chǎng)內(nèi)兩極積灰厚，形成“灰包極線”，使電暈線放電不良，導(dǎo)致電壓、電流下降。

(5)電場(chǎng)供電系統(tǒng)裝置相對(duì)落后，電氣故障多、供電不穩(wěn)定，供電等級(jí)低。

(6)電收塵系統(tǒng)高、低壓控制裝置落后，故障率高；振打控制系統(tǒng)電纜絕緣老化，故障率高。

(7)電收塵器部分倉(cāng)壁、隔板、陰陽(yáng)極臥架等腐蝕損壞，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)和工藝尾氣的治理；靜電除塵控制器(見圖1)不能啟動(dòng)；電收塵器煙道、倉(cāng)壁漏風(fēng)嚴(yán)重；電收塵整流變壓器接線柱漏油嚴(yán)重；型號(hào)為GAC- 110的電收塵控制器插件部分接觸不良(見圖2)。

圖1 靜電除塵控制器

圖2 GAC-110電收塵控制器插件

1.2 棒幃式電收塵器外排嚴(yán)重超標(biāo)

從當(dāng)?shù)丨h(huán)保監(jiān)管部門對(duì)改造前熟料窯煙道粉塵監(jiān)測(cè)的情況看，熟料窯已超國(guó)家《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25465—2010)100 mg/Nm3的粉塵濃度排放限值。熟料窯煙道粉塵監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 改造前熟料窯煙道粉塵監(jiān)測(cè)表

2 熟料窯收塵系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)改造

2.1 工藝設(shè)備改造

本項(xiàng)目針對(duì)熟料窯收塵系統(tǒng)，從窯尾洪堡型收塵器至煙氣引風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造：將洪堡型收塵器改為旋風(fēng)收塵器，每臺(tái)窯新建兩臺(tái)旋風(fēng)收塵器；將原棒幃式電收塵器改為板臥式電收塵器，每臺(tái)窯新建一臺(tái)電收塵器及輔助設(shè)施；將原螺旋改為埋刮板輸送機(jī)，每臺(tái)窯新建三臺(tái)埋刮板輸送機(jī)；每臺(tái)窯更新兩臺(tái)提升機(jī)；進(jìn)行相應(yīng)部分的煙道改造。

2.2 電氣改造

新建兩臺(tái)2 500 kVA變壓器提供電源，在新收塵控制室加蓋一層樓，放置1#～3#收塵控制柜、振打柜、刮板機(jī)和提升機(jī)的PLC控制柜等設(shè)備并設(shè)置待機(jī)室；新增控制柜6組、現(xiàn)場(chǎng)控制箱15只；鋪設(shè)動(dòng)力電纜、控制電纜、電纜橋架等；保留5#、6#排煙機(jī)控制室及1#～4#窯引風(fēng)機(jī)控制柜。

2.3 自控控制系統(tǒng)改造

2.3.1 檢測(cè)控制系統(tǒng)改造

采集熟料窯收塵系統(tǒng)主要過程物理量檢測(cè)參數(shù)，包括壓力(負(fù)壓)、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓信號(hào)全部采集進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；采集電氣設(shè)備的運(yùn)行信號(hào)、故障信號(hào)；采集設(shè)備安全狀態(tài)的檢測(cè)信號(hào)；通過調(diào)節(jié)風(fēng)門開度控制電收塵出口風(fēng)量；安裝輔助系統(tǒng)工藝的位式控制系統(tǒng)及工藝聯(lián)鎖的控制系統(tǒng)。

2.3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)改造

燒成窯收塵系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用AB公司的SLC 5/05系列PLC控制器三套，分別用于1#～3#窯收塵系統(tǒng)的信號(hào)采集控制。在收塵系統(tǒng)主控室分別安裝三臺(tái)PC操作站，燒成車間辦公室安裝一臺(tái)顯示站，分別完成對(duì)1#～3#窯的灰斗振打、收塵系統(tǒng)的啟停、監(jiān)控、操作及聯(lián)鎖報(bào)警、過程記錄和輸出等功能。其中，1#～3#燒成窯收塵系統(tǒng)PLC控制器采用三個(gè)獨(dú)立控制柜，系統(tǒng)PLC控制器以下的I/O連接加裝繼電器隔離，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)規(guī)整，加裝有源信號(hào)隔離器、溫度變送器。計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用Windows 2003，工控軟件采用Wonderware TDE 3.0系統(tǒng)。

由于AB公司SLC 5/05系列控制器具有以太網(wǎng)接口功能，故直接連入現(xiàn)有的燒成車間生產(chǎn)控制局域網(wǎng)。通過Wonderware INSQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)各控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程布置數(shù)據(jù)集成與共享。另外，通過光纜和網(wǎng)關(guān)將燒成工序的相關(guān)數(shù)據(jù)送入氧化鋁廠生

產(chǎn)信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享。

2.3.3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表及電氣控制設(shè)備改造

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已有的各類壓力、溫度、電流、電壓、執(zhí)行器等測(cè)量?jī)x表，增設(shè)溫度變送器、電量變換器、信號(hào)隔離器等輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)與控制器的信號(hào)傳輸。所有檢測(cè)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)都通過屏蔽控制電纜進(jìn)行傳輸。由于取消了二次儀表，原有儀表電纜無法使用，因此全部更換。計(jì)算機(jī)電源采用UPS 供電，采用雙電源切換和電源防雷，保證穩(wěn)定供電和系統(tǒng)安全。

針對(duì)常規(guī)電氣設(shè)備，為了保證改造的順利完成和生產(chǎn)的正常進(jìn)行，對(duì)原有的電氣聯(lián)鎖方式和控制原理不做任何修改，僅通過計(jì)算機(jī)控制取代原有的操作室人工操作，電氣聯(lián)鎖不用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖取代。直接將計(jì)算機(jī)操作的接點(diǎn)接入原配電盤的控制回路中，通過計(jì)算機(jī)輸出來控制設(shè)備啟停。

3 改造效果

改造后熟料窯收塵系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，收塵效果明顯，通過技術(shù)改造，燒成窯電收塵系統(tǒng)粉塵排放濃度將由784.23 mg/Nm3下降到100 mg/Nm3以下，達(dá)到了減排的目的，年減少向環(huán)境排放粉塵658.71 t，且完全能夠滿足《鋁工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25465—2010)規(guī)定的現(xiàn)有氧化鋁熟料燒成窯2012年后顆粒物排放濃度100 mg/Nm3以下的標(biāo)準(zhǔn)，改善了大氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)減排的目標(biāo)。改造后熟料窯煙道粉塵監(jiān)測(cè)結(jié)果見表2。

表2 改造后熟料窯煙道粉塵監(jiān)測(cè)表

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)施節(jié)能減排技術(shù)改造后，熟料燒成窯出口粉塵濃度可降至100 mg/Nm3以下，完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。為改善區(qū)域環(huán)境質(zhì)量奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展騰出環(huán)境空間和環(huán)境容量，為節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)，不僅創(chuàng)造出良好的環(huán)保效益，同時(shí)產(chǎn)生了極大的社會(huì)效益。

[1] 孫雪梅.氧化鋁熟料窯粉塵的特性和電收塵技術(shù)的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2005(9):23-24.

[2] 蔣文舉，寧平,等.大氣污染控制[M].成都：四川大學(xué)出版社，2001.

[3] 徐立鵬，魏永剛，李積堯．電收塵技術(shù)在氧化鋁熟料燒結(jié)中的應(yīng)用[J].工業(yè)安全與環(huán)保, 2004(5):3-5.

Technological Transformation of Energy Saving and Emissions Reduction on Dust Collection System of Alumina Clinker Calcining Kiln

LI Gui-xian, DENG Bang-qing, LUO Feng

This paper analyzes the targeted problems existed in dust collection system of alumina clinker calcining kiln in terms of equipment, operation, environment and others. By carrying a technological transformation of energy saving and emissions reduction on the parts of equipment, electrical, automatic control, the goals of allowable exhaust emissions per standard in alumina sintering production and reduction of resource are achieved, and good social environmental benefits are obtained meanwhile.

alumina； clinker kiln； dust collection system； energy saving and emissions reduction

2015-04-22

貴州省科技廳聯(lián)合基金(黔科合LH字[2014]7359號(hào))；貴州理工學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目(XJGC20141101)

李桂賢(1969—)，女，大學(xué)本科，研究員，主要從事鋁工業(yè)污染與防治研究。鄧邦慶(1962—)，男，學(xué)士，研究員，主要從事鋁工業(yè)污染與防治研究。

TF821; TF805.3

A

1008-5122(2015)04-0044-03