淺談電解槽煙道自動(dòng)清灰

關(guān)永軍

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧沈陽 110013）

淺談電解槽煙道自動(dòng)清灰

關(guān)永軍

（東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司），遼寧沈陽 110013）

借助CFX軟件，對電解槽槽上煙道的布置、煙管截面積、吸塵罩的設(shè)置等做了優(yōu)化。目前，工程中的應(yīng)用已說明，該方法的清灰徹底，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡單、加工、運(yùn)行成本低，維護(hù)方便，完全可實(shí)現(xiàn)無人值守，有助于實(shí)現(xiàn)電解車間管控一體化。電解槽煙道清灰將有力提高電解槽凈化效果，對提高企業(yè)和社會(huì)綜合經(jīng)濟(jì)效益起到積極促進(jìn)作用，尤其是電解槽的自動(dòng)清灰將更受廣大用戶歡迎，對其它相關(guān)行業(yè)將起到借鑒作用。

電解槽煙道 自動(dòng)清灰 CFX

1　技術(shù)背景

電解鋁生產(chǎn)中，煙氣凈化至關(guān)重要，它影響著車間生產(chǎn)和企業(yè)周邊的環(huán)境，制約著生產(chǎn)效率的提高，國家和地方都高度關(guān)注。傳統(tǒng)的電解槽上部集氣是靠大梁下部的V形或弧形煙管和由密封罩板組成的煙罩進(jìn)行集氣，這種集氣方式集氣效率低，東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）開發(fā)的“高位分區(qū)集氣”結(jié)構(gòu)，很好的解決了傳統(tǒng)煙管凈化中存在的諸多不足。不管是何種集氣結(jié)構(gòu)，經(jīng)過一段時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行，煙管難免積灰，積灰達(dá)到某一程度，將影響著整個(gè)電解槽的凈化效果，只有有效清灰后，才能恢復(fù)正常的凈化。因此煙道清灰在凈化系統(tǒng)運(yùn)行中至關(guān)重要，尤其是自動(dòng)清灰（無人為干預(yù)）將更受歡迎。

2　分析問題

電解鋁生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的煙氣，煙氣中含有大量粉塵，在煙罩、煙管負(fù)壓氣流作用下，粉塵顆粒擁有了一定的動(dòng)能，粉塵經(jīng)煙罩進(jìn)入煙管，因氣流速度、距離等因素，壓力損耗較大，粉塵隨氣流運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能減小，即速度減小，當(dāng)?shù)陀谀骋粦腋★L(fēng)速時(shí)，粉塵顆粒就會(huì)在煙道上形成沉積狀態(tài)，就形成了上文所述積灰現(xiàn)象。

傳統(tǒng)煙道清灰可分開放式和密閉式等。開放式清灰是指打開煙管上預(yù)先安裝的手孔，用壓縮空氣吹掃，這種吹掃，氣流速度較高，很難控制，煙管中的積灰通常被帶出煙管外，極易造成二次污染。電解槽運(yùn)行中，槽上部結(jié)構(gòu)包括煙道均屬于高溫區(qū)，工人在槽上作業(yè)，將受高溫?zé)釟庋?，增加了勞?dòng)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響了工人的身體健康。密閉式清灰是指借助氣流、振打等，在煙道處于密閉狀態(tài)下清灰，這種清灰無粉塵煙氣等外溢，不會(huì)造成二次污染。本文所論述的自動(dòng)清灰屬于密閉式清灰，利用機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測、自動(dòng)清灰。

為提高凈化效果，東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院（有限公司）設(shè)計(jì)中采用的“高位分區(qū)集氣”結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是電解槽上部結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)兩根支煙管，支煙管上接有煙罩，兩根支煙管在煙道端匯總于主煙管，在此處形成“Y”型三通，詳見圖1。

3　解決問題

基于上文所述煙管布置特征，在煙道匯總形成的“Y”型三通處，增加帶軸的閥板，形成了三通換向閥。正常工作時(shí)，閥板處于中間位置，在圖中2的位置。分支管與匯總煙管處于暢通狀態(tài)，煙氣經(jīng)過分支管匯集于匯總煙管。當(dāng)需要清灰時(shí)，用閥板關(guān)閉一側(cè)煙管，使得只有另一側(cè)分支管與匯總煙管相通，此時(shí)的煙管風(fēng)速大幅度提高，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于粉塵的懸浮風(fēng)速，可將沉積的粉塵帶走，達(dá)到煙管清灰的目的。同樣方法可以清理另一側(cè)分支管。清理完畢后，將閥板恢復(fù)至原位，即圖中2的位置，恢復(fù)正常的工作狀態(tài)。閥板的動(dòng)作可由人工操作完成，也可利用機(jī)電一體化技術(shù)，借助壓差開關(guān)、PLC、氣動(dòng)或電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

自動(dòng)化清灰的實(shí)現(xiàn)，在煙管上安裝壓差開關(guān)，采樣點(diǎn)選在煙管首末端，壓差開關(guān)動(dòng)作壓差值可根據(jù)需要設(shè)定，設(shè)定后，當(dāng)煙管積灰達(dá)到一定程度，風(fēng)速提高，煙管壓力損耗增加，煙管首末端將產(chǎn)生壓差，只要壓差達(dá)到某一設(shè)定值，壓差開關(guān)動(dòng)作，向自動(dòng)清灰系統(tǒng)發(fā)出清灰指令，煙管隨即進(jìn)入清灰狀態(tài)。這里自動(dòng)清灰的控制系統(tǒng)一般可借助PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清灰，當(dāng)然也可借助接觸器、中間繼電器、時(shí)間繼電器等實(shí)現(xiàn)。由PLC組成的自動(dòng)清灰系統(tǒng)，接到清灰指令后，控制上文所述的三通換向閥，清灰時(shí)間由PLC程序控制，清灰完成后，自動(dòng)關(guān)閉清灰系統(tǒng)。壓差開關(guān)在整個(gè)電解槽煙氣凈化過程中，起到時(shí)時(shí)監(jiān)控作用。

壓差開關(guān)是利用某兩點(diǎn)的壓差來發(fā)出通、斷電訊號(hào)的開關(guān)裝置。常見的壓差開關(guān)壓力范圍20～4000Pa，開關(guān)差10-250Pa，上下限開關(guān)回差±15%，最大工作壓力10k Pa，當(dāng)壓差達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，壓差開關(guān)將動(dòng)作，或接通或斷開。這種電訊號(hào)可同時(shí)發(fā)給煙管清灰系統(tǒng)和總控制室或運(yùn)行監(jiān)控中心，在總控室或運(yùn)行監(jiān)控中心可時(shí)時(shí)獲取電解槽煙氣凈化運(yùn)行狀態(tài)情況的相關(guān)信息，在閥板出安裝接近開關(guān)，又可對三通換向閥運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，可對某一時(shí)間段清灰頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4　結(jié)語

上文所述的清灰方法已申請國家發(fā)明專利，該方法已通過CFX模擬軟件進(jìn)行了大量的模擬分析，得到了令人滿意的分析結(jié)果。借助CFX軟件，對電解槽槽上煙道的布置、煙管截面積、吸塵罩的設(shè)置等做了優(yōu)化。目前，工程中的應(yīng)用已說明，該方法的清灰徹底，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡單、加工、運(yùn)行成本低，維護(hù)方便，完全可實(shí)現(xiàn)無人值守，有助于實(shí)現(xiàn)電解車間管控一體化。

［1］蒲恩奇.大氣污染治理工程.高等教育出版社，1999.

［2］謝龍漢，趙新宇，張炯明.ANSYS CFX流體分析及仿真.電子工業(yè)出版社，2012.

［3］胡學(xué)林，宋宏.電氣控制與PLC.冶金工業(yè)出版社，1997.