Abstract: The article introduces the application instances of dry cleaning process
in flue gas purification system of electrolytic aluminum，with a description of the dry cleaning process, flue gas purification system components of electrolytic aluminum , and the system control theory. And FengGuang high voltage inverter in the exhaust fan in the implementation mechanism, function and characteristics,and energy-saving effect is analyzed. The article introduces the interpretation of how the aluminum industry to achieve environmental protection and energy saving these two social goals,it enhances their competitiveness and social benefits.
Key words: Frequency control system Flue gas purification system of electrolytic aluminum DCS
1引言
河南神火鋁電有限責(zé)任公司，是擁有固定資產(chǎn)10億元，年產(chǎn)電解鋁錠6萬噸，年發(fā)電量7億度，年產(chǎn)碳素陽極4萬噸，銷售收入8億元，出口創(chuàng)匯能力達(dá)4000萬美元的中型企業(yè)。公司擁有三個(gè)電解鋁車間，電解鋁車間設(shè)計(jì)為400kA電解槽，采用干法電解煙氣凈化技術(shù)治理鋁電解生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氟化氫。整套電解槽煙氣凈化系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、工藝配置合理、運(yùn)行可靠，有效地控制了電解煙氣對大氣帶來的污染，完全達(dá)到國家環(huán)保要求。
圖1 河南神火鋁電有限公司
2鋁電解煙氣凈化方法
鋁電解煙氣凈化回收，根據(jù)凈化回收工藝和所選用的設(shè)備情況分為干法凈化和濕法凈化兩大類。
（1）干法。用氧化鋁做吸附劑，吸附氟化物后形成載氟氧化鋁，直接返回電解槽繼續(xù)使用。此法多用于預(yù)焙槽和上插槽，是近幾年發(fā)展起來的新方法，因?yàn)楦煞ň哂性S多優(yōu)點(diǎn)，是許多鋁電解企業(yè)普遍采用的方法。
（2）濕法。用清水洗滌或堿水洗滌電解煙氣后，再通過堿法或酸法流程加以回收，制取冰晶石和氟化鋁的方法。電解煙氣中氟化氫是極性很強(qiáng)的氣體分子，極易溶于水形成氫鍵，水中溶解氟化氫后生成氫氟酸，很容易腐蝕設(shè)備，同時(shí)將大氣污染轉(zhuǎn)成水污染，造成二次污染。濕法凈化回收系統(tǒng)已逐漸不適應(yīng)環(huán)保的要求，而趨于被淘汰。
3電解煙氣干法凈化工藝
3.1干法凈化原理
干法凈化就是以某種固體物質(zhì)吸附另一種氣體物質(zhì)所完成的凈化過程。具有吸附作用的物質(zhì)稱吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。鋁電解含氟煙氣的干法凈化使用電解鋁生產(chǎn)用的氧化鋁，作為吸附劑吸附煙氣中的氟化氫等大氣污染物來完成對煙氣的凈化。氧化鋁對氟化氫的吸附過程分三個(gè)步驟：
（1）氟化氫在氣相中不斷擴(kuò)散，通過氧化鋁表面氣膜到達(dá)氧化鋁表面。
（2）氟化氫受氧化鋁離子極化的化學(xué)鍵力的作用，形成化學(xué)吸附。
（3）被吸附的氟化氫和氧化鋁發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成表面化合物—氟化鋁。用化學(xué)式表示如圖2：
圖2 干法凈化化學(xué)式
氟化氫的吸附率可達(dá)98%~99%，瀝青煙的吸附率在95%以上。載有氟和瀝青煙的氧化鋁由布袋除塵器分離后供電解使用。回收的氟返回電解槽可補(bǔ)充電解生產(chǎn)過程中損失的氟元素，瀝青焦油返槽后可逐步被燒掉。
3.2干法凈化工藝流程
圖3 干法凈化工藝流程圖
干法凈化工藝流程包括電解槽集氣、吸附反應(yīng)、氣固分離、氧化鋁輸送、機(jī)械排風(fēng)等五個(gè)部分，如圖3所示。
（1）電解槽集氣。電解槽散發(fā)的煙氣呈無組織擴(kuò)散狀態(tài)，為了有效地控制污染，必須對電解槽進(jìn)行密封。收集的煙氣通過電解槽的排煙支管匯到電解廠房外的排煙總管，然后送往凈化系統(tǒng)集中處理。
（2）吸附反應(yīng)。將吸附劑新鮮的氧化鋁粉加入到電解煙氣中，并使之與煙氣充分接觸而吸附煙氣中的氟化氫，然后送到布袋除塵器袋濾室。
（3）氣固分離。吸附后的氧化鋁為載氟氧化鋁，載氟氧化鋁與煙氣的分離是由布袋除塵器來完成的。分離下來的載氟氧化鋁，一部分作為循環(huán)氧化鋁繼續(xù)參與吸附反應(yīng)，另一部分由氧化鋁輸送系統(tǒng)送入載氟氧化鋁料倉，供電解使用。
（4）氧化鋁輸送。新鮮氧化鋁定量地由新鮮氧化鋁料倉排出，經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽給入到文丘里反應(yīng)器中。吸附后的載氟氧化鋁由除塵器的沸騰床的溢流口，經(jīng)輸送風(fēng)動(dòng)溜槽及垂直輸送氣力提升機(jī)輸送到載氟氧化鋁料倉，供電解使用。
（5）機(jī)械排風(fēng)。排風(fēng)是整個(gè)凈化系統(tǒng)的主動(dòng)力源。凈化系統(tǒng)的煙氣輸送、氧化鋁輸送、除塵器等均在負(fù)壓狀態(tài)下操作，不向外界排放污染物。機(jī)械排風(fēng)的設(shè)備為離心風(fēng)機(jī)。
4電解煙氣凈化系統(tǒng)的組成
我公司二期凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用干法凈化，所用主要設(shè)備有文丘里反應(yīng)器、脈沖袋式除塵器、風(fēng)動(dòng)溜槽、氣力提升機(jī)以及排煙風(fēng)機(jī)等。
（1）文丘里反應(yīng)器，其工作原理和特點(diǎn)是煙氣向上通過文丘里反應(yīng)器的喉口時(shí)，流速突然增大，形成湍流。在此加入氧化鋁，氧化鋁與煙氣由于湍流而充分混合，進(jìn)行充分反應(yīng)，煙氣自下而上穿過這層斷面與氧化鋁接觸，完成氧化鋁對氟化氫的吸附過程。喉口上方形成的湍流使氧化鋁能充滿整個(gè)管道斷面，縮短了所需的管道長度，提高了凈化效率。
（2）脈沖袋式除塵器，如圖4所示，含塵氣體從袋式除塵器進(jìn)口引入后，通過煙氣分配裝置均勻進(jìn)入濾袋，在此過程中粉塵即被濾袋的外側(cè)所阻擋，經(jīng)過凈化處理的氣體從出口排出，當(dāng)濾袋表面的粉塵不斷增加到一定的厚度，導(dǎo)致設(shè)備阻力上升到設(shè)定值時(shí)，微壓差控制信號有信號輸出。控制儀發(fā)出信號，使噴吹系統(tǒng)工作，電磁脈沖閥打開，此時(shí)壓縮空氣從氣包順序經(jīng)脈沖閥和噴嘴向?yàn)V袋內(nèi)噴射，附于袋外的粉塵脫離濾袋落入灰斗，然后由回轉(zhuǎn)排灰閥將粉塵排出。
圖4 脈沖袋式除塵器
（3）氣力提升機(jī)是一種低壓吹送的垂直提升氣吸式輸送設(shè)備，其工作原理：靠真空來吸取物料，即當(dāng)排風(fēng)機(jī)工作后，整個(gè)系統(tǒng)被抽成一定的真空度，在壓力差的作用下，大氣中的空氣流從物料堆的間隙通過，把物料吸入吸嘴，并沿輸料管進(jìn)入分離器中，在分離器中物料和空氣被分離，物料直接從底部卸出，空氣進(jìn)入除塵器，凈化后的空氣通過排風(fēng)機(jī)進(jìn)入大氣。
（4）風(fēng)動(dòng)溜槽分為下充氣層、中透氣層和上輸料層，由風(fēng)機(jī)給予低壓小容量的空氣，由充氣層透過透氣層，使物料流態(tài)化，從而實(shí)現(xiàn)物流的移動(dòng)。循環(huán)氧化鋁加入到反應(yīng)器的輸送都采用風(fēng)動(dòng)溜槽。
（5）排風(fēng)是整個(gè)凈化系統(tǒng)的主動(dòng)力源。二期焙燒凈化系統(tǒng)由八臺離心式風(fēng)機(jī)組成，驅(qū)動(dòng)電機(jī)為八臺560kW/10kV高壓電機(jī)（Y2 5004-6型）。
5系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及控制
在電解鋁煙氣凈化的過程中，為了有效的進(jìn)行生產(chǎn)操作，就需要對生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)（溫度、壓力、流量等）進(jìn)行自動(dòng)檢測，并與控制儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)相配合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。
5.1系統(tǒng)控制原理
根據(jù)工藝流程，在本系統(tǒng)中，被控對象是核心，被測信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號（4-20mA或0-5V），與給定值進(jìn)行比較，并對結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號，經(jīng)執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)對被控對象的調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)方框圖如圖5 所示：
圖5 系統(tǒng)控制原理方框圖
本系統(tǒng)中除塵器的出入口壓差、載氟氧化鋁的物位控制、新鮮氧化鋁的物位控制、排煙機(jī)的溫度控制以及出口煙氣壓力的控制是本系統(tǒng)的控制核心。
5.2排煙機(jī)變頻控制原理
下面就以排煙機(jī)的出口煙氣壓力控制來說明本系統(tǒng)的控制原理與實(shí)現(xiàn)方法。
圖6 排煙機(jī)變頻控制原理圖
如圖6所示，檢測排煙風(fēng)機(jī)出口煙氣壓力，因?yàn)楫?dāng)內(nèi)外壓差太大時(shí)，布袋除塵器中的煙氣沒有被除掉，就被直接吸出，影響凈化效果。為了保證煙氣凈化過程順暢進(jìn)行，DCS接受壓力變送器傳輸過來的壓力信號，按照既定算法進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)壓力超過系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，DCS發(fā)出4-20mA或0-5V的信號來降低變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行來降低出口煙氣壓力；當(dāng)壓力低于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，DCS發(fā)出4-20mA或0-5V的信號來升高變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)排風(fēng)機(jī)升速運(yùn)行來升高出口煙氣壓力。
6變頻控制排煙風(fēng)機(jī)的效果
離心排風(fēng)機(jī)是凈化系統(tǒng)的動(dòng)力源，為煙氣凈化系統(tǒng)煙氣捕集提供所需的負(fù)壓和煙氣在系統(tǒng)中傳輸、流動(dòng)提供動(dòng)能，是凈化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。因此，離心排風(fēng)機(jī)的控制、運(yùn)行狀況及維護(hù)保養(yǎng)對煙氣凈化系統(tǒng)非常重要。
圖7 高壓變頻器現(xiàn)場設(shè)備圖
二期電解鋁車間煙氣凈化系統(tǒng)采用八臺離心風(fēng)機(jī)，這八臺排風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用佳木斯電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的Y2 5004-6型高<
