淺談電解槽煙道自動清灰

關永軍

【摘 要】 借助CFX軟件，對電解槽槽上煙道的布置、煙管截面積、吸塵罩的設置等做了優化。目前，工程中的應用已說明，該方法的清灰徹底，自動化程度高，結構簡單、加工、運行成本低，維護方便，完全可實現無人值守，有助于實現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，對提高企業和社會綜合經濟效益起到積極促進作用，尤其是電解槽的自動清灰將更受廣大用戶歡迎，對其它相關行業將起到借鑒作用。

【關鍵詞】 電解槽煙道 自動清灰 CFX

1 技術背景

電解鋁生產中，煙氣凈化至關重要，它影響著車間生產和企業周邊的環境，制約著生產效率的提高，國家和地方都高度關注。傳統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行集氣，這種集氣方式集氣效率低，東北大學設計研究院（有限公司）開發的“高位分區集氣”結構，很好的解決了傳統煙管凈化中存在的諸多不足。不管是何種集氣結構，經過一段時間的生產運行，煙管難免積灰，積灰達到某一程度，將影響著整個電解槽的凈化效果，只有有效清灰后，才能恢復正常的凈化。因此煙道清灰在凈化系統運行中至關重要，尤其是自動清灰（無人為干預）將更受歡迎。

2 分析問題

電解鋁生產中產生大量的煙氣，煙氣中含有大量粉塵，在煙罩、煙管負壓氣流作用下，粉塵顆粒擁有了一定的動能，粉塵經煙罩進入煙管，因氣流速度、距離等因素，壓力損耗較大，粉塵隨氣流運動的動能減小，即速度減小，當低于某一懸浮風速時，粉塵顆粒就會在煙道上形成沉積狀態，就形成了上文所述積灰現象。

傳統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。電解槽運行中，槽上部結構包括煙道均屬于高溫區，工人在槽上作業，將受高溫熱氣熏烤，增加了勞動強度，嚴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下清灰，這種清灰無粉塵煙氣等外溢，不會造成二次污染。本文所論述的自動清灰屬于密閉式清灰，利用機電一體化技術實現自動檢測、自動清灰。

為提高凈化效果，東北大學設計研究院（有限公司）設計中采用的“高位分區集氣”結構，特點是電解槽上部結構兩側設兩根支煙管，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，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，煙氣經過分支管匯集于匯總煙管。當需要清灰時，用閥板關閉一側煙管，使得只有另一側分支管與匯總煙管相通，此時的煙管風速大幅度提高，將遠遠高于粉塵的懸浮風速，可將沉積的粉塵帶走，達到煙管清灰的目的。同樣方法可以清理另一側分支管。清理完畢后，將閥板恢復至原位，即圖中2的位置，恢復正常的工作狀態。閥板的動作可由人工操作完成，也可利用機電一體化技術，借助壓差開關、PLC、氣動或電動執行機構等實現自動控制。

自動化清灰的實現，在煙管上安裝壓差開關，采樣點選在煙管首末端，壓差開關動作壓差值可根據需要設定，設定后，當煙管積灰達到一定程度，風速提高，煙管壓力損耗增加，煙管首末端將產生壓差，只要壓差達到某一設定值，壓差開關動作，向自動清灰系統發出清灰指令，煙管隨即進入清灰狀態。這里自動清灰的控制系統一般可借助PLC實現自動清灰，當然也可借助接觸器、中間繼電器、時間繼電器等實現。由PLC組成的自動清灰系統，接到清灰指令后，控制上文所述的三通換向閥，清灰時間由PLC程序控制，清灰完成后，自動關閉清灰系統。壓差開關在整個電解槽煙氣凈化過程中，起到時時監控作用。

壓差開關是利用某兩點的壓差來發出通、斷電訊號的開關裝置。常見的壓差開關壓力范圍20～4000Pa，開關差10-250Pa，上下限開關回差±15%，最大工作壓力10k Pa，當壓差達到某一設定值時，壓差開關將動作，或接通或斷開。這種電訊號可同時發給煙管清灰系統和總控制室或運行監控中心，在總控室或運行監控中心可時時獲取電解槽煙氣凈化運行狀態情況的相關信息，在閥板出安裝接近開關，又可對三通換向閥運行狀態進行監視，可對某一時間段清灰頻度進行統計。

4 結語

上文所述的清灰方法已申請國家發明專利，該方法已通過CFX模擬軟件進行了大量的模擬分析，得到了令人滿意的分析結果。借助CFX軟件，對電解槽槽上煙道的布置、煙管截面積、吸塵罩的設置等做了優化。目前，工程中的應用已說明，該方法的清灰徹底，自動化程度高，結構簡單、加工、運行成本低，維護方便，完全可實現無人值守，有助于實現電解車間管控一體化。

參考文獻：

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

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