超大型電解鋁煙氣凈化及氧化鋁貯運系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

楊青辰

（東北大學(xué)設(shè)計研究院（有限公司），遼寧 沈陽 110166）

1 背景

在工程設(shè)計過程中，如何降低投資、降低運行費用，是設(shè)計人員不懈的追求。實踐證明裝備大型化是降低建設(shè)投資，降低生產(chǎn)運行費用的有效途徑，目前系列化投入運營并推廣應(yīng)用的NEUI600kA級大容量鋁電解槽技術(shù)具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，已成為新建電解鋁系列的首選技術(shù)。

配合鋁電解槽大型化的發(fā)展優(yōu)勢，其它配套設(shè)施的大型化也是我們的研究開發(fā)目標(biāo)。因此,將傳統(tǒng)的電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)單體能力只能滿足年產(chǎn)7-15萬噸鋁產(chǎn)能擴(kuò)大為滿足25萬噸鋁產(chǎn)能。保證超大型電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的前提是解決如下技術(shù)難題：

（1）如何保證200余臺電解槽出口的負(fù)壓平衡并降低整個排煙管網(wǎng)的系統(tǒng)阻力；

（2）如何保證除塵器各氣室的煙氣均布和新鮮氧化鋁添加的均衡性，從而提高除塵器的凈化指標(biāo)，并降低除塵器及配套設(shè)施投資；

（3）如何在經(jīng)濟(jì)合理的情況下，采用超濃相輸送技術(shù)實現(xiàn)氟氧化鋁的長距離（300m）和大能力（100t/h）輸送。

2 開發(fā)技術(shù)

針對上述難題，我們開發(fā)了如下技術(shù)：

（1）開發(fā)了“無閥門變徑平衡控制技術(shù)”和“多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)”，降低了電解槽出口負(fù)壓，并實現(xiàn)電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)負(fù)壓平衡的優(yōu)化設(shè)計，降低投資及排煙管網(wǎng)阻力；

（2）配套開發(fā)了“超大型脈沖布袋除塵器”，保證電解煙氣凈化系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運行，電解煙氣達(dá)標(biāo)排放，并降低了除塵器及配套設(shè)施的投資；

（3）開發(fā)了“超大型載氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)”，保證載氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的可靠運行，且降低附屬設(shè)施投資，具有一定的經(jīng)濟(jì)性。

新開發(fā)完成的超大型電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)，不但進(jìn)一步降低了項目的建設(shè)成本和運行成本，還進(jìn)一步提高了電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。

2018年7月，采用本技術(shù)的超大型電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)在內(nèi)蒙古某項目上順利投產(chǎn)，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和運行指標(biāo)均達(dá)到國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先水平。

3 主要技術(shù)創(chuàng)新點

針對上述技術(shù)，實現(xiàn)的主要技術(shù)創(chuàng)新點有：

（1）電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)負(fù)壓平衡優(yōu)化設(shè)計

本項目的電解煙氣凈化系統(tǒng)排煙管網(wǎng)較以往工程，通過阻力平衡優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提高了集氣的均衡性和經(jīng)濟(jì)性。主要的技術(shù)創(chuàng)新點包括：

開發(fā)應(yīng)用了“無閥門變徑平衡控制技術(shù)”

傳統(tǒng)的支煙管阻力平衡是通過主排煙管道平衡設(shè)計及支煙管手動閥門調(diào)節(jié)相結(jié)合來實現(xiàn)的；原有的調(diào)節(jié)模式不僅投產(chǎn)后調(diào)節(jié)工作量大，高空作業(yè)還存在一定難度和安全隱患，而且支煙管阻力平衡難以保證，在運行過程中還易發(fā)生變化。開發(fā)的“無閥門變徑平衡控制技術(shù)”，取消了安裝在支煙管上的閥門，不僅實現(xiàn)了單槽支煙管阻力預(yù)設(shè)平衡,而且減少了支煙管的管道阻力，降低了投資。采用本技術(shù)的支煙管部件。

通過優(yōu)化設(shè)計，取消閥門可使支煙管阻力降低35Pa；采用變徑預(yù)設(shè)控制電解槽間出口負(fù)壓和風(fēng)量，當(dāng)電解槽出口負(fù)壓在200～300Pa范圍內(nèi)波動時，將支煙管阻力不平衡率從15%降低到5%。整個電解煙氣凈化系統(tǒng)可降低噸鋁電耗1.5kWh/t-Al。

采用“無閥門變徑平衡控制技術(shù)”，不但具有良好的技術(shù)指標(biāo)，而且降低了項目投資和運行費用，簡化了后期的運行維護(hù)管理。

開發(fā)應(yīng)用了“多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)”

采用分區(qū)控制的思路，通過數(shù)值模擬的手段開發(fā)了“多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)”，使整個排煙管網(wǎng)的阻力平衡進(jìn)一步優(yōu)化。某項目將電解車間160臺電解槽排煙支管分成16個處理單元，每個處理單元負(fù)責(zé)處理10臺電解槽產(chǎn)生的電解煙氣，提高了單元內(nèi)電解槽出口間負(fù)壓和風(fēng)量的均衡性。

16個處理單元依次匯總成為8單元、4單元和2單元，從而實現(xiàn)對電解槽煙氣的均衡收集。采用該技術(shù)的管網(wǎng)布置圖如圖2所示。

采用“多單元主排煙管網(wǎng)集氣技術(shù)”可以將各段主排煙管網(wǎng)阻力的不平衡率從20%降低到10%。

（2）配套開發(fā)并應(yīng)用了“超大型脈沖布袋除塵器”

為滿足本項目電解煙氣凈化工藝的需要，聯(lián)合相關(guān)廠家開發(fā)了“超大型脈沖布袋除塵器”，總過濾面積為67200m2，處理煙氣量達(dá)到207×104Nm3/h，是目前電解鋁行業(yè)處理能力最大的脈沖布袋除塵器。

本項目脈沖布袋除塵器的主要優(yōu)化點包括：

將傳統(tǒng)除塵器的進(jìn)氣流程從單端進(jìn)氣改為兩端進(jìn)氣，優(yōu)化了除塵器各氣室煙氣的氣流均衡性，將氣流的不均衡性從12%降到了4%；

改進(jìn)新鮮氧化鋁輸送流程，不僅提高了除塵器各氣室的物料均衡性，而且降低了除塵器和電解煙氣凈化系統(tǒng)新鮮氧化鋁倉高度，從而提高電解煙氣凈化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；

優(yōu)化除塵器本體結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低了設(shè)備及土建投資費用，提高了土地利用率。

經(jīng)過電解煙氣凈化系統(tǒng)處理后的染污物排放指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)一流，主要的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

（3）開發(fā)“超大型載氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)”

開發(fā)了與電解系列配套的“超大型載氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)”，即在有限的空間內(nèi)，采用經(jīng)濟(jì)合理的溜槽輸送更多的載氟氧化鋁。當(dāng)載氟氧化鋁的輸送能力為80t/h時，采用本技術(shù)實現(xiàn)輸送坡度在1.38%以內(nèi)時，水平輸送距離可以達(dá)到260m。本技術(shù)可以將氧化鋁貯運系統(tǒng)的投資費用降低300萬元，噸鋁電耗降低2kWh/t-Al。

4 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

在同等25萬噸原鋁產(chǎn)能規(guī)模下，本技術(shù)開發(fā)的超大型電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)，與采用傳統(tǒng)技術(shù)的系統(tǒng)相比：

1）本技術(shù)單套電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)的投資可以降低1267.4萬元，同比降低16.2%。投資對比如表2所示。

表2 投資對比表

2）本技術(shù)單套電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)年運行成本可以減少180.5萬元，具體運行成本估算如下：

運行及維護(hù)人員減少16人。按年人均成本8萬元計，則年人力成本可以減少128萬；

噸鋁電耗可降低7kWh/t-Al。電費按0.3元/kWh計，則每年可以節(jié)省電費52.5萬元。

采用本技術(shù)的電解煙氣凈化及貯運系統(tǒng)建設(shè)投資同比降低1267.4萬元，運行成本減少180.5萬元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。