王尚元
(東北大學(xué)設(shè)計研究院(有限公司),遼寧 沈陽 110166)
超濃相輸送技術(shù)屬氣力輸送中的流態(tài)化輸送技術(shù),超濃相輸送技術(shù)首先由法國彼施涅公司開發(fā)成功,并成功應(yīng)用于300kA級電解系列的氧化鋁輸送[1]。
超濃相輸送是利用氧化鋁在流態(tài)化后轉(zhuǎn)變成一種“氣-固兩相”流體,再根據(jù)流體動壓能和靜壓能轉(zhuǎn)化原理,使氧化鋁在輸送溜槽內(nèi)進(jìn)行輸送。輸送溜槽被透氣板分成上下兩層,上層為料室,下層為氣室,在料室的上部間斷設(shè)有排風(fēng)柱。在氣室中通過透氣板的低壓風(fēng)均勻地分布在料室中的氧化鋁床層中,使其均勻地流態(tài)化,穿過氧化鋁層的風(fēng)則由平衡料柱排出。
經(jīng)過流態(tài)化操作的氧化鋁床層轉(zhuǎn)變成一種“氣-固兩相”流體。這樣,供料倉內(nèi)氧化鋁的勢能就通過這種“氣-固兩相”流體向流動方向傳遞,并形成壓力梯度,其表現(xiàn)形式就是在各平衡料柱中形成不同高度的氧化鋁料柱,不同高度的氧化鋁料柱推動氧化鋁向料柱低的方向前進(jìn)。
根據(jù)超濃相輸送的原理:低壓風(fēng)的作用只是將氧化鋁床層流態(tài)化,不需要負(fù)責(zé)將氧化鋁推動向前流動。因此,普通離心風(fēng)機(jī)即可滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。因此,超濃相輸送技術(shù)制造成本低、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低,加上整個系統(tǒng)無機(jī)械運(yùn)動部件,日常維護(hù)工作量低,靠內(nèi)部壓力平衡即自行控制系統(tǒng),這些優(yōu)點(diǎn)是其它輸送技術(shù)均無法比擬的。詳見圖1、2。
圖1 超濃相輸送原理圖(1)
圖2 超濃相輸送原理圖(2)
氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的作用是將氧化鋁經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)的輸送至目標(biāo)處貯存。
(1)超濃相輸送系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn):(a)氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)可以半自動、全自動和手動控制;(b)氧化鋁超濃相輸送自成獨(dú)立系統(tǒng)。
(2)超濃相輸送系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù):(a)氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的主體設(shè)備壽命:>15年;(b)每套氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的輸送能力:10-300t/h;(c)調(diào)壓閥膜片壽命保證一年以上;(d)氧化鋁溜槽內(nèi)流速<0.28m/s;(e)高效全封閉的供料環(huán)境,系統(tǒng)余風(fēng)排放粉塵含量<8mg/m3;(f)濾布更換周期:>24個月;(g)自動調(diào)壓閥調(diào)壓范圍:2000-8000Pa。
(3)超濃相輸送系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo):(a)上下溜槽選用鋼板:Q235B,≥3mm;(b)透氣板斷裂伸長:≤5%;(c)透氣板材質(zhì):丙綸;(d)透氣板厚度:5mm,6層;(e)透氣板耐溫:160℃;(f)設(shè)備內(nèi)外均涂兩遍防銹漆,油漆壽命大于5年;(g)透氣板抗拉強(qiáng)度:500kg/cm2。
(4)產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):《鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收規(guī)范》,GBJ205-83;《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》,GB16297-1996;《袋式除塵器 安裝技術(shù)要求與驗(yàn)收規(guī)范》,JBT 8471-2010;《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》:GB50150-2016;《機(jī)電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》,GB/T13384-2008;《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》,GB8923.1-2011。
(1)優(yōu)點(diǎn)。在超濃相輸送過程中首先讓低壓風(fēng)使槽內(nèi)物料流態(tài)化,同時沿輸送方向建立起料柱差,當(dāng)料柱差所產(chǎn)生的推動力足以克服流體流動的摩擦阻力時流態(tài)化的物料向前流動,即可以完成輸送任務(wù)。
在超濃相輸送中低壓風(fēng)除了完成物料流態(tài)化外,還促使物料建立不同高度的料柱,但不負(fù)責(zé)直接推動物料流動的工作,超濃相是利用沿程阻力損失所產(chǎn)生的壓力梯度完成輸送工作。因此除具有斜槽輸送的優(yōu)點(diǎn)外,它還克服了斜槽輸送傾斜布置所帶來的土建費(fèi)用增加的缺點(diǎn)。
歸納起來氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)主要有以下優(yōu)點(diǎn):①極易實(shí)現(xiàn)自動化;②無運(yùn)動的機(jī)械部件,維修費(fèi)用低;③采用普通風(fēng)機(jī)低壓風(fēng)作為動力源即可滿足要求;④設(shè)備投資小,設(shè)備運(yùn)行能耗低;⑤氧化鋁流速低,僅為0.2~0.28m/s,氧化鋁破損??;⑥設(shè)備備簡單可靠,壽命可達(dá)15年以上。
(2)缺點(diǎn)。超濃相輸送系統(tǒng)轉(zhuǎn)向不易,轉(zhuǎn)向需要設(shè)置轉(zhuǎn)向頭,并降低高度。同時,超濃相輸送的特點(diǎn)只能向下或者水平輸送物料,因此系統(tǒng)不能向上方輸送,對土建及空間要求嚴(yán)格。
超濃相輸送是在準(zhǔn)無人操作的狀態(tài)下進(jìn)行,即操作者是在控制室遠(yuǎn)程操作啟停系統(tǒng)即可。同時,遠(yuǎn)程操作還可以與現(xiàn)場巡視相結(jié)合以提高系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性。
(1)載氟氧化鋁超濃相輸送。超濃相輸送系統(tǒng)輸送載氟氧化鋁時,首先啟動槽上溜槽和主輸送溜槽的供風(fēng)風(fēng)機(jī),使系統(tǒng)內(nèi)殘余的氧化鋁進(jìn)入到電解槽槽上料箱。在設(shè)定的延時后載氟氧化鋁倉倉底的供風(fēng)風(fēng)機(jī)啟動,載氟氧化鋁倉內(nèi)的載氟氧化鋁在穩(wěn)定的風(fēng)壓下,迅速被流態(tài),經(jīng)載氟氧化鋁倉倉底下料口、風(fēng)動溜槽,進(jìn)入車間兩側(cè)的主輸送溜槽,載氟氧化鋁流態(tài)化后的余風(fēng),經(jīng)過平衡料柱處理后排空。
超濃相輸送系統(tǒng)在減壓閥的自動調(diào)節(jié)下形成較穩(wěn)定的壓力梯度,使載氟氧化鋁由近及遠(yuǎn)向前流動,進(jìn)入到電解槽槽上溜槽中。為了將電解槽槽上溜槽內(nèi)的載氟氧化鋁迅速輸送至電解槽槽上料箱,安裝時要有>2%的安裝角度,平衡料柱應(yīng)有足夠大的過濾面積,使進(jìn)入槽上溜槽流態(tài)化作用的余風(fēng)通過平衡料柱處理后可以達(dá)標(biāo)排空。一個電解分區(qū)通常設(shè)置一套電解煙氣凈化系統(tǒng)、一套載氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)。超濃相輸送系統(tǒng)通常為電解分區(qū)的70-160臺電解槽輸送載氟氧化鋁,從系統(tǒng)配置角度考慮,全系列電解槽很少同時加料。而是將超濃相輸送系統(tǒng)分為2個或者4個分區(qū),可以采用1/2分區(qū)系統(tǒng)依次供料,或者1/4分區(qū)系統(tǒng)依次供料。
因?yàn)檩d氟氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)的主溜槽,是沿電解車間長度方向平行布置的。因此,當(dāng)載氟氧化鋁向前流動時,首先充滿距離輸送源頭最近的電解槽槽上料箱,由近及遠(yuǎn),逐個電解槽向前進(jìn)行輸送,當(dāng)末端電解槽槽上料箱充滿載氟氧化鋁后,末端電解槽下料管處的料位開關(guān)進(jìn)行報警。此時,該1/4(1/2)分區(qū)電解槽的槽上料箱均已經(jīng)充滿氧化鋁,該1/4(1/2)分區(qū)加料過程結(jié)束。當(dāng)整套系統(tǒng)的電解槽槽上料箱均已經(jīng)充滿氧化鋁,整個系統(tǒng)首先將載氟氧化鋁倉倉底的風(fēng)機(jī)關(guān)閉,輸送系統(tǒng)內(nèi)的槽上溜槽以及主輸送溜槽風(fēng)機(jī)在經(jīng)過延時后,自動關(guān)閉。至此全部加料工作完成。
(2)新鮮氧化鋁超濃相輸送。目前,電解鋁廠氧化鋁廠來料主要有袋裝料以及集裝箱來料。袋裝料在氧化鋁倉庫拆袋后將氧化鋁添加到料斗中,通過超濃相輸送系統(tǒng)的輸送溜槽輸送到電解區(qū)域的新鮮氧化鋁倉參與電解生產(chǎn)。集裝箱來料在氧化鋁倉庫卸料后將氧化鋁添加到料斗中,通過超濃相輸送系統(tǒng)的輸送溜槽輸送到電解區(qū)域的新鮮氧化鋁倉參與電解生產(chǎn)。
超濃相輸送系統(tǒng)輸送新鮮氧化鋁時,首先啟動主輸送溜槽的供風(fēng)風(fēng)機(jī),使系統(tǒng)內(nèi)殘余的氧化鋁進(jìn)入到新鮮氧化鋁料倉。氧化鋁倉庫內(nèi)添加的新鮮氧化鋁進(jìn)入到主輸送溜槽,在穩(wěn)定的風(fēng)壓下,迅速被流態(tài),新鮮氧化鋁流態(tài)化后的余風(fēng),經(jīng)過平衡料柱處理后排空。
超濃相輸送系統(tǒng)在減壓閥的自動調(diào)節(jié)下形成較穩(wěn)定的壓力梯度,使新鮮氧化鋁輸送至新鮮氧化鋁倉附近的斗式提升機(jī)。為了新鮮氧化鋁順利輸送,輸送溜槽安裝時要有>7‰的安裝角度,平衡料柱應(yīng)有足夠大的過濾面積,使進(jìn)入槽上溜槽流態(tài)化作用的余風(fēng)通過平衡料柱處理后可以達(dá)標(biāo)排空。
超濃相輸送系統(tǒng)作為電解生產(chǎn)的主輸送系統(tǒng),為了保證供料的安全性,輸送溜槽的輸送能力需要在200-300t/h之間。新鮮氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)工作時間為3-5h/d。