2、广西百矿铝业有限公司设备管理科•广西省田阳县•533600
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摘要：研究铝电解烟气净化控制系统具有一定的现实意义，不仅能够收获巨大的环保效益，切实解决环境污染所造成问题，还可以回收昂贵的氟化盐，降低作业成本，并有效的提高工作人员的生产效率。本文从铝电解工艺的生产特点入手，详细论述了铝电解烟气净化控制系统的基本操作流程，并对关键部分的子系统的应用及设计进行了深入的探究，希望对铝电解烟气净化控制系统在今后的使用与开发中，起到一定的促进作用。
关键词：铝电解；烟气净化；控制系统设计；应用探究
前言
在生产铝电解的过程中，伴随着大量有害气体的产生，如HF和SO2等。这些有害气体会对人体健康造成严重的危害，还会对土壤及大气造成的污染，从而对生态环境产生一定程度的破坏，因此，对铝电解过程中产生的烟气进行回收净化工作迫在眉睫。现有的铝电解烟气净化方法有两大种，即干法净化和湿法净化。其中，湿法净化会出现设备腐蚀和水的二次污染的问题，Na2SO4在循环液中的含量会随时间不断增大，严重阻碍了该方法的净化效果。当温度较低的时候，还会析出结晶堵塞管道。与湿法净化相比，干法净化可以对铝电解原料进行直接利用，使用Al2O3将废气中的HF吸收，从而生成载氟氧化氯，将之投加到电解槽中，以此来降低净化系统中氟盐的损耗量，将废弃物变为可利用物。我国铝电解烟气净化控制系统具有运行费用低、效率高、操作简单、无二次污染等优点，其干法净化控制系统流程图如图1所示。
图1 铝电解干法烟气净化控制系统流程图
1 铝电解工艺的生产特点
可以通过电解的方法，实现多种物质的生产工作。其中，迄今为止熔盐规模最大的电解产业就是铝电解工艺。铝电解工艺中进行电化学反应的装置称作电解槽，该装置的电能通过外部供给，其化学反应发生在电解质中。
铝电解工艺正常工作所需的技术条件包括：槽电压、极距、系列电流强度、电解槽温度、铝液水平、阳极效应系数、电解质水平、电解质组成以及槽底压降等。这些技术因素彼此关联、互相影响，从整体上来看，它们应该尽可能的在一定时期内保持相对的稳定状态。
近几年间，高效能大型预被铝电解槽得到了十分迅速的发展。国际中，部分大型预焙铝电解槽在90年代的电流效率已经达到了93%-95%。在已经确定槽型的前提下，决定电解技术经济指标的重要因素就是铝电解工艺的技术条件。在实现了铝电解槽中氧化铝浓度与点式下料的控制技术之后，其铝电解工艺的技术条件应该与之相互适应，以此来达到大幅度降低电耗、提高电流效率的目的。国际中从80年代开始，在“四低一高”的工艺技术环境下达到了最先进的经济技术指标。其中，“四低一高”指的是：低阳极效应系数、低分子比、低电解质温度、低氧化铝浓度以及高工作电压（亦称作高极距）。想要实现这种工艺技术条件，需要有“通过高电流效率实现低电耗”的技术理念，这种理念彻底颠覆了我国传统铝电解“通过低槽电压实现低电耗”的技术理念。低电解质温度和低氧化铝浓度的控制，是控制“四低一高”工艺技术条件的关键与核心内容。目前，这种工艺技术条件已经被广泛使用到我国各大预焙铝电解槽企业中。
2 铝电解烟气净化工艺的基本流程
在铝电解生产行业中，通常使用干法净化技术对产生的烟气进行治理、净化。它的主要技术内容包括：由于铝电解生产中，氧化铝粉作为其生产原料，具有吸附能力强、表面积大的优点，可以通过它来实现对烟气中的沥青烟和HF的吸附工作。该吸附过程中，不仅包括了物理吸附，还包括的化学吸附，其中HF的化学吸附方程式为：
Al2O3+6HF——2AlF3+3H2O
吸附HF的效率可以高达98%-99%，吸附沥青烟的效率可以维持在95%以上。同沥青烟和氟结合的氧化铝，可以在布袋除尘器中实现分离，从而继续被电解利用。氟被回收后，可以被运输到电解槽中，以此来填补氟元素在电解过程中造成的损失，返回电解槽中的沥青焦油可以被逐渐焚烧掉。
干法净化的工作流程：气固分离、机械排风、电解槽集气、氧化铝输送以及吸附反应五个部分。
第一，电解槽集气。烟气从电解槽散发出来，呈现出无规则的扩散状态，为了对烟气进行有效的控制，降低其对环境造成的污染，必须密封电解槽。将烟气在电解槽中进行收集，再通过排烟支管在电解厂房外铺设的排烟总管中汇集，最后输送到净化系统中，对其进行集中处理工作。
第二，吸附反应。将新鲜的粉末状氧化铝作为吸附剂投加至铝电解产生的烟气中，让它和烟气进行充分的接触，从而将烟气中的HF吸附出来，并将之输送至布袋除尘器袋滤室中。
第三，气固分离。氧化铝在吸附氟化氢后生成载氟氧化氯。通过布袋除尘器实现烟气与载氟氧化氯的分离工作。载氟氧化氯被分离后，一部分由输送氧化铝的系统运送到料仓中，为电解提供原料；另一部分充当循环氧化铝的角色，继续投入到吸附反应中。
第四，氧化铝的输送。氧化铝料仓会将新鲜的氧化铝定量排出，通过输送风动溜槽将之依次排入到不同的反应器（VRI）中。载氟氧化氯经过吸附之后，通过设置在除尘器的溢流口，被送至输送风动溜槽，途径垂直输送气力提升机，最后到达载氟氧化氯料场中，为电解提供原料。
第五，机械排风。在整个净化系统中，机械排风充当主动力源的角色。在净化系统中，除尘器作业、氧化铝输送以及烟气输送等操作，都是在负压的状态下完成的，因此污染物不会排放到外界中。其中，机械排风所用到的设备为罗茨引风机。
密封集气罩会将电解槽中生成的全部烟气收集起来，利用直径为300毫米的支烟管，经过水平铺设的总排烟管，最终输送到地下烟道中，在地下烟道中，烟气与新鲜的氧化铝充分混合，完成吸附反应后，排入布袋除尘器袋滤室内进行过滤反应。载氟氧化氯被分离后，一部分由输送氧化铝的系统运送到料仓中，为电解提供原料；另一部分充当循环氧化铝的角色，继续投入到吸附反应中。烟气在实现净化后，通过排烟机输送至烟囱内，最终排放到大气中去。
3 关键部位子系统的应用及设计
第一，布袋除尘器脉冲控制系统。这种铝电解烟气净化系统中，使用低压脉冲清灰除尘器作为其除尘的过滤装置，具有自动和手动两种不同的控制模式，并且，这两种模式可以实现灵活的转换。当采用手动清灰模式的时候，工作人员可以利用现场控制箱对除尘器进行手动清灰操作。当置换到自动清灰模式的时候，又有压差清灰和定时清灰两种操作。在定时清灰的情况下，PLC控制器会根据工作人员预先输入的程序给除尘器自动清理灰尘。在压差清灰的情况下，在每一个单体室的管道中都设有差压检测点，当仪器设定值被单体室中所检测到的差压值超越的时候，除尘器就会对该单体室进行自动清灰操作，让设备的阻力得到有效的减少。双袋滤室布袋除尘器脉冲控制硬件操控图如图2所示。其中，由电磁阀的关断和导通操作来控制不同布袋除尘器的脉冲反吹作业，由PLC软件程序实现对单阀的间隔时间、反吹时间以及沉降时间的设定工作。
图2 双布袋除尘器脉冲控制硬件操控图
第二，布袋除尘器压差检测系统。
总计有28个布袋除尘器分布在整体脉冲除尘系统中，在各个布袋除尘器的入口与出口的地方，分别设置一根采样管。这根采样管与压力变送器相接，4-20毫安的电流信号作为其输出信号，布袋除尘器在入口与出口处的压差值就是采样管中的采样值。压力变送器的出口处连接着压差智能仪，该仪器位于主控制室中，放置在仪表盘上面，经过隔离信号操作后，被传入PLC控制系统中。四个布袋除尘器压差检测操控图如图3所示。
图3 四个布袋除尘器压差检测操控图
第三，布袋除尘器压差检测与脉冲控制系统PLC软件设计。
设计开发PLC软件的环境为SMATIC Step7 V5.2软件编程包，该环境运用结构化的设计程序，具有维护方便、调试简洁的优点，且其程序可读性较强。利用梯形图的方式对程序语言进行设计。其中，部分PLC软件布袋除尘器清灰脉冲控制梯形图如图4所示，部分PLC软件布袋除尘器压差控制梯形图如图5所示。
图4 部分PLC软件布袋除尘器清灰脉冲控制梯形图
图5 部分PLC软件布袋除尘器压差控制梯形图
4 总结
本论文在实际生产的基础上，将装备水平的有效提升作为研究准则，对系统进行了深入的研究与探索工作，本文研究的铝电解烟气净化控制系统具有自动化控制精度高、程度广的优点。让铝电解烟气的净化效果可以满足设计的要求，实用、先进、安全可靠，同时，让工人的作业强度得到了切实的改善，并让铝电解生产过程中，烟气的净化效率得到了有效的提升。使用PLC软件对铝电解烟气进行控制，使铝电解生产过程中排放的污染性气体大幅减少，降低了对周围环境所造成的污染，让电解车间有一个更加安全卫生的工作环境，使工作人员的安全健康得到了基本的保障，具有良好的社会效益、经济效益以及环境效益。
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论文作者:黎江涛1,梁安东2,陈正军3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/22
标签：烟气论文; 铝电解论文; 氧化铝论文; 电解槽论文; 布袋除尘器论文; 控制系统论文; 脉冲论文; 《基层建设》2018年第12期论文;