電解鋁行業(yè)對(duì)廢氣治理的必要性按照國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)GB1297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求必須對(duì)電解煙氣加以治理進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。國(guó)家提高對(duì)電解鋁行業(yè)準(zhǔn)入的門檻如產(chǎn)能消耗電能廠址外部環(huán)境、技術(shù)指標(biāo)等進(jìn)行限制。

從八十年代我國(guó)優(yōu)先發(fā)展電解鋁產(chǎn)業(yè)并開(kāi)始應(yīng)用電解干法凈化技術(shù)以來(lái)，氟鹽回收效率一直是人們探討的話題。近幾年，電解鋁行業(yè)在規(guī)格與規(guī)模上又進(jìn)入了快速發(fā)展階段。在我國(guó)當(dāng)今形勢(shì)下，節(jié)能減排降本增效已成為鋁電解企業(yè)的迫切問(wèn)題。氟鹽的回收效率將直接影響鋁電解生產(chǎn)氟鹽的單耗，所以提高氟鹽回收效率已成為降本增效的一個(gè)重要手段。隨著以計(jì)算機(jī)為核心實(shí)現(xiàn)電解槽能量和物料雙平衡，以及通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)氧化鋁濃度、氟化鋁濃度和過(guò)熱度進(jìn)行控制，形成的一整套標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理模式新技術(shù)的應(yīng)用正在興起。電解鋁煙氣干法凈化系統(tǒng)做為電解生產(chǎn)的基礎(chǔ)與保障環(huán)節(jié)，其氟化物回收效率與管理的作用性已經(jīng)提升到很重要的地位。與此同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)手段以及管理操作方式也提出了更高要求，它成為現(xiàn)代電解鋁自動(dòng)化高效低耗生產(chǎn)中必不可少的自動(dòng)化裝備，它的發(fā)展技術(shù)水平是電解鋁低耗高效生產(chǎn)的前提與基礎(chǔ)，直接影響著電解生產(chǎn)電流效率的提高，低能耗、低成本運(yùn)行，以及較低污染物排放。特別是2008年世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了低谷，持續(xù)了長(zhǎng)時(shí)間的電解鋁誘人的高利潤(rùn)空間已不復(fù)存在，擺在電解鋁企業(yè)面前嚴(yán)峻問(wèn)題為如何提高與保持穩(wěn)定的高技術(shù)指標(biāo)、降本增效，保持企業(yè)的穩(wěn)定與發(fā)展。

    1 電解煙氣凈化技術(shù)中氧化鋁流量對(duì)氟鹽回收效率的影響

    冰晶石-氧化鋁熔體電解煉鋁過(guò)程中，散發(fā)出的有害物質(zhì)主要是氟化氫，進(jìn)入電解煙氣凈化的氟化氫排放量一般都達(dá)到25kg/t-Al。我國(guó)目前采用預(yù)焙陽(yáng)極鋁電解槽的企業(yè)幾乎均采用氧化鋁化學(xué)吸附氟化氫的干法凈化技術(shù)。電解煙氣凈化系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。

圖1 電解煙氣凈化流程圖

    電解槽含氟煙氣從電解車間排煙管進(jìn)入袋式凈化過(guò)濾器之前，將含氟氧化鋁、新鮮氧化鋁分別加入含氟煙氣中，在氣固兩相充分接觸過(guò)程中，氟化氫被氧化鋁吸附，加入的氧化鋁和從電解槽中隨煙氣帶出的粉塵均在袋式凈化過(guò)濾器內(nèi)被分離下來(lái)，凈化后的煙氣經(jīng)排煙風(fēng)機(jī)送入煙囪排空。新鮮氧化鋁來(lái)自電解新鮮氧化鋁倉(cāng)，再由物料調(diào)節(jié)閥、風(fēng)動(dòng)溜槽、密封箱、沖板流量計(jì)、風(fēng)動(dòng)溜槽送至反應(yīng)器，通過(guò)反應(yīng)器新鮮氧化鋁與氟化氫氣體接觸反應(yīng)；含氟氧化鋁從袋式凈化過(guò)濾器回收下來(lái)，經(jīng)風(fēng)動(dòng)溜槽、空氣提升機(jī)等送至含氟氧化鋁倉(cāng)，含氟氧化鋁倉(cāng)內(nèi)含氟氧化鋁一部份由物料調(diào)節(jié)閥、沖板流量計(jì)、風(fēng)動(dòng)溜槽、加料裝置進(jìn)入排煙管與氟化氫氣體接觸反應(yīng)，送至反應(yīng)器重返煙氣總管，另一部份送入電解車間供電解槽使用。在電解煙氣凈化系統(tǒng)中，新鮮氧化鋁及含氟氧化鋁的加入量直接影響著電解煙氣中氟化氫的回收效率，而其中的計(jì)量設(shè)備——沖板流量計(jì)對(duì)加入新鮮氧化鋁及含氟氧化鋁的計(jì)量顯得尤為重要。     

    做為電解生產(chǎn)的基礎(chǔ)與保障環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)為吸附劑控制與運(yùn)行管理。吸附劑的連續(xù)均勻向凈化吸附反應(yīng)器投入是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，也是一個(gè)難題，長(zhǎng)期困饒著電解生產(chǎn)優(yōu)化運(yùn)行與管理。電解槽中投入生產(chǎn)原料——載氟氧化鋁中回收氟鹽含量與均勻性對(duì)電解生產(chǎn)分子比與溫度控制有著極大影響。此外，由于其物理性能的差異影響其流動(dòng)性，造成電解槽筒式下料器容重誤差變化加大，影響著正常氧化鋁濃度控制，制約著電解槽氟鹽精確添加。要保證其吸附凈化效率，穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確檢測(cè)環(huán)節(jié)是個(gè)關(guān)鍵，它決定著系統(tǒng)運(yùn)行管理的質(zhì)量。

    2 沖板流量計(jì)現(xiàn)狀

    凈化系統(tǒng)吸附劑動(dòng)態(tài)計(jì)量，一直以“沖板流量計(jì)”為主。以往產(chǎn)品受到現(xiàn)場(chǎng)工藝環(huán)節(jié)中存在的動(dòng)態(tài)變化應(yīng)力、流動(dòng)風(fēng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)、粉塵等干擾因素影響，產(chǎn)生大小不等干擾信號(hào)（不同工況有一定差異性），運(yùn)行中流量計(jì)在停料后儀表顯示零點(diǎn)不能保持，存在一定的干擾值，見(jiàn)圖2。其中，變化應(yīng)力、流動(dòng)風(fēng)、電磁場(chǎng)為主要干擾因素。在物料輸送過(guò)程中，企業(yè)多采用風(fēng)動(dòng)溜槽進(jìn)行物料輸送，風(fēng)力是動(dòng)態(tài)變化的；變化應(yīng)力主要來(lái)自高低變化的料位與流量不等的物料輸送及控制環(huán)節(jié)，這使物料與風(fēng)同時(shí)存在并作用于計(jì)量通道中沖擊稱量沖板；而電磁場(chǎng)是鋁電解行業(yè)本身固有特性，隨著鋁電解槽規(guī)格的不斷擴(kuò)大，電磁干擾也在不斷增強(qiáng)。在上述環(huán)境中，以往的計(jì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)因受較大的電磁場(chǎng)干擾，導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)發(fā)生偏移變化，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)一步加大，其動(dòng)態(tài)變化磁場(chǎng)對(duì)計(jì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)的影響也在加大。另外，在安裝上受到工藝配置空間影響，不能用理想方案有效解決此技術(shù)難點(diǎn)，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度在上述干擾下出現(xiàn)較大誤差值，長(zhǎng)期以來(lái)影響著干法凈化系統(tǒng)氟鹽回收效率。

    3 電解鋁干法凈化吸附劑流量檢測(cè)新技術(shù)

圖3 HMP-30L固體流態(tài)化流量計(jì)原理圖

    4 新型“沖板流量計(jì)”工作原理

    物料進(jìn)入設(shè)備后，經(jīng)流態(tài)化平衡裝置1消除動(dòng)態(tài)變化應(yīng)力與流動(dòng)風(fēng)等干擾經(jīng)整流后呈自由落體狀態(tài)垂直下落，連續(xù)沖擊稱量沖板2并產(chǎn)生相應(yīng)沖擊重力，經(jīng)3放大后直接作用于防磁專用荷重傳感器4上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸給監(jiān)測(cè)儀表5，經(jīng)儀表內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理后，通過(guò)顯示面板5顯示，或者通過(guò)信號(hào)輸出到上位機(jī)6，見(jiàn)圖3。

    5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

    近兩年來(lái)，經(jīng)過(guò)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，新型流量計(jì)有效地克服了現(xiàn)場(chǎng)工藝環(huán)節(jié)存在動(dòng)態(tài)變化應(yīng)力、流動(dòng)風(fēng)、磁場(chǎng)、振動(dòng)、粉塵等干擾因素影響，運(yùn)行中隨機(jī)停止向流量計(jì)投料，零點(diǎn)能夠穩(wěn)定保持，計(jì)量重復(fù)性好，見(jiàn)圖4、圖5。運(yùn)行中動(dòng)態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度可達(dá)到小于±2%，滿足工藝要求。

    由于有效地濾除了干擾因素，提高了動(dòng)態(tài)計(jì)量準(zhǔn)確度與管理精度，為系統(tǒng)完善工藝物料均勻控制奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)有效配合系統(tǒng)工藝完善物料均勻控制系統(tǒng)后，提高了物料流量控制均勻度，物料流量動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性大幅提高并且可保持在±5%，見(jiàn)圖6。

    6 結(jié)語(yǔ)

    HMP-30L固體流態(tài)化流量計(jì)，利用有限的空間，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境帶來(lái)的干擾影響，使電解凈化系統(tǒng)吸附劑動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確計(jì)量變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。同時(shí)該設(shè)備設(shè)計(jì)合理，安裝使用簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，滿足了氟鹽回收效率與均勻性工藝要求，提高了管理與控制精度。

    通過(guò)電解凈化系統(tǒng)吸附劑流量動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確檢測(cè)與提高均勻控制可靠性與精度，完善電解生產(chǎn)運(yùn)行相應(yīng)管理，實(shí)現(xiàn)載氟氧化鋁中氟鹽回收含量均勻性與高效率，保證了物料較好的流動(dòng)性，配合計(jì)算機(jī)管理，使電解生產(chǎn)正常氧化鋁濃度控制、分子比、溫度控制與管理更加接近實(shí)際，進(jìn)一步優(yōu)化電解技術(shù)條件，降低氟鹽正常添加量，有序?qū)崿F(xiàn)低能耗、低成本運(yùn)行，以及較低污染物排放，在提高電流效率同時(shí)，使經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)最大化。