氧化鋁廠石灰化灰機(jī)煙氣凈化系統(tǒng)

靳 冬

（貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550081）

氧化鋁廠化灰機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生余熱及水蒸汽，石灰加入的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量粉塵。石灰吸收水分后會(huì)板結(jié)導(dǎo)致管道堵塞，堿性水蒸汽會(huì)腐蝕廠房，石灰粉塵及堿性蒸汽嚴(yán)重影響工作人員健康，是困擾氧化鋁廠的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)各氧化鋁廠對(duì)該污染點(diǎn)重視程度不高，多數(shù)企業(yè)未設(shè)置任何凈化措施任由其自然排放?！堆趸X廠通風(fēng)除塵與煙氣凈化設(shè)計(jì)規(guī)范》YS/T5036-2019中5.2.3條有明確規(guī)定：化灰機(jī)在石灰乳制備過(guò)程中應(yīng)設(shè)置排氣裝置，對(duì)產(chǎn)生的含塵蒸汽宜設(shè)置濕法除塵凈化措施。隨著環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，對(duì)應(yīng)化灰機(jī)設(shè)置有效的凈化措施是今后必然的選擇。

1 凈化系統(tǒng)選擇

（1）具體工況?；覚C(jī)，即石灰消化機(jī)是由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式代替攪拌生成石灰乳的設(shè)備，CaO遇水反應(yīng)生成Ca（OH）2并產(chǎn)生大量熱及有腐蝕性的水蒸汽?；覚C(jī)進(jìn)料口污染物為石灰粉塵及堿蒸汽，化灰機(jī)出口污染物為堿蒸汽。由于石灰易于受槽板結(jié)，不應(yīng)采用布袋除塵器及電補(bǔ)等干法凈化系統(tǒng)。噴淋式除塵器是通過(guò)向除塵器內(nèi)部不斷淋噴水，使水，氣有效接觸完成除塵的過(guò)程。本工段污染物為含CaO粉塵的蒸汽，CaO對(duì)濕度敏感，易從空氣中吸收水分。與水反應(yīng)生成Ca（OH）2并產(chǎn)生大量熱，有腐蝕性。

（2）凈化系統(tǒng)配置。本工段工藝主體設(shè)備為化灰機(jī)，化灰機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中需要加入水與石灰混合生產(chǎn)石灰乳。

凈化系統(tǒng)采用噴淋洗滌塔，利用水滴對(duì)含有石灰粉塵的水蒸汽進(jìn)行洗滌。洗滌后的漿液進(jìn)入沉淀池過(guò)濾掉漿液中的固體顆粒，沉淀池底部設(shè)置排出口，利用漿液泵將石灰漿液輸送至化灰機(jī)。沉淀池上部與清液池聯(lián)通，清液池內(nèi)液體通過(guò)泵輸送至洗滌塔用于噴淋洗滌?；覚C(jī)所用新水及凈化系統(tǒng)所消耗新水首先進(jìn)入凈化系統(tǒng)清水池，通過(guò)凈化洗滌后由漿液泵輸送至化灰機(jī)循環(huán)利用。凈化系統(tǒng)不新增耗水量，不產(chǎn)生固體及液體廢棄物，洗滌后的含塵水蒸汽能達(dá)標(biāo)排放，另外由于噴淋洗滌的冷卻作用，水蒸氣的含量也大幅減少。

該凈化系統(tǒng)的大致配置如下：凈化系統(tǒng)采用噴淋洗滌塔，利用水滴對(duì)含有石灰粉塵的水蒸汽進(jìn)行洗滌。洗滌后的漿液進(jìn)入沉淀池過(guò)濾掉漿液中的固體顆粒，沉淀池底部設(shè)置排出口，利用漿液泵將石灰漿液輸送至化灰機(jī)。沉淀池上部與清液池聯(lián)通，清液池內(nèi)液體通過(guò)泵輸送至洗滌塔用于噴淋洗滌。化灰機(jī)所用新水及凈化系統(tǒng)所消耗新水首先進(jìn)入凈化系統(tǒng)清水池，通過(guò)凈化洗滌后由漿液泵輸送至化灰機(jī)循環(huán)利用。凈化系統(tǒng)不新增耗水量，不產(chǎn)生固體及液體廢棄物，洗滌后的含塵水蒸汽能達(dá)標(biāo)排放，另外由于噴淋洗滌的冷卻作用，水蒸氣的含量也大幅減少。

該凈化系統(tǒng)有處理能力小，總造價(jià)低，各設(shè)備間聯(lián)鎖及控制復(fù)雜，任何水路及氣路問(wèn)題均可導(dǎo)致系統(tǒng)故障，為了更好的確定責(zé)任劃分工作范圍及考核，我們建議采用總包的方式，對(duì)該凈化系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置子項(xiàng)，由設(shè)計(jì)院先給出招標(biāo)技術(shù)條件，甲方確定總包方后再由設(shè)計(jì)院配和完善相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

2 噴淋式除塵器

噴淋式除塵器是通過(guò)向除塵器內(nèi)部不斷淋噴水，使水，氣有效接觸完成除塵的過(guò)程。本工段污染物為含CaO粉塵的蒸汽，CaO對(duì)濕度敏感，易從空氣中吸收水分板結(jié)且CaO含有雜質(zhì)，故選用空心噴淋除塵器。空心噴淋除塵器又稱噴淋塔，設(shè)備體積加大，效率不高，但它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作方便，便于采取防腐措施，阻力小，不易被堵塞等特點(diǎn)。

（1）噴淋式除塵器結(jié)構(gòu)。除塵器本體由以下三部分組成。①進(jìn)氣段：進(jìn)氣管以下至塔底的部分，使煙氣在此區(qū)間得以緩沖，均布于塔的整個(gè)截面。②噴淋段：自噴淋層（最上一層）至進(jìn)氣管上口，在此段進(jìn)行接觸傳質(zhì)，是塔的主要區(qū)段。③脫水段：噴嘴以上部分為脫水段，作用是使大液滴依靠自重降落，其中設(shè)置有除霧器，以除掉小液滴，使氣液較好的分離。塔直徑由氣體在塔內(nèi)的流速確定，空心噴淋式除塵器的氣量速度越小對(duì)凈化效果越有利，一般塔內(nèi)氣體流速取1.0～1.5m/s。塔的高度一般參考直徑確定，高與直徑的比值在4～7范圍以內(nèi)，噴淋段占總高度的1/2以上。

（2）勻氣裝置。氣流自較窄的進(jìn)口進(jìn)入較大的塔體后，氣體噴流先沿塔底展開(kāi)，然后沿進(jìn)口對(duì)面的塔壁上升，至頂部出口。這樣會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)口側(cè)塔體出現(xiàn)氣流空洞，在塔的橫斷面上氣流分布很不均勻，而且使得噴流氣體在本體內(nèi)的停留時(shí)間亦不相同，致使塔的容積不能充分利用。為改進(jìn)這一缺點(diǎn)，可考慮在入口上方增加勻氣板，但會(huì)增加系統(tǒng)阻力，而且石灰含有雜質(zhì)且容易板結(jié)，可能導(dǎo)致勻氣板堵塞。本次設(shè)計(jì)將進(jìn)氣管伸到塔中心，向下彎轉(zhuǎn)，使得氣體向四周擴(kuò)散，然后在向上移動(dòng)，這樣可以極大的減少塔內(nèi)空洞的出現(xiàn)。

（3）噴嘴。噴嘴的功能是將洗滌液噴散為細(xì)小液滴。噴嘴的特性十分重要，構(gòu)造合理的噴嘴能使洗滌液充分霧化，增大氣液接觸面積。反之，雖有龐大的塔體而洗滌液噴散不好，氣液接觸面積仍然很小，影響設(shè)備凈化效率。噴出液滴大小取決于噴嘴結(jié)構(gòu)和洗滌液壓力。液體壓力一般取2～3atm時(shí)，噴霧消化能量約為0.3～0.5kW.h/t液體。噴嘴在斷面上均勻配置，保證斷面上各點(diǎn)的噴淋密度相同，無(wú)空洞或疏密不均的現(xiàn)行。

（4）除霧。在噴淋段氣液接觸后，氣體的動(dòng)能傳給液滴一部分，致使一些細(xì)小液滴獲得向上的速度而隨氣流飛出塔外。液滴在氣相中按其尺寸大小分為：直徑在100μm以上的稱為液滴；直徑在100μm～50μm之間的稱為霧滴；在50μm～1μm的稱為霧沫狀；而1μm以下的為霧氣狀。如果除霧效果達(dá)不到要求，不僅損失洗滌液，增加耗水量，而且還降低凈化效果，飛逸出的液滴加重了周圍的污染程度，更重要的是損失掉已被吸收石灰粉塵。除霧器主要有以下幾種：填充層除霧器，降速除霧器，折板除霧器，旋風(fēng)除霧器等?？紤]到本工段的特性，除霧器必須易于清洗及方便施工，選用折板除霧器。折板除霧器是使氣流通過(guò)曲折板組成的曲折通路，其中液滴不斷與折板碰撞，由于慣性力的作用，使液滴沿折板下落。折板除霧器一般采用3～6折，其阻力由氣流速度，密度及阻力系數(shù)共同確定。

（5）除塵器效率。水氣比是與凈化效率關(guān)系最密切的控制條件，其單位為L(zhǎng)液/m3煙氣。在其他條件不變時(shí)，水氣比越大，凈化效率越高。特別是水氣比在0.5以下時(shí)，凈化效率隨水氣比提高而劇增，這是因?yàn)樗窟€不能滿足吸收要求的緣故。但增大到一定程度后，再增加噴淋量已無(wú)必要，反而會(huì)使氣流夾帶增加?？招乃乃畾獗纫?.7～0.9為宜。當(dāng)然這不是一個(gè)固定的數(shù)值，而與霧化效果相關(guān)。

3 新型噴吹控制系統(tǒng)

3.1 噴吹判斷參數(shù)

由于除塵器內(nèi)布袋表面的粉塵厚度目前無(wú)法直接測(cè)量，我們利用氣流通過(guò)布袋時(shí)的壓損作為一個(gè)間接判斷的參數(shù)。各單元所測(cè)得的壓損值作為該單元脈沖閥是否啟動(dòng)的信號(hào)。

3.2 工作原理

除塵器內(nèi)各單元所控制壓損最大值均設(shè)定為相同值（注意此時(shí)只需設(shè)定最大值，不需要設(shè)定一個(gè)范圍）。當(dāng)超過(guò)此設(shè)定值時(shí)，對(duì)應(yīng)單元內(nèi)某一脈沖閥（按一定順序提前進(jìn)行設(shè)置）進(jìn)行噴吹。噴吹完成后該脈沖閥對(duì)應(yīng)的布袋表面所吸附的氧化鋁粉塵層剝離，布袋透氣性增加，除塵器單元壓損降低。此時(shí)停止噴吹除塵單元內(nèi)其余布袋直到該單元內(nèi)壓損值再次超過(guò)設(shè)定值。由于控制了單元壓損最大值，各單元運(yùn)行阻力在設(shè)定的最大值下小幅波動(dòng)，各單元平均運(yùn)行阻力相差不大，所以各除塵單元所處理的風(fēng)量也基本相同。

3.3 噴吹間隔控制

除塵器最小噴吹間隔的控制可避免連續(xù)噴吹導(dǎo)致壓縮空氣管道壓力下降影響噴吹效果，還可防止噴吹頻率過(guò)快造成清灰量大導(dǎo)致下級(jí)輸送系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行。

3.4 調(diào)整除塵器單元內(nèi)噴吹順序

為減少噴吹清除的含氟氧化鋁被相鄰布袋再次吸附，均衡除塵單元內(nèi)部氣流，取消原有順序噴吹方式。將除塵單元內(nèi)脈沖閥根據(jù)安裝位置劃分為兩個(gè)區(qū)域，連續(xù)噴吹的兩個(gè)脈沖閥來(lái)自不同區(qū)域，可確保脈沖閥間的空間距離。

4 實(shí)施案例

遵義偉明鋁業(yè)電解煙氣凈化系統(tǒng)共有十個(gè)除塵器單元，每個(gè)單元設(shè)置有24個(gè)脈沖閥，每個(gè)脈沖閥對(duì)應(yīng)20條布袋，結(jié)合本文所介紹的新型脈沖噴吹控制系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)PLC程序要求如下：除塵器共十個(gè)單元，各單元各設(shè)置壓差傳感器一只（壓力傳感器用于測(cè)量花板上下的壓差值），每單元的運(yùn)行阻力可調(diào)，默認(rèn)為1500Pa。對(duì)每單元24個(gè)脈沖閥根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝位置從左到右進(jìn)行編號(hào)。1#閥對(duì)應(yīng)單元最左端脈沖閥，24#閥對(duì)應(yīng)單元最右端脈沖閥。各單元均按此進(jìn)行編號(hào)。各單元壓差傳感器僅對(duì)該單元脈沖噴吹進(jìn)行控制。除塵器各單元內(nèi)部噴吹順序?yàn)?#，13#，2#，14#，3#，15#......以此循環(huán)。當(dāng)某單元壓差傳感器所測(cè)壓差值超過(guò)設(shè)定值時(shí)（1500Pa），系統(tǒng)給出對(duì)應(yīng)單元一次噴吹要求（僅動(dòng)作脈沖閥一次），并記憶噴吹位置。下次此箱體需要噴吹時(shí)從該閥位的下一閥位開(kāi)始噴吹（噴吹順序見(jiàn)上條說(shuō)明）。噴吹完成后繼續(xù)監(jiān)控單元壓差，當(dāng)壓差再次超過(guò)設(shè)定值繼續(xù)噴吹，按此循環(huán)。各單元給出的噴吹要求（僅動(dòng)作脈沖閥一次）應(yīng)進(jìn)入PLC整體進(jìn)行控制，確保整個(gè)凈化系統(tǒng)兩個(gè)噴吹間隔的時(shí)間不小于5秒（可調(diào)）。各單元給出的噴吹要求（僅動(dòng)作脈沖閥一次）進(jìn)入PLC排隊(duì)順序噴吹，所以單元給出噴吹要求后脈沖閥并不是立刻動(dòng)作，這與進(jìn)入PLC等待噴吹脈沖閥的數(shù)量有關(guān)。在這段時(shí)間內(nèi)，單元的所測(cè)壓差雖然高于設(shè)定值但不再給出噴吹要求，需要等此次噴吹完成后再根據(jù)壓差進(jìn)行噴吹判斷。要求記錄各單元內(nèi)各脈沖閥的噴吹時(shí)間，間隔及噴吹后的壓差波動(dòng)。壓差波動(dòng)，時(shí)間及脈沖閥的噴吹的關(guān)系應(yīng)以圖表形式給出。

5 結(jié)論

該噴吹控制系統(tǒng)與原有系統(tǒng)相比有明顯優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)遵義偉明鋁業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)與其余鋁廠數(shù)據(jù)的對(duì)比，可得出如下結(jié)論：①可最大限度的減少噴吹的頻率，減少壓縮空氣消耗量，增加布袋及脈沖閥的壽命。②通過(guò)減小噴吹頻率在維持除塵器正常透氣性的情況下，盡量維持布袋表面氧化鋁粉塵厚度，優(yōu)化了凈化效果。③有利于除塵器各單元及除塵器內(nèi)部氣流平衡。④避免各除塵器單元同時(shí)清灰造成下級(jí)輸送系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行。

由以上結(jié)果可知，新型脈沖噴吹控制系統(tǒng)是符合電解鋁煙氣凈化特點(diǎn)，在今后的設(shè)計(jì)中應(yīng)作為重要參考依據(jù)。