電解鋁行業(yè)對廢氣治理的必要性按照國家環(huán)保標準GB1297—1996《大氣污染物綜合排放標準》的要求必須對電解煙氣加以治理進行達標排放。國家提高對電解鋁行業(yè)準入的門檻如產(chǎn)能消耗電能廠址外部環(huán)境、技術指標等進行限制。

從八十年代我國優(yōu)先發(fā)展電解鋁產(chǎn)業(yè)并開始應用電解干法凈化技術以來，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)模上又進入了快速發(fā)展階段。在我國當今形勢下，節(jié)能減排降本增效已成為鋁電解企業(yè)的迫切問題。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重要手段。隨著以計算機為核心實現(xiàn)電解槽能量和物料雙平衡，以及通過計算機對氧化鋁濃度、氟化鋁濃度和過熱度進行控制，形成的一整套標準化生產(chǎn)管理模式新技術的應用正在興起。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。與此同時對傳統(tǒng)檢測手段以及管理操作方式也提出了更高要求，它成為現(xiàn)代電解鋁自動化高效低耗生產(chǎn)中必不可少的自動化裝備，它的發(fā)展技術水平是電解鋁低耗高效生產(chǎn)的前提與基礎，直接影響著電解生產(chǎn)電流效率的提高，低能耗、低成本運行，以及較低污染物排放。特別是2008年世界經(jīng)濟進入了低谷，持續(xù)了長時間的電解鋁誘人的高利潤空間已不復存在，擺在電解鋁企業(yè)面前嚴峻問題為如何提高與保持穩(wěn)定的高技術指標、降本增效，保持企業(yè)的穩(wěn)定與發(fā)展。

    1 電解煙氣凈化技術中氧化鋁流量對氟鹽回收效率的影響

    冰晶石-氧化鋁熔體電解煉鋁過程中，散發(fā)出的有害物質(zhì)主要是氟化氫，進入電解煙氣凈化的氟化氫排放量一般都達到25kg/t-Al。我國目前采用預焙陽極鋁電解槽的企業(yè)幾乎均采用氧化鋁化學吸附氟化氫的干法凈化技術。電解煙氣凈化系統(tǒng)流程見圖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入袋式凈化過濾器之前，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濾器內(nèi)被分離下來，凈化后的煙氣經(jīng)排煙風機送入煙囪排空。新鮮氧化鋁來自電解新鮮氧化鋁倉，再由物料調(diào)節(jié)閥、風動溜槽、密封箱、沖板流量計、風動溜槽送至反應器，通過反應器新鮮氧化鋁與氟化氫氣體接觸反應；含氟氧化鋁從袋式凈化過濾器回收下來，經(jīng)風動溜槽、空氣提升機等送至含氟氧化鋁倉，含氟氧化鋁倉內(nèi)含氟氧化鋁一部份由物料調(diào)節(jié)閥、沖板流量計、風動溜槽、加料裝置進入排煙管與氟化氫氣體接觸反應，送至反應器重返煙氣總管，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，而其中的計量設備——沖板流量計對加入新鮮氧化鋁及含氟氧化鋁的計量顯得尤為重要。     

    做為電解生產(chǎn)的基礎與保障環(huán)節(jié)，其關鍵環(huán)節(jié)為吸附劑控制與運行管理。吸附劑的連續(xù)均勻向凈化吸附反應器投入是一個非常重要的環(huán)節(jié)，也是一個難題，長期困饒著電解生產(chǎn)優(yōu)化運行與管理。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、準確檢測環(huán)節(jié)是個關鍵，它決定著系統(tǒng)運行管理的質(zhì)量。

    2 沖板流量計現(xiàn)狀

    凈化系統(tǒng)吸附劑動態(tài)計量，一直以“沖板流量計”為主。以往產(chǎn)品受到現(xiàn)場工藝環(huán)節(jié)中存在的動態(tài)變化應力、流動風、磁場、振動、粉塵等干擾因素影響，產(chǎn)生大小不等干擾信號（不同工況有一定差異性），運行中流量計在停料后儀表顯示零點不能保持，存在一定的干擾值，見圖2。其中，變化應力、流動風、電磁場為主要干擾因素。在物料輸送過程中，企業(yè)多采用風動溜槽進行物料輸送，風力是動態(tài)變化的；變化應力主要來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)，這使物料與風同時存在并作用于計量通道中沖擊稱量沖板；而電磁場是鋁電解行業(yè)本身固有特性，隨著鋁電解槽規(guī)格的不斷擴大，電磁干擾也在不斷增強。在上述環(huán)境中，以往的計量檢測環(huán)節(jié)因受較大的電磁場干擾，導致檢測信號發(fā)生偏移變化，隨著磁場強度進一步加大，其動態(tài)變化磁場對計量檢測環(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難點，導致動態(tài)計量準確度在上述干擾下出現(xiàn)較大誤差值，長期以來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新技術

圖3 HMP-30L固體流態(tài)化流量計原理圖

    4 新型“沖板流量計”工作原理

    物料進入設備后，經(jīng)流態(tài)化平衡裝置1消除動態(tài)變化應力與流動風等干擾經(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，傳輸給監(jiān)測儀表5，經(jīng)儀表內(nèi)部進行數(shù)據(jù)的處理后，通過顯示面板5顯示，或者通過信號輸出到上位機6，見圖3。

    5 現(xiàn)場應用

    近兩年來，經(jīng)過多個現(xiàn)場應用，新型流量計有效地克服了現(xiàn)場工藝環(huán)節(jié)存在動態(tài)變化應力、流動風、磁場、振動、粉塵等干擾因素影響，運行中隨機停止向流量計投料，零點能夠穩(wěn)定保持，計量重復性好，見圖4、圖5。運行中動態(tài)計量準確度可達到小于±2%，滿足工藝要求。

    由于有效地濾除了干擾因素，提高了動態(tài)計量準確度與管理精度，為系統(tǒng)完善工藝物料均勻控制奠定了基礎。通過有效配合系統(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，物料流量動態(tài)穩(wěn)定性大幅提高并且可保持在±5%，見圖6。

    6 結(jié)語

    HMP-30L固體流態(tài)化流量計，利用有限的空間，有效地解決了現(xiàn)場環(huán)境帶來的干擾影響，使電解凈化系統(tǒng)吸附劑動態(tài)準確計量變?yōu)楝F(xiàn)實。同時該設備設計合理，安裝使用簡單，運行穩(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。

    通過電解凈化系統(tǒng)吸附劑流量動態(tài)準確檢測與提高均勻控制可靠性與精度，完善電解生產(chǎn)運行相應管理，實現(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性，配合計算機管理，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際，進一步優(yōu)化電解技術條件，降低氟鹽正常添加量，有序?qū)崿F(xiàn)低能耗、低成本運行，以及較低污染物排放，在提高電流效率同時，使經(jīng)濟效益實現(xiàn)最大化。