铝电解排烟管道系统技术研究及计算软件开发

《铝电解排烟管道系统技术研究及计算软件开发》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第1章绪论第1章绪论1.1课题背景随着国民经济的飞速发展，铝作为国民经济中的第二大金属材料，应用越来越广泛，我国的铝电解工业近年来一直持续高速发展，新建和改造了很多大规模的电解铝厂房，但其电解工艺所产生的烟气也严重污染着周围环境，排烟组织和烟气净化的问题越来越得到人们的重视。本着改善工人工作环境和减少室外环境污染的原则，有必要对排烟净化系统的理论原理和设计方法进行进一步的研究革新；同时随着市场经济带来的全球化效应，我国的铝业生产设计部门也积极参与到了国际交流当中，但由于传统的设计方法还停留在手工计算的基础上，与国外软件化的设计方法难以相互适应，且缺少

2、权威性，包括排烟净化系统设计在内的一些设计手段问题已经成为制约国际交流的主要因素之一。所以有必要对铝电解厂房的排烟净化系统的设计计算原理进行程序化规范化，编制相应的计算软件。电解铝的生产是在电解槽中加入氧化铝，以冰晶石-氧化铝熔体为电解质，以碳素材料为电极进行电解来完成的。在电解过程中在阴极上析出液态的金属铝，在阳极上产生电解烟气，这些烟气中含有大量粉尘和氟化物，若任其无组织排放，会弥漫在电解车间内部，使劳动条件恶化，严重影响生产工人的身体健康[1]。即使安装了完整的排烟系统，但实际生产中由于电解槽数量众多，电解烟气的散发具有排放点多，排放点排放量不

3、稳定的特点，造成流量或压力的局部变化，很容易破坏整个排烟系统的平衡，如果不能及时执行有效的调节措施，将引起排烟系统各支管流量和压力的不均，直接影响到电解铝产量和烟气净化效率，更严重的是它可能造成烟气泄露而使室内环境恶化，危及工作人员的身体健康[2]。虽然已经有人通过对厂房内泄露烟气气流组织的研究来缓解室内环境污染，但治标更要治本，从排烟系统的改进来减少污染来源是解 决一切问题的根本所在。所以目前急需一种适应性强的系统化设计模型：不仅 能在给定设计参数时设计合理的排烟净化系统，而且在参数变化的情况下也能 准确计算出维持系统平衡所需要的调节量，保证污染气

4、体安全顺畅的排出厂 区。排烟系统中的电解烟气如果不加以集中处理就对外排放，有害物将扩散-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文到厂区周围严重污染当地大气环境和水文环境，所以必须对电解烟气进行有组织的集中处理，送到电解烟气净化系统，进行治理达标排放。过去采用湿法净化，效率低，还易引起二次污染，目前我国逐渐吸取国际先进技术引进了干法净化并广泛推广，很大程度上改善了烟气污染问题，但排放烟气指标还是很难达到国际排放标准[1]。纠其原因，已经不是设备的技术问题，而是先进设备和落后系统的匹配问题。在实际生产中，来自电解车间烟气参数变化情况复杂，流量，压力及污染物浓度

5、都不稳定，如何让净化系统管网的特性与设备的特性匹配不仅影响到净化效率，而且影响到设备和系统的使用寿命和运行能耗。所以需要对整个净化系统进行优化分析，以提高系统的有效性，可靠性和经济性。如果要想解决以上问题，就需要开发一套精确的系统化设计计算模型。现 代的很多先进计算理论都是建立在计算机数值求解基础之上的。而目前国内设 计中还普遍采用手工计算，费时费力还不准确。尤其对不稳定工况下调节方案 的确定，如果不用经验方法，对一个包括上百个电解槽的大型系统，很难通过 手工计算在很短的周期内完成设计要求，采用程序化设计已经是大势所趋。目 前国内外虽然存在很多基于水

6、力计算的管道系统设计程序及软件。但其中功能 强大制作完善的一般适用范围很窄，只适合特定的工艺流程；而制作简单的由 于直接建立在普遍原理之上，普适性较好但针对性差，应用到实际排烟设计中 也只能起到有限的简化作用，大部分分析工作仍需人工完成；而这些软件代码 的不公开和昂贵的使用价格更限制了它们在本设计中应用的可能性。由于目前 国内尚无针对电解厂房排烟净化系统的专门设计计算软件，所以有必要开发这 样一套软件满足社会需要。针对上述研究意义，在本课题中将通过研究达到以下一些基本目的： ⑴完善铝电解槽排烟系统和净化系统设计计算体系，改进相关计算方 法。包括电解槽

7、风量和风压相互关系的计算﹑电解槽出口并联管路的平衡计算 及工况改变情况下的阀门调节﹑净化除尘系统的平衡计算、系统工作点的确定 和风机选择；⑵编制相应的设计计算软件，减少设计工作中的人员的劳动量，提高设 计的精度和速度。本课题来源于哈工大与沈阳铝镁设计研究院合作的科研项目“铝电解排烟 管道系统系统技术研究及计算软件开发”，所有研究内容的都直接为工程设计 和实际生产服务，仅对现有系统形式的设计理论进行完善和优化，完成计算机 程序设计，而不涉及到新形式和新理论的研究创新。-2-第1章绪论1.1国内外研究现状1.2.1铝电解排烟净化发展概况当今国际上，电解铝

8、技术正处于一个成熟的发展阶段，目前被广泛应用的预焙电解铝生产及技术早在20世纪80年代就已经十分完善，由于电