电解铝生产用氧化铝浓相输送系统

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

1 概述

浓相输送是浓相输送装置的简称，是输送氧化铝，氟化盐等粉状物料的重要装置。该装置具有结构简单，运行可靠，节省能耗，节省经营费用等特点，国外已广泛应用于电解铝厂的氧化铝和氟化盐输送及烟气净化系统[1]。

2 浓相输送的特点

①浓相输送与稀相输送比较具有以下优点：由于采用静压输送，压缩空气用量比稀相输送少，输送等量的物料时动力消耗可减少3/4以上；②固气比高达50，稀相输送的固气比在10以下，可通过缩小管径来降低管道输送压力，系统终端尾气排放量少，降低配套的除尘系统建设及运行费用；③管道内物料输送速度控制在1～2m/s，可以减少对管道的磨损。输送管系统可使用普通钢管作为输送主管道，而且系统运行噪音小；④设备简单，维修工作量小；⑤浓相输送系统垂直输送高度达30m～40m，水平输送距离可达1000m。主管直径可达150mm～250mm，系统最大输送能力为30-50t/h；⑥物料在输送过程中破损小，并且在管道转向处也不结垢，输送管道在转向处也无需做特殊处理；⑦易于实现全自动控制，操作人员少；⑧卸料灵活，设备空间布置灵活，限制小。

3 浓相输送的原理

浓相输送装置是输送氧化铝，氟化盐等粉状物料的先进装置。当气流中颗粒浓度在0.2以上，固气混合系统的空隙率ε＜0.78时，称为浓相输送。浓相输送技术是套管式气力压送式输送，与稀相输送比较，固气比高，气流速度小，输送压力低。因此，减少了压缩空气用量，降低了运行能耗和物料破损率。浓相输送管一般由内管和外管两根管道焊接组成，特制的内管焊接在外管内壁。两根管道外管导入固体颗粒状物料，内管导入压缩空气。采用内管是浓相输送是关键，内管的开口尺寸、位置等参数和输送过程中的气流速度对输送过程影响极大。

图1 浓相输送管道结构图

浓相输送管的工作原理就是利用流体的最小阻力原理。从压力角度考虑：移动一段短料柱所需的总压力小；从气流速度考虑：在切割料栓时，气流速度是重要的影响因素。因此，气流速度高时会形成长料栓，气流速度低时则容易形成短料栓，并且由于内管产生的脉冲力不同，逐渐降低气流速度，料栓的长度则逐渐变短，到一定程度就会转变成流态化的物料流动，要想采用较低的空气压力将浓相料栓送走，就需要将料栓长度切短。当主输送管道中物料发生堆积并可能发生堵管时，由于阻力增大，进入内套管的空气量增加，内套管内空气流速迅速增大，导致其中两个开口气流射流产生的压差大于输送两点间的料段压力，使堆积的物料被分割吹散，输送空气重新进入主输送管。重新进入主输送管的空气在此区域形成紊流。这样料段不断分割、移动、吹散，将物料不断向前输送。

4 浓相输送的特点

浓相输送技术属气力输送中的静压输送技术，浓相输送在输送过程中不同于稀相输送，它是直接利用压缩空气的静压能来推动物料，且物料是以非悬浮态栓状流动。因此要求的风速低，不存在能量传递和颗粒间的摩擦损失，故能耗、管壁磨损和氧化铝破损比稀相低。另外浓相输送还具有配置灵活、占面积地小和自动化程度高。

5 浓相发送器输送系统概述

（1）系统组成。浓相输送系统主要由浓相发送罐、压缩空气气源、控制系统、输送管、氧化铝料仓等五大部分组成。①浓相发送罐。浓相发送罐具有较厚的壁厚，能承受氧化铝的长期冲刷磨损，是耐疲劳耐磨损的容器。在整个输送系统中，它将料斗输送过来的新鲜氧化铝，经加压流化处理后通过输送管到送至氧化铝料仓中，是整个输送系统的核心部分。②压缩空气气源。压缩空气气源由空气压缩机、除油器、干燥器、储气罐及供气管道等组成，主要作用是为发送罐及气动控制部分提供高质量的压缩空气。除油器和干燥器的作用是用于降低压缩空气中含有的油、水以及杂质，提高压缩空气的质量。③控制系统:以PLC可编程控制器（也可以采用工控机）作为控制系统的核心部件，对发送罐工作中的各种参数进行控制，并通过气动元件控制各种机械元件的动作。通过模拟屏或CRT显示器显示当前的工作状态，同时附有手动就地操作功能。④输送管道。由于物料输送速度低，在通常情况下，采用一般的无缝钢管即可，不需要采用耐磨钢管。经实验发现：气力输送的水平距离可以超过1000m。

（2）浓相发送罐工作过程。浓相发送罐的控制方式中，可分为两种工作方式：第一种工作方式为手动工作方式，手动方式可以在浓相发送罐调试过程中使用。在这种工作方式中，浓相发送罐上各阀门均可以自由动作，这样既可以方便调试，也可以在浓相发送罐发生故障后进行操作。第二种工作方式为自动工作方式，在正常的情况下，应以自动工作方式开展工作。在系统投入运行后，浓相发送罐将以自动循环的工作方式进行，其主要工作过程如下：①浓相发送罐自动运行后，测气源压力达到所设定上限值时，进气阀打开，压缩空气进入浓相发送罐内，浓相发送罐内物料开始被加压和流化（注：此过程为加压过程）。②当浓相发送罐内压力达到设定值时（所设定的浓相发送罐压力上限值），吹堵阀打开，延时一定时间后输送阀自动打开。③当浓相发送罐内物料输送完毕，压力下降到等于或接近管道阻力时（所设定的浓相发送罐下限值），加压和吹堵阀停止，输送阀在延时一定时间后关闭（以排尽浓相发送罐内压缩空气）。此过程为浓相发送罐刚投入自动时的空送过程。④当输送阀关闭以后，间隔一定时间，浓相发送罐进料阀打开，氧化铝进入浓相发送罐体内。当料位计发出料满信号或达到设定时间时，进料阀自动关闭，在这个过程中采用料位计和进料时间并行控制方式。只要料位到或进料时间到，都将自动关闭进料阀。运行过程中通常以料位控制为主，时间控制为辅。因此，当在三电场或二电场发送器在设定进料时间时，不要把进料时间设置得过少，以免发浓相发送罐频繁工作，增加能源消耗。

整个过程结束，从而完成一次循环。