CN104451780A - 一种铝电解槽烟气捕集装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝电解槽烟气捕集装置及其控制方法，属于铝电解技术领域。本发明在支烟管控制阀门上加装自动调节装置和定位器，并编写控制程序与监控系统相连，根据电解生产中是否有换极、出铝等打开槽罩的操作，通过及时按需调整支烟管控制阀门的开度，实现根据电解槽的实际作业情况控制该电解槽抽风量，从而达到在保证烟气捕集率的前提下，既可降低电解铝生产直流电单耗，又可减少净化能耗，同时还可改善电解操作工在日常打开槽罩作业时的工作环境。

Description

一种铝电解槽烟气捕集装置及其控制方法

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽烟气捕集装置及其控制方法。

背景技术

在电解铝生产过程中，电解烟气治理均采用氧化铝吸附干法净化技术和布袋除尘技术。其主要流程为：电解产生的含氟烟气由槽上烟气捕集系统捕集后，通过槽上部的支烟管进入净化系统。每台电解槽的支烟管均接入到室外架空的排烟水平支管上。含氟烟气通过排烟总管进入净化反应器，在净化反应器中加入新鲜氧化铝和循环氧化铝，进行净化反应，在气固两相充分接触过程中，氟化氢被氧化铝吸附。净化后的烟气进入袋式除尘器，加入的氧化铝和从电解槽中随烟气带出的粉尘，均在袋式除尘器内被分离下来返回电解槽使用。经过净化后的烟气，通过烟囱排空。

单台电解槽的抽风量大小由支烟管控制阀门控制，在铝电解换极、出铝等需打开槽罩的日常操作过程中，电解槽密闭性能下降，烟气无组织排放量增加，职工工作环境变差，烟气捕集率降低，污染环境。现在铝行业中采取的办法是在工艺参数配置时，加大抽风量，增加单台电解槽抽风量来的防止开槽罩作业导致的烟气无组织排放现象的发生，如此则增大了电解铝生产的能耗，降低了电解槽保温性。

大型预焙电解槽在生产过程中，是通过槽上部的船型集烟箱进行排烟。船形集烟箱按槽长度方向配置，每台电解槽的烟气捕集系统通过支烟管均接入到室外架空的排烟水平干管上，支烟管控制阀门离地4米左右，一般采用通径800mm的手动蝶阀作为控制阀门，没有可及时灵活的调节装置，导致作业人员不能根据不同作业及时调整开度。各电解铝企业为了确保烟气捕集率，在调整参数时，考虑到电解开槽罩作业的因素，故而其开度值都较大，导致电解槽热损失及净化系统负压损失皆增加，能耗上升。

因此如何克服现有技术的不足是目前铝电解技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是解决在铝电解换极、出铝等需打开槽罩的日常操作过程中，不能及时调节电解槽烟气捕集状态的问题。本发明在电解槽烟气捕集系统中增加自动调节装置和定位器，利用槽控机和现有的烟气净化PLC控制系统，编写控制程序，从而实现换极、出铝等操作时电解槽烟气集气状态自动调节。通过本发明可提高烟气捕集率，降低电解铝生产能耗，改善工作环境。

本发明采用的技术方案如下：

一种铝电解槽烟气捕集装置，包括烟气捕集系统、支烟管、支烟管控制阀门、排烟水平支管、排烟总管、净化系统、袋式除尘器和监控系统，烟气捕集系统与支烟管的一端相连，支烟管的另一端通过排烟水平支管与排烟总管的一端相连接，排烟总管的另一端与净化系统的进气口相连，净化系统的出气口与袋式除尘器相连；所述的支烟管上设有支烟管控制阀门，所用监控系统用于对阀门状态及铝电解槽上作业状态的监测，还包括自动调节装置、定位器、电气逻辑控制模块和信号回路控制模块，所述的自动调节装置和定位器加装在支烟管控制阀门上；电气逻辑控制模块和信号回路控制模块位于监控系统的下位机中，电气逻辑控制模块处理支烟管控制阀门开关调节动作；信号回路控制模块采集和处理支烟管控制阀门的开度位置信号，在铝电解处于换极、出铝状态或阳极效应处理时，自动增大支烟管控制阀门的开度，操作完毕，恢复支烟管控制阀门开度。

进一步，优选的是所述的下位机为PLC控制系统，电气逻辑控制模块控制系统的所有电气驱动信号；信号回路控制模块采集和处理生产系统所有阀门开度信号、电解槽换极、出铝状态和阳极效应处理信号，并根据此信号判断支烟管控制阀门的开度，用通信软件RSLinx实现上位机与PLC控制系统的通信。

本发明还提供一种铝电解槽烟气捕集装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，电解铝生产开始钱前，启动监控系统及其下位机，支烟管控制阀门自动调节装置得电，判定是否要进行电解作业；当要进行电解作业，则自动调节阀门开度值，且检查阀门开度是否满足作业要求；

101：当阀门开度满足作业要求，则继续进行电解作业，直至作业结束；

102：当阀门开度不满足作业要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足作业要求为止；

步骤二，如果电解作业结束后，还要进行电解作业，则需要检查阀门开度是否满足作业要求，重复101或102步骤；

步骤三，如果电解作业已经结束，则自动调节阀门开度值，检查阀门开度是否满足正常要求；

301：当阀门开度满足正常要求，则判定是否需要停止控制系统及下位机运行；当判定为停止时，则阀门自动调节装置失电，结束调节；当判定为不停止运行时，则返回步骤一中进行电解作业；

302：当阀门开度不满足正常要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足正常要求为止；

其中，如果步骤一不进行电解作业，则直接进入步骤三中的检查阀门开度是否满足正常要求。

上述技术方案中“正常要求”为：当不进行电解作业时，电解槽罩盖好后，电解烟气不外冒且电解温度损失不明显，即为正常要求。

本发明可结合电解槽的布局和单台电解槽的抽风量计算铝电解槽正常状态下以及换极、出铝等操作情况下所需的抽风量，记录这两种状态下支烟管控制阀门的开度值，并将此开度值存储于监控系统内，作为支烟管控制阀门开度的自动调节的参数。

在支烟管控制阀门上加装自动调节装置和定位器，自动调节装置用于调节支烟管控制阀门的开度，定位器检测阀门的开度位置，监控系统完成对阀门状态及槽上作业状态的监测，并根据具体情况自动调节阀门的开度值。

监控系统连续监控电解槽作业状态（换极、出铝、效应处理等）和阀门的开度。当进行换极、出铝和阳极效应处理等操作时，自动调节支烟管控制阀门开度，提高此过程中的烟气捕集率。

用工控机，即上位机作为系统的管理级，完成对电解槽运行状态的监控以及每台支烟管控制阀门开度显示及开度参数设置，PLC为系统的控制级，完成对阀门的直接控制、阀门的开度位置和电解槽运行状态（仅指换极、出铝、阳极效应处理等需打开槽罩的情况）的采集，用PLC控制系统的程序编写软件、通信软件和管理软件完成控制程序的编写、通信和监控画面的绘制。

将编程控制软件编写的程序装于计算机监控系统的下位机中，由电气逻辑控制模块和信号回路控制模块组成：电气逻辑控制模块处理支烟管控制阀门开关调节动作；信号回路控制模块采集和处理支烟管控制阀门的开度位置信号，在铝电解处于换极、出铝等状态时，自动增大支烟管控制阀门的开度，操作完毕，恢复支烟管控制阀门开度。用通信软件RSLinx实现上位机与PLC控制系统的通信。用RSView32设计电解槽支烟管系统监控画面，根据工艺流程绘制生产动态流程图。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

（1）本发明在支烟管控制阀门上加装自动调节装置和定位器，并编写控制程序与监控系统相连，根据作业情况自动调节支烟管控制阀门开度，且技术亦可转化为现场人工地面操作；

（2）本发明使得电解槽在运行过程中，其净化抽风量根据其槽上部的密封情况及时按需调整，如果抽风量过大，将导致电解槽的热损失增加，同时增大净化系统负荷；如果抽风量过小，将导致作业环境恶劣，同时氟化盐的消耗亦会上升。本发明解决了行业现存技术难题，提高了烟气捕集率，降低电解铝生产能耗，改善工作环境；

（3）本发明解决了在铝电解换极、出铝等需打开槽罩的日常操作过程中，不能及时调节电解槽烟气捕集状态的问题，大大节省了人力物力，易于推广应用。

附图说明

图1是铝电解槽烟管阀门开度自动调节装置的示意图；其中，1-支烟管控制阀门；2-定位器；3-自动调节装置；

图2是本发明的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本领域技术人员应当理解“如果电解作业已经结束，则自动调节阀门开度值，检查阀门开度是否满足正常要求；”中“正常要求”为：当不进行电解作业时，电解槽罩盖好后，电解烟气不外冒且电解温度损失不明显。

本发明未对铝电解槽烟气捕集装置的其他结构给出附图，这是由于其他结构为的排列和组成为本领域的现有技术，本领域技术人员应该知道任何能实现铝电解槽烟气捕集功能的装置均可作为本发明的基础结构。

一种铝电解槽烟气捕集装置，包括烟气捕集系统、支烟管、支烟管控制阀门1、排烟水平支管、排烟总管、净化系统、袋式除尘器和监控系统，烟气捕集系统与支烟管的一端相连，支烟管的另一端通过排烟水平支管与排烟总管的一端相连接，排烟总管的另一端与净化系统的进气口相连，净化系统的出气口与袋式除尘器相连；所述的支烟管上设有支烟管控制阀门1，所用监控系统用于对阀门状态及铝电解槽上作业状态的监测，还包括自动调节装置3、定位器2、电气逻辑控制模块和信号回路控制模块，所述的自动调节装置3和定位器2加装在支烟管控制阀门1上，如图1所示；电气逻辑控制模块和信号回路控制模块位于监控系统的下位机中，电气逻辑控制模块处理支烟管控制阀门开关调节动作；信号回路控制模块采集和处理支烟管控制阀门的开度位置信号，在铝电解处于换极、出铝状态或阳极效应处理时，自动增大支烟管控制阀门的开度，操作完毕，恢复支烟管控制阀门开度。

支烟管控制阀门开度的自动调节装置可以采用电机进行正反转控制来调节支烟管控制阀门开度，也可以采用其他方式，在本发明中不对此进行限定，只要能达到自动调节的目的即可。

进一步，优选的是所述的下位机为PLC控制系统，电气逻辑控制模块控制系统的所有电气驱动信号；信号回路控制模块采集和处理生产系统所有阀门开度信号、电解槽换极、出铝状态和阳极效应处理信号，并根据此信号判断支烟管控制阀门的开度，用通信软件RSLinx实现上位机与PLC控制系统的通信。

如图2所示，一种铝电解槽烟气捕集装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一，电解铝生产开始钱，启动监控系统及其下位机，支烟管控制阀门自动调节装置得电，判定是否要进行电解作业；当要进行电解作业，则自动调节阀门开度值，且检查阀门开度是否满足作业要求；

101：当阀门开度满足作业要求，则继续进行电解作业，直至作业结束；

102：当阀门开度不满足作业要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足作业要求为止；

步骤二，如果电解作业结束后，还要进行电解作业，则需要检查阀门开度是否满足作业要求，重复101或102步骤；

步骤三，如果电解作业已经结束，则自动调节阀门开度值，检查阀门开度是否满足正常要求；

301：当阀门开度满足正常要求，则判定是否需要停止控制系统及下位机运行；当判定为停止时，则阀门自动调节装置失电，结束调节；当判定为不停止运行时，则返回步骤一中进行电解作业；

302：当阀门开度不满足正常要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足正常要求为止；

其中，如果步骤一不进行电解作业，则直接进入步骤三中的检查阀门开度是否满足正常要求。

利用监控系统，监控支烟管控制阀门的开度和电解槽的状态，当电解槽处于换极、出铝等操作时，烟气净化监控系统完成支烟管控制阀门开度的按需自动调节。PLC为系统的控制级，完成对电解槽支烟管控制阀门的直接控制，以及阀门开度值和电解槽上作业状态数据的采集。

本发明是在支烟管控制阀门上安装调节装置，槽控机将电解槽运行中需开槽罩作业的信息传递给PLC控制系统，PLC控制系统根据信息发出支烟管控制阀门调节的指令，从而实现按需自动控制。用PLC控制系统的程序编写软件、通信软件以及上位机管理软件完成编写控制程序、配置通信模式和绘制监控画面，程序运行后可在监控页面进行参数设置。

本领域人员应该了解槽控机为现在电解铝生产中控制电解槽生产运行的下位机，本发明是从槽控机采集电解槽运行状态，从而对电解作业过程进行阀门调整控制。

用编程控制软件RSLogix5编写支烟管控制阀门开度自动控制程序，实现支烟管控制阀门开度的按需自动控制，改善由于阳极、出铝等过程中槽盖板打开，电解槽密封下降，烟气捕集率低、操作环境差，电解铝生产能耗高的现象。用通信软件RSLinx实现上位机与PLC控制系统的通信。

用RSView32设计电解槽烟气监控动态图以及参数显示和修改画面，监控电解槽换极、出铝和阳极效应处理等日常操作状态和支烟管控制阀门的开度状态等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定 。

Claims (3)

1.一种铝电解槽烟气捕集装置，包括烟气捕集系统、支烟管、支烟管控制阀门、排烟水平支管、排烟总管、净化系统、袋式除尘器和监控系统，烟气捕集系统与支烟管的一端相连，支烟管的另一端通过排烟水平支管与排烟总管的一端相连接，排烟总管的另一端与净化系统的进气口相连，净化系统的出气口与袋式除尘器相连；所述的支烟管上设有支烟管控制阀门，所用监控系统用于对阀门状态及铝电解槽上作业状态的监测，其特征在于，还包括自动调节装置、定位器、电气逻辑控制模块和信号回路控制模块，所述的自动调节装置和定位器加装在支烟管控制阀门上；电气逻辑控制模块和信号回路控制模块位于监控系统的下位机中，电气逻辑控制模块处理支烟管控制阀门开关调节动作；信号回路控制模块采集和处理支烟管控制阀门的开度位置信号，在铝电解处于换极、出铝状态或阳极效应处理时，自动增大支烟管控制阀门的开度，操作完毕，恢复支烟管控制阀门开度。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽烟气捕集装置，其特征在于所述的下位机为PLC控制系统，电气逻辑控制模块控制系统的所有电气驱动信号；信号回路控制模块采集和处理生产系统所有阀门开度信号、电解槽换极、出铝状态和阳极效应处理信号，并根据此信号判断支烟管控制阀门的开度，用通信软件RSLinx实现上位机与PLC控制系统的通信。

3.权利要求1或2所述的铝电解槽烟气捕集装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，电解铝生产开始前，启动监控系统及其下位机，支烟管控制阀门自动调节装置得电，判定是否要进行电解作业；当要进行电解作业，则自动调节阀门开度值，且检查阀门开度是否满足作业要求；

101：当阀门开度满足作业要求，则继续进行电解作业，直至作业结束；

102：当阀门开度不满足作业要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足作业要求为止；

步骤二，如果电解作业结束后，还要进行电解作业，则需要检查阀门开度是否满足作业要求，重复101或102步骤；

步骤三，如果电解作业已经结束，则自动调节阀门开度值，检查阀门开度是否满足正常要求；

301：当阀门开度满足正常要求，则判定是否需要停止控制系统及下位机运行；当判定为停止时，则阀门自动调节装置失电，结束调节；当判定为不停止运行时，则返回步骤一中进行电解作业；

302：当阀门开度不满足正常要求，则再次自动调节阀门开度值，直至满足正常要求为止；

其中，如果步骤一不进行电解作业，则直接进入步骤三中的检查阀门开度是否满足正常要求。