ЭЛЕКТРОЛИЗНЫЙ ЦЕХ АЛЮМИНИЯ

Планировка цеха

Электролизный цех представляет собой административно и территориально обособленное подразделение завода с полным циклом производства — от приема сырья до выдачи товарной продукции. Кроме электролизных корпусов, в которых размещены электролизеры, в состав цеха входят следующие отделения: литейное, капитального ремонта электролизеров, очистки газов и регенерации фторсолей и вспомогательных служб.

Электролизеры включены в цепь последовательно, образуя серии. Число электролизеров в серии зависит от напряжения источников постоянного тока. Для преобразования переменного тока в постоянный на современных заводах применяются полупроводниковые выпрямители с напряжением 850 В и коэффициентом преобразования 98,5% (рабочий элемент в них кремний или германий). Один выпрямительный агрегат дает ток силой до 63 кА. Число таких агрегатов зависит от необходимой силы тока серии; причем все они включаются параллельно. Число работающих электролизеров в серии определяется также средним напряжением на ванне (за вычетом падения напряжения от анодных эффектов) и рабочим напряжением серии. Последнее состоит из напряжения выпрямителей, уменьшенного на падение напряжения внутри преобразовательной подстанции (около 1% от общего напряжения), резерва напряжения на одновременно возникающие анодные эффекты (около 30 В) и резерва напряжения для компенсации колебаний его во внешней сети (около 1%).

Рис. 58. Примерный план электролизного цеха: I — электролизный корпус; II— литейная; III — преобразовательная подстанция; IV — отделение капитального ремонта; V — склад глинозема; VI — административный корпус; 1 — электролизер; 2 — бункер для глинозема; 3 — электрофильтр; 4 — скруббер; 5 — вентилятор; 6 — труба

Таким образом, если напряжение выпрямительных агрегатов 850 В, то рабочее напряжение серии будет 800 В и число работающих ванн 800/(U_ср — U_а.э), где U_ср— среднее напряжение на каждом электролизере, В; U_а.э — увеличение напряжения за счет анодных эффектов, В. Число установленных в серии электролизеров равно числу рабочих плюс число резервных, которое может быть подсчитано из соотношения

n1 = [(n + n1)T_p]/Tc (82)

где п — число рабочих электролизеров; п₁ — число резервных электролизеров;т_р — продолжительность простоя электролизера на капитальном ремонте, сут; т_с— средний срок службы электролизеров, сут. Из соотношения (82) следует: n1 = nT_р/(T_с—T_р), т. е. число резервных электролизеров тем больше, чем больше срок капитального ремонта, и тем меньше, чем больше срок службы электролизеров. Например, если рабочее напряжение серии 800 В, то число рабочих электролизеров будет около 190 и резервных 4. Такое число электролизеров должно быть размещено в двух электролизных корпусах. Электролизные корпуса входят в состав серии; в цехе может быть несколько электролизных серий. Электролизные корпуса расположены параллельно друг другу и соединены между собой транспортным коридором (рис. 58). Для наилучшей аэрации корпуса располагают вдоль направления господствующего в течение года ветра. Между сериями находятся литейное отделение, блок вспомогательных служб и отделение капитального ремонта электролизеров, а также административные и бытовые помещения.

Корпус электролиза

В старых корпусах электролизёры БТ размещены в четыре ряда, что создает трудности аэрации корпусов. Поэтому электролизеры новых конструкций и большой мощности располагаются в два ряда. Обычно длинная ось электролизера совпадает с продольной осью корпуса (продольное расположение), но электролизеры большой мощности типа OA располагают поперек корпуса в один ряд (поперечное расположение). Длина корпусов в зависимости от числа электролизеров и их габаритных размеров достигает 700 м, ширина обычно составляет 27 м, что определяется стандартными габаритными размерами мостовых кранов.

 

В современных корпусах электролизеры ВТ и OA установлены так, что рабочие площадки совпадают с полом второго этажа и расположены на отметке + 4 м. Такие двухэтажные корпуса позволяют организовать естественную аэрацию, при которой холодный наружный воздух поступает через оконные проемы первого этажа, нагревается под днищем кожухов электролизеров, проходит через напольные решетки второго этажа и устремляется к фонарям на крыше корпуса. В отличие от одноэтажных корпусов (для электролизеров БТ) здесь нет необходимости в устройстве специальной приточной вентиляции. Однако из-за отсутствия такой вентиляции невозможно регулировать приток свежего воздуха, а главное,— поддерживать определенную его температуру. Одноэтажные корпуса имеют высоту (до нижнего основания ферм крыши) 13—14 м, двухэтажные— 18 м (рис. 59). Аэрация вместе с приточной вентиляцией обеспечивают определенную кратность воздухообмена (отношение объема подаваемого в час воздуха к объему корпуса электролиза); для зимнего времени кратность составляет 15, для летнего —40.

Стены корпуса выполнены из сборного железобетона, имеют окна, в которых вместо стекла вставлены синтетические пленки, поскольку стекло быстро теряет светопроницаемость под действием фтористых солей. При двухрядном продольном расположении электролизеров расстояние между торцами соседних электролизеров обычно стремятся свести к минимуму, т. е. чтобы в промежутке между электролизерами помещались только анодные стояки ошиновки. При этом достигается определенная экономия капитальных вложений за счет сокращения длины корпуса и экономия на ошиновке и других коммуникациях. Для прохода обслуживающего персонала и проезда машин, обрабатывающих ванны, в каждом ряду электролизеров между группами ванн имеются проходы шириной 1 м и проезды шириной 3 м. Транспортный коридор, проходящий поперек всех корпусов и других производственных помещений через их середину, имеет ширину около 12 м и служит для транспортировки металла, глинозема и других материалов.

Расстояние между рядами электролизеров составляет около 7 м (между кожухами электролизеров), что обеспечивает возможность движения машин и механизмов,, обслуживающих электролизеры, в двух направлениях. Расстояние между стенами корпуса и продольными сторонами электролизеров около 4 м, что позволяет обрабатывать машинами электролизеры с этих сторон. В торцах корпусов на отметке второго этажа имеются площадки для ремонта оборудования и размещения материалов. Длина этих площадок (расстояние от кожухов крайних ванн до торцевых стенок корпуса) может быть до 35 м.

Рис. 59. Поперечный разрез корпуса электролизёра.

Для транспортировки грузов, извлечений штырей (электролизеры ВТ) и операций по демонтажу и монтажу электролизеров в корпусах имеются мостовые краны. По роду выполняемых операций различают краны технологические (перевозка грузов, извлечение штырей и др.) и монтажные (перевозка анодного и катодного устройства электролизеров ВТ грузоподъемностью 150 ÷ 200 т). Для установки монтажных кранов требуются стены корпуса усиленной конструкции, а, следовательно, и большие капитальные затраты. Для электролизеров OA применяются другие решения — катодное устройство при демонтаже и монтаже электролизеров опускается и поднимается с помощью домкратов и перевозится специальными большегрузными платформами по первому этажу.

Между корпусами около транспортного коридора установлены приемные бункера для глинозема, в которые глинозем подается пневмотранспортом со склада. Вдоль стен корпуса имеются пристройки для расходных бункеров, в которые глинозем поступает из приемных бункеров.

Вентиляция, газоотсос и регенерация фтористых солей

При электролизе алюминия выделяется значительное количество вредностей в виде газов и пыли. В зависимости от типа и мощности электролизера на 1 т алюминия выделяется: 8—12 кг фтористого водорода, 9—12 кг твердых фторидов в виде пыли (в пересчете на фтор), 11—12 кг сернистого ангидрида. Для электролизеров БТ и ВТ, кроме того, с поверхности анода выделяется значительное количество вредностей в виде летучих веществ. В воздухе рабочей зоны, кроме пыли фтористых солей, витает довольно много пыли глинозема крупностью порядка 1 мкм, которая также представляет собой опасность для здоровья работающих. И, наконец, от электролизеров в цех поступает значительное количество тепла. Теплонапряженность (количество тепла, поступающего на 1 м³ рабочей зоны в час) для электролизеров средней мощности составляет 400 кДж/(м³·ч), для электролизеров большой мощности 800 кДж/(м³·ч).

Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны регламентируется следующими предельно допустимыми концентрациями (ПДК): фтористого водорода 0,5 мг/м³, пыли глинозема 6 мг/м³, пыли фтористого алюминия и других фторидов 1 мг/м³, оксида углерода 20 мг/м³. ПДК, принятые в нашей стране, значительно более жесткие, чем в ряде капиталистических стран. Так, ПДК по фтористому водороду в США, Франции и ФРГ составляет 2 мг/м³.

Для удаления вредностей на электролизерах всех типов имеются местные отсосы и укрытия. Так, на электролизерах БТ имеется шторное укрытие, закрывающее весь электролизер. Системой газоотсоса через шторы просасывается наружный воздух и вместе с ним удаляются вредности, выделяющиеся как с корки электролита, так и с поверхности анода. Нормы отсоса зависят от мощности электролизера: обычно 1200—1500 м³/ч на каждые 10 кА. Для воздухообмена в корпуса, оборудованные этими электролизерами, поступает свежий воздух с помощью системы приточной вентиляции. В зимнее время воздух проходит через калориферы и далее поступает в каналы приточной вентиляции, расположенные между рядами ванн. Эффективность шторного укрытия (т. е. доля вредностей, удаляемых системой, от общего количества вредностей) составляет 85—90% и определяется временем работы ванн с открытыми шторами.

На электролизерах ВТ вредности поступают в колокольное укрытие и далее в горелки, в которых происходит дожигание СО. Объем отсасываемого газа приблизительно на порядок меньше, чем наэлектролизерах со шторным укрытием, а концентрация вредностей в нем соответственно выше, что облегчает задачу полной очистки газов. Вместе с тем, при обработках ванн все вредности поступают в пространство корпуса. Кроме того, и в промежутках между обработками газы проходят между неплотностями в секциях газосборного колокола или в трещинах. Поэтому эффективность колокольного газоотсоса невелика — 60—70 %. Остальное количество вредностей выносится аэрацией через фонари на крыше корпуса в окружающее воздушное пространство. В этом один из главных недостатков электролизеров ВТ.

На электролизерах OA проблема удаления вредностей решается устройством укрытий створчатого типа. При замене анода открывают только одну створку над ним, при обработке ванны — половину укрытия с одной продольной стороны. Эффективность створчатого укрытия 90—95%. При длительной работе эффективность понижается за счет увеличения неплотностей между створками, вызванного короблением их из-за неравномерного нагревания.

Газы из корпуса электролиза поступают в систему газоочистки. Обычно применяется двухступенчатая система «мокрой» очистки (рис. 60): для удаления пыли и смолистых веществ газы проходят через электрофильтр, затем поступают в скруббер или пенный аппарат, где проходят вторую ступень очистки — поглощение фтористого водорода содовым раствором. Далее газы направляются в трубу, через которую и выбрасываются в атмосферу. Чтобы рассеять их на большие расстояния и тем еамым уменьшить концентрацию вредностей труба имеет высоту 120 м.

В двухступенчатых установках обеспыливание осуществляют в электрофильтрах разного типа с напряжением до 90 кВ постоянного тока. В мокрых электрофильтрах осадок пыли на осади-тельных электродах удаляется смыванием, в сухих — встряхиванием. В том и в другом случае пыль направляется в силосные башни, оттуда — в бункера электролизного цеха. Вторая ступень очистки осуществляется в скрубберах разного типа или в пенных аппаратах, орошаемых 3—5%-ным раствором соды. Наиболее надежны из аппаратов пенного типа, аппараты со стабилизацией пенного слоя, в которых степень поглощения фтористого водорода достигает 95—98%.

При поглощении содовым раствором происходит реакция HF+ NaСО₃=NaF+NaHC03. Содовый раствор циркулирует в системе поглощения до тех пор, пока концентрация NaF не достигнет

15÷20 г/л Затем раствор поступает в отделение регенерации криолита Здесь он подвергается осветлению для отделения взвешенных частиц глинозема и углерода, которые идут в отвал, и поступает в реактор на варку криолита. В реакторы подают также приготовленный раствор алюмината натрия и при температуре 75 С идет реакция

6NaF + 4NaHCO₃+ NaAl(ОН)₄ = Na₃AlF₆ + 4Na₂CО₃+ 4H₂О.

Кристаллы криолита отделяют от маточного раствора сгущением, криолит фильтруют, промывают, высушивают и направляют на электролиз. Маточный раствор поступает на приготовление оборотного содового раствора, для чего в него вводят свежую соду и направляют в систему газоочистки. Полученный, так называемый регенерационный криолит имеет К.О.=4 и загрязнен примесями оксидов железа, кремния, сульфатами и др. Его используют в основном на пуске ванн. Рассмотренная схема «мокрой» очистки газов характеризуется сложностью и значительным количеством отходов.

Рис. 60. Схемы газоочистки: а —«мокрая»; 1 — электрофильтр; 2 — вентилятор; 3 — скруббер; 4 — силосная башня для глинозема; 5 —труба; 6—сухая: 7 — камера смешения; 2 — бункер; 3 — рукавный фильтр; 4 — рукав

От этих недостатков свободна «сухая» очистка, разработанная в последние годы. Газы электролизного производства пропускают через рукавные фильтры, на внутреннюю поверхность которых нанесен слой Аl₂О₃. При прохождении газа глинозем поглощает из него фтористый водород с образованием, как предполагается, соединения Al₂О₃HF. Сорбционная способность глинозема зависит от его удельной поверхности и от содержания γ-фракции; для обычного металлургического глинозема удельная поверхность должна быть не менее 40 м²/г (Буркат и др.). В зависимости от сорбцион-ной способности на установки газоулавливания подается от 40 до 100% всего глинозема, идущего на электролиз.

Чистый глинозем поступает в камеру 1 (рис. 60, б), в которой он смешивается с воздухом и подается для осаждения на поверхность фильтров. Когда слой глинозема на фильтрах достигает толщины около 1 мм, камера 1 отключается, и на фильтры начинает поступать загрязненный газ электролизного производства. Очищенный газ дымососами выбрасывается через трубу в атмосферу. По истечении определенного времени, когда сорбция становится малоэффективной, подачу загрязненного газа прекращают и снаружи рукавов подают сжатый воздух для отдувки глинозема, который с рукавов падает в бункер и передается в емкости для дальнейшей транспортировки на электролиз. Цикл очистки повторяется.

Рукава имеют размеры: диаметр 0,3 м, высоту 10 м; они объединены в секции по 200 шт. в каждой. Для очистки газов крупного завода необходимо иметь до десяти таких секций. Фильтрующими тканями служат материалы, способные противостоять агрессивному воздействию газов при 150 °С: полиэстер, лавсан и др.

Указанная система очистки пригодна для электролизеров OA. Для электролизеров БТ и ВТ, газы которых содержат значительное количество углеродистых возгонов, забивающих фильтры, разработана другая система: «реактор — рукавный фильтр». В этой системе поглощение HF, пыли и возгонов происходит главным образом в реакторах, в которых газы энергично перемешиваются с глиноземом. Затем смесь поступает на фильтрацию.

 

Статья на тему Электролизный цех алюминия