第四册 预焙阳极生产工艺2.docx
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第四册 预焙阳极生产工艺2.docx
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第四册预焙阳极生产工艺2
1.设计基础
a.《内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司综合利用粉煤灰生产铝硅钛合金二期示范项目》可行性研究报告;
b.内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司设计委托书;
c.高铝粉煤灰提取氧化铝联产硅产品试验报告;
d.电石渣代替石灰石提取氧化铝的试验报告;
e.粉煤灰资源的详细资料及粉煤灰成分化验单;
f.燃煤供应部分说明、燃煤资料;
g.电石渣供货意向书及化学成分表;
h.供水部分说明、供水意向、水质资料;
i.工程地质、水文资料、厂区环境资料、气象资料;
j.其它资料。
2.设计原则及设计范围
2.1设计原则
a.优化流程、设备和指标,使技术指标达到国内先进水平;
b.为减少设备投资和占地面积,尽量采用成熟的、可靠的大型化设备;
c.根据工艺流程及生产需要,总体规划紧凑合理,节约用地;
d.贯彻环保三同时要求和综合治理,对建设和生产过程中的废水、废气、废渣、粉尘和噪音进行综合治理,达到国家标准;
e.提高项目的机械化和控制自动化水平,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度,改善工人的操作条件;
f.考虑长远发展和满足生产需要的前提下,尽量节约工程投资,降低生产成本,提高产品质量,以提高企业的竞争能力。
2.2项目设计范围
阳极生产系统由原料仓库、煅烧车间、沥青熔化工段、残极处理工段、生阳极车间、焙烧车间及炭块库组成。
辅助生产系统由热媒系统、焙烧烟气净化、生阳极车间和沥青熔化烟气净化、冷却循环水等组成。
3.生产规模和产品方案
3.1建设方案
设计产品方案及规模:
本项目产品为预焙阳极,设计规模为年产6万吨预焙阳极。
3.2产品方案
3.2.1产品规格
生阳极
焙烧阳极
长
1620mm
1600mm
宽
705mm
700mm
高
583mm
580mm
重量
996㎏
926㎏
3.2.2产品质量标准
预焙阳极碳块理化指标应符合国家标准YS/T285-2007,详见下表。
牌号
表观密度
g/cm3
真密度
g/cm3
耐压强度
MPa
CO2反应性
残极率/%
室温电阻率
μΩm
热膨胀系数
10-6K
灰份含量
%
不小于
不大于
TY-1
1.53
2.04
32
80
55
5.0
≥2.00
TY-2
1.50
2.00
30
70
60
6.0
≥2.00
注:
本设计预焙阳极体积密度可达到1.55g/cm3。
4.原、燃料条件
本设计生阳极块所需要的主要原料为生石油焦、固体改质煤沥青、电解铝车间返回残极。
4.1石油焦
延迟石油焦质量标准(SH0527-92)
项目
质量指标
试验方法
一级品
合格品
1A
1B
2A
硫含量%不大于
0.5
0.5
0.8
1.0
GB/T387
挥发份%不大于
12
12
14
14
SH/T0026
灰份%不大于
0.3
0.3
0.5
0.5
SH/T0029
水份%不大于
3
SH/T0032
真密度g/cm3(经1200℃煅烧后)
2.04-2.06
报告
——
SH/T0033
焦粉量%<8mm不大于
25
——
硅含量%不大于
0.08
——
SH/T0058
钒含量%不大于
0.015
——
SH/T0058
铁含量%不大于
0.08
——
SH/T0058
4.2改质煤沥青
改质沥青质量标准(GB8730-88)
指标名称
一级
二级
软化点(环球法)℃
100-115
100-120
甲苯不溶物%
28-34
>26
喹啉不溶物%
8-14
6-15
β树脂%不小于
18
16
结焦值%不小于
54
50
灰份%不大于
0.3
0.3
水份%不大于
5
5
4.3残极质量指标
残极表面附着电解质应清理干净。
4.4煤气
焙烧用煤气采用发生炉煤气,技术条件如下:
热值:
1450kCal/Nm3
成份:
CO(一氧化碳)25~30%
H2(氢气)13~25%
CH4(甲烷)1.8~2.4%
O2(氧气)<0.6%
CO2(二氧化碳)4~6%
N2(氮气)47~51%
煤气的低位(真实)发热量≮kCal/Nm3
煤气中焦油含量≤30mg/Nm3
煤气中灰尘含量≤30mg/Nm3
5.预焙阳极生产工艺
5.1预焙阳极生产过程简述
阳极生产的主要原料生石油焦,经汽车运到厂内原料仓库贮存,并经粗碎后送到煅烧车间煅烧。
生焦在煅烧炉内经1200℃左右煅烧后送生阳极车间煅后仓贮存。
固体沥青用汽车送到原料仓库贮存,送入沥青熔化车间,熔化后的液体沥青用泵打到生阳极车间高位槽。
残极和煅烧后石油焦经带电子秤的皮带机按配比称量后混合,再进行筛分、破碎、磨粉分别送到各自配料仓。
然后,按配方要求经电子秤自动称量的干骨料与电子秤称量后的液体沥青同时加入混捏锅,糊料经冷却、成型制成生阳极块﹑再经冷却输送机送到炭块库堆垛贮存。
炭块库内的生块用堆垛天车﹑链板式输送机送到焙烧车间,经编组后用多功能机组装入焙烧炉,并加入填充料。
生阳极经焙烧炉加热焙烧后制成的焙烧块用多功能机组出炉并吸出填充料,炭块经清理机组清理和检验后的成品,送往炭块库贮存。
焙烧炉产生的烟气净化后排空。
生阳极车间的废生块﹑废糊和焙烧车间的废焙烧块、经处理后返回生阳极生产系统。
5.2物料平衡计算
(1)物料平衡图(单位:
t/a)
⑵主要原材料单耗及年用量
根据物料平衡计算,主要原材料单耗及年用量为:
名称
单耗t/t-阳极
年用量t/a-阳极
延迟石油焦
0.93
54600
固体煤沥青
0.2
12000
残极
0.2
12000
⑶各主要工序生产量
序号
工序名称
需要产能(t/a)
备注
1
石油焦粗碎
53828
破碎料
2
石油焦煅烧
43062
煅后料
3
沥青熔化
11313
投料量
4
中碎筛分
55925
5
磨粉
18606
6
干骨料配料
56739
7
沥青配料
10408
8
混捏
67147
9
成型
66945
合格品
10
焙烧
60000
合格品
⑷仓贮量表
序号
名称
贮量(t)
贮存时间
备注
1
石油焦仓库
6975
45天
按全年用料计算
2
煤沥青仓库
3000
90天
按全年用料计算
3
煅后料仓
2100
7天
按混捏最大用量
4
沥青熔化库
240
3天
按混捏最大用量
6
沥青高位槽
12
4小时
按混捏最大用量
8
生块库
2700
15天
按装炉量
9
熟块库
2500
15天
按全年产量
(5)综合技术经济指标表
序号
指标名称
单位
指标值
备注
1
设计规模
预焙阳极(焙烧后)
t/a
60000
合格品
2
产品规格
阳极炭块规格
mm
1600×700×580
生块规格
mm
1620×705×583
预焙块重量
kg/块
926
生块重量
kg/块
996
3
产品主要单耗指标
按焙烧合格品
延迟石油焦
t/t
0.93
固体高温煤沥青
t/t
0.2
残极
t/t
0.2
发生炉煤气(发热值1400kCal/Nm3)
Nm3/t
500
焙烧用
水
t/t
5
电
kwh/t
245
4
产品主要年耗指标
按焙烧合格品
延迟石油焦
t/a
55800
固体高温煤沥青
t/a
12000
残极
t/a
12000
发生炉煤气(发热值1400kCal/Nm3)
×106Nm3/a
30
焙烧用
水
×103t/t
300
电
×104kwh/t
1470
5.3预焙阳极生产系统
5.3.1原料贮存与粗碎
●工艺描述
延迟石油焦、煤沥青均由汽车运至原料仓库,用仓库内的抓斗天车卸车并堆高贮存。
生产时延迟石油焦用抓斗向格筛漏斗送料。
漏斗中的物料用电磁振动给料机向双齿辊式破碎机喂料,进行粗碎作业。
将原料破碎至50mm以下。
破碎后的物料经地下带式输送机和斗式提升机、高架带式输送机送至煅烧日用仓。
固体改质煤沥青生产用时,用铲车直接送沥青熔化.
●仓库存贮能力计算
原料仓库厂房跨度24m,延迟石油焦贮量按45天考虑,煤沥青贮量按3个月考虑(考虑煤沥青的夏季运输问题),则:
延迟石油焦贮量为:
6975t,沥青贮量为:
3000t
延迟石油焦仓库堆高5.5m,比重0.8t/m3,延迟石油焦仓库长度L=78m。
固体沥青料仓库堆高2.5m,比重1.0t/m3,仓库长度L=54m
原料仓库总长度:
78+54=132m,考虑延迟石油焦上料占地取138m。
●设备选型计算
工作制度:
每天一班,每班8小时,配合煅烧炉生产,全年365天,运转率95%。
年需生产能力:
53828t。
破碎能力:
35t/h
设备运转率:
75%
选用2PGC600×750双齿辊式破碎机。
需要破碎机台数:
53828/(35×365×95%×75%×8)=0.74选1台
5.3.2生石油焦煅烧
●工艺描述
煅烧日用贮仓内的石油焦经计量后,用电动悬挂小车向罐式煅烧炉加料。
煅烧的最高火道温度1100~1200℃。
在此温度下,石油焦排除挥发份和水份等,使石油焦提高了电导率,结构更加紧密,强度增加。
当挥发份高于10%时,为了防止石油焦在罐内结焦,须将一部分煅后焦回配到煅前生石油焦中,返配焦通常由不合格煅后焦允当。
合格的煅烧料,经运输机械送入生阳极工段的煅后焦贮仓。
煅烧焦的质量控制指标:
水份:
≤0.3%挥发份:
≤0.5%,灰份:
≤0.45%,真比重:
2.04~2.06g/cm3,表观密度:
≥1.70g/cm3,堆积密度:
≥0.80g/cm3,比电阻:
<400μΩm,
粒度:
-20+6.5mm45~50%
-6.5+1.5mm35~40%
-1.5mm15%
煅烧炉在烘炉启动时需外加燃料,正常运转后煅烧所需热量全部由延迟石油焦逸出的挥发份提供,一般不用外加燃料。
煅烧所产生的大量高温烟气送入热媒热交换器(或称余热锅炉),可向全厂生产及生活提供500万千卡的热媒热能,由于罐式炉的运转率高达95%以上,余热可保证厂区内生产、生活所需热量。
●设备选型计算
年需煅后焦43062t/a。
煅烧炉每罐产能85kg/罐·h,工作制度:
365天,24小时连续运转,设备运转率:
95%
需24罐罐式煅烧炉数量
43062/(8760×0.95×0.085×24)=2.5选3台。
5.3.3沥青熔化工段
●工艺描述
为了便于同时使用高温和中温两种煤沥青,采用热媒加热式60t沥青熔化槽。
用电动葫芦吊挂底开门料斗向熔化槽中加料。
熔化槽中的沥青熔化后,自流到热媒加热的循环加热罐中。
液体沥青在加热罐中升温、经过滤后,用泵送入2台槽中贮存静止,需要时用泵送入高位槽。
●设备选型计算
所需液体高温沥青为11313t/a。
工作制度:
年工作365天,每天3班,每班8小时。
选用60t沥青熔化槽(5天熔好一槽),需要沥青熔化槽数量:
11313/(365/5)×60×0.92×0.9=3.2台
选用6台60t沥青熔化槽,其中4台运行,2台静止。
5.3.4残极处理
从电解厂阳极组装工段残极压脱机落下的碎炭块,经移动设备运到本工段,用抓斗天车抓取送入500t液压破碎机机破碎,再由带式输送机运往圆锥破碎机破碎后,经带式输送机、斗式提升机进入残极料仓。
焙烧废品以及成型废品用抓斗天车上的吊钩放入500t液压破碎机机破碎。
破碎料经带式输机进入圆锥破碎机后,经带式输送机、斗式提升机提升,生碎进入生碎料仓,残极碎及焙烧碎合并进入残极返回料仓,以供下道工序使用。
残极处理系统的生产安排,应将生、熟料分开分别进行。
5.3.5生阳极车间
生阳极制造是预焙阳极生产过程中重要一环,生阳极质量好坏,直接影响到后续的生产及最终的产品质量。
生阳极车间包括干骨料制备、糊料制备、成型冷却。
产能计算:
生阳极车间需混捏工序产能:
67147t/a
生阳极车间综合运转率:
85%
工作制度:
8h/班,3班/天,320天/年
67147/(8×3×320×0.85)=11t/h
混捏工序选用5000L混捏锅,可混糊料4.3t/锅,混捏周期1h
则选择混捏锅11/4.3=2.6台
选择4台,3用一备。
则生阳极车间产能均以与3台锅相配套计算。
1)干骨料准备:
干骨料准备按配方要求按比例称量石油焦和残极后混合,经破碎筛分按配料方要求制取各种粒级料,分级8~4mm、4~2mm、2~0mm三种粒级分别进入各自配料仓,一部分小于2mm的筛下料进磨粉给料仓。
筛上料进入破碎机破碎后再返回筛振动筛。
a.破碎筛分
产能:
振动筛运转率:
85%
工作制度:
8h/班,3班/天,320天/年,筛上料占30%。
生阳极车间产能:
4.3×3=12.9t/h。
需筛分干骨料量:
12.9×0.845×(1+0.3)/0.85=16.7t/h
本设计选取一套20t/h的破碎﹑筛分系统。
b.磨粉:
阳极生产所用球磨粉的粒度一般在200目占50~60%,属中等粒度的粉料。
磨粉系统应使配料用的粉料组的粒度尽量保持稳定。
本设计磨粉采用闭路循环风扫式球磨系统。
原料通过定量给料机喂入球磨机,在球磨机内磨细到足够被循环风带起的粒度后,通过风力输送到分级机,将不合格的物料收下再返回至球磨机入口处,满足粒度要求的物料则继续前行到达粉料收集器(本设计为旋风分离器),收集下的合格粉料经螺旋输送机输送到粉料配料仓。
为保持系统负压,防止温度富集,在循环风路上设由布袋收尘器和引风机组成的旁路引风系统,布袋收尘器收下的产品与旋风收下的产品一同进入粉料配料仓。
产能:
生阳极车间需糊料产能:
12.9t/h
干料量:
84.5%,粉料占干料量40%,磨粉机运转率:
85%
12.9×0.845×0.40/0.85=5.3t/h
选取产能为6t/h磨粉系统一套。
2)糊料制备:
糊料制备是为成型机提供合格的可塑性炭糊,包括:
干骨料称重、沥青定量配给、混捏。
a配料:
共设6个配料仓,其中粒子配料仓3个、生碎配料仓1个、粉料配料仓2个。
配料系统包括1台2t减法电子称,1台2t加法电子称,2台1t电子沥青减法称,配料称精度均为0.5%。
干骨料量:
4.3×0.845=3.63t/h﹒锅。
液体沥青:
4.3×0.155=0.67t/h﹒锅。
每锅骨料配比:
粗粒15%﹑中粒25%﹑细粒15%﹑生碎5%﹑粉料40%(用2台秤配料各20%)。
本设计选用一套配料系统
b.混捏:
根据前面计算,选用4台5000L混捏锅,3用1备。
c.工艺描述:
配料是预焙阳极生产过程中的主要工序。
配方的编制及配料操作的正确性,对产品质量及各工序的成品率都有较大的影响。
好的配方不但可以得到高的阳极质量,而且对原料粒度的适应性较强。
配料操作是根据生产工艺配方要求,分别从各种粒级的配料仓采用电子配料秤准确称取所规定的料量。
混捏质量对后续的成型影响较大,这在很大程度上取决于混捏工艺与工艺参数。
为提高糊料的密实程度,保证混捏的糊料能顺利成型,使生块具有良好的均匀性,将配好的骨料混合料注入5000L混捏机,干混17分钟左右,使干料温度由常温升至150℃,此时高位槽中的175±5℃液体沥青经减法沥青秤计量后同时排入混捏机中混捏,再湿混35分钟。
通过混捏可使各种粒级颗粒均匀混合,达到大颗粒之间空隙由中小颗粒填充,中小颗粒之间空隙由更小的粉状颗粒填充,提高了混合物料密实程度。
粘结剂液体沥青均匀渗透到固体颗粒的孔隙中,把所有颗粒互相粘结起来,赋予糊料以塑性。
糊料经保温皮带输送到成型机中。
3)成型、冷却:
振动成型机将加入的可塑性糊料制成具有一定外型及较高密实程度的生阳极块,并将生阳极冷却后送入炭块库贮存。
a.产能:
3台混捏锅最大产能4.3×3=12.9t/h
12.9/0.996=13块/h
本设计选用双台位振动成型机组1套,单个振动台20块/小时,两个振动台互为备用。
b.工艺描述:
成型是预焙阳极制品生产过程中的重要环节。
通过混捏生产出的“生糊”经保温皮带输送到振动成型机上部均温锅中,经下方的振动给料机加入滑称式加料小车,称量后送入模套中,按照电解铝厂生产要求的预定的外形尺寸,经振动成型为具有较高密实程度的生阳极块。
振动成型的原理为处于强烈振动状态下的糊料颗粒获得相当大的交变速度与加速度,使不同的糊料颗粒产生不同大小的惯性力,从而使糊料颗粒的接触边界产生应力,当边界应力大于糊料间的内聚力时,糊料颗粒间产生相对位移,从而使糊料密实。
成型后的阳极需要冷却到低于沥青软化点的温度,以避免阳极在输送及贮存过程中产生变形。
本设计的冷却方式为在水冷却槽中冷却。
成型后的生阳极块测高、测重后经下水装置送到在冷却水槽中的冷却板式输送机上,边冷却边输送,冷却周期在90~120分钟之间。
冷却后的碳块经板式输送机输送到炭块库,经堆垛天车每21块1组进行堆垛贮存。
根据电解需要,在成型机处设开槽装置。
●生块冷却输送机:
目前国内外对振动成型的生阳极多采用水浴式的冷却方式,冷却效果较好,本设计采用链板式输送机组水浴式的冷却方式冷却生块。
特点:
冷却效果好,设备简单、维修量小、运行可靠。
5.3.6焙烧车间与炭块库
1)阳极炭块贮运
炭块贮量生块为焙烧炉半个月生产用量,熟块贮量为组装车间生产15天用量时。
炭块库厂房内布置一台辊式输送机与焙烧车间编组机组相连接,生块经辊式输送机运至编组机组上,供多功能天车装炉。
另两条链式输送机与焙烧车间清理机组相连接,清理后的熟块经这套链式输送机运至炭块库经堆垛天车一次21块堆垛存贮。
堆垛天车是炭块库的关键设备,完成如下工艺操作:
对21块一组纵向排列的炭块进行堆放和运输;对21块一组纵向排列的炭块进行废块取出和合格块插入;堆垛天车夹具具有自锁功能,防止阳极脱落。
2)焙烧车间
焙烧是生产预焙阳极制品一个非常重要的工序。
焙烧目的是使生制品的粘结剂(煤沥青)炭化,从而把固体原料颗粒和沥青炭化后的沥青焦牢固的连结成整体。
在焙烧过程中粘结剂分解、挥发、缩聚与焦化。
焙烧后的阳极应具有合格的强度和导电性,在对其进行清理、贮存后运到阳极组装车间组装成新阳极组,供电解槽使用。
阳极焙烧炉有专用的烟气净化装置。
●工艺过程描述:
合格生阳极块经生阳极车间辊式输送机送到生块库板式输送机上,通过堆垛天车堆垛贮存。
焙烧炉装炉时再用堆垛天车将生炭块每21块为一组运到焙烧车间编组机上,再按每7块1组,共2组编组,经多功能天车吊运至焙烧炉上部的运输辊道上,然后再用多功能天车装入焙烧炉中,并加入填充料。
焙烧采用自动燃烧控温装置,燃烧装置按给定升温曲线对焙烧炉加热。
为了降低出炉温度,出炉前用强制冷却系统对炉室强制冷却。
用多功能天车出炉,并运至焙烧炉中间的炭块输送机上,然后用多功能天车夹到炭块清理机组上,清理检验后送入炭块库贮存。
生产时从焙烧炉排出的烟气含有炭粉及沥青焦油,温度90~200℃,经净化处理后排空。
●焙烧车间产能:
36室敞开环式焙烧炉,每室7箱8火道、每箱立装3层,每层7块。
每室7×3×7=147块/室。
2套火焰系统、每套火焰系统6室运转、采用180小时焙烧曲线、30小时出炉。
生产365天,24小时连续运转。
运转率:
95%,成品率:
98%,熟块重:
926Kg/块
147×0.926×8760/30×2×0.95×0.98=74010t/a。
满足焙烧阳极产能60000t/a(合格品)要求。
●设备选择
焙烧炉
敞开式焙烧炉,使用大量低密度、高强度、低导热率的新型筑炉材料及保温材料。
同时,对焙烧火道设计进行优化,使烟气体积大、辐射热大,配以自动燃烧控温装置自动调温、调压,使燃料燃烧充分、炉温分布均匀、上下水平温差小、火焰周期短及耗能低,充分保证阳极焙烧品的质量。
焙烧多功能天车
本设计一座焙烧车间,厂房内布置一台36室敞开式焙烧炉,每炉配一台多功能天车,一台夹块天车。
多功能天车除完成炭块的装出炉外,还要完成抽、加填充料和吊运炉用设备的作用。
可遥控启停炭块编组、清理系统。
特点:
该设备运行平稳、可靠、各种操作精确到位,降低工人的劳动强度,工作环境舒适。
由于采用焙烧多功能天车,使本车间的机械化、自动化水平高。
焙烧炉燃烧装置及控制系统
焙烧炉燃烧装置及控制系统的主要是按焙烧工艺要求的升温曲线和负压范围,对整个焙烧过程中预热区和焙烧区各火道内的温度和负压进行有效的控制,使产品逸出的挥发份进行充分的燃烧。
同时对焙烧过程进行记录和优化管理。
每个燃烧系统分为四个生产区域,即预热区、焙烧区、冷却区和装、出炉作业区。
预热区设有排烟架和测温、测压架。
排烟架设有每个火道的烟气流量调节阀门,通过该阀门可调节火道烟气流量,实现对负压及温度分布的控制。
测温、测压架用于测量每个火道的温度和负压,为控制系统提供控制参数。
焙烧区(加热区)配有三至四个相同的设有就地控制箱及测温装置的燃烧架。
控制系统通过就地控制箱及远程控制室根据焙烧过程分析结果进行就地及远程控制。
冷却区设有冷却架、鼓风架和零压架(选择设定)。
冷却架为焙烧好的阳极块提供冷却所需的空气。
鼓风架为焙烧区提供燃烧所需的助燃空气。
零压架用于测量每个火道的零压点,为控制提供参数。
炭块编组、清理系统
炭块通过设置在输送线上的编组运输机将炭块按每7块一组共2组14块进行编组,编组后的生块经焙烧多功能天车一次吊2组14块运至装炉作业区。
处理量:
60块/h。
特点:
机械化、自动化水平高。
炭块清理机组是对焙烧的阳极碳块采用机械刮削办法清理,共对焙烧炭块5个面的清理操作。
清理后可根据要求对炭块进行开槽处理。
处理能力:
30块/h。
5.3.7焙烧炉烟气净化
焙烧炉排出的烟气含有粉尘、焦油、氟化物和硫的氧化物,必须经净化后方能排空。
敞开环式焙烧炉烟气净化采用当今最先进的烟气排放控制技术,即干法净化,用氧化铝吸附焦油和氟化物。
该工艺的特点是流程简单,对氟、焦油净化效率高,且没有二次污染。
来自焙烧炉含有害物的烟气首先进入干底式冷却塔喷雾降温,将烟气温度降至90±5℃,而后进入气固反应器,在此烟气与加入的新鲜氧化铝及循环氧化铝充分接触、反应。
而后进入袋式除尘器进行气固分离,吸附后一部分氧化铝从溢流口进入气力提升机,提至返回氧化铝料仓,供电解车间使用,一部分氧化铝进入反应器进行再循环,净化后的气体经主排烟机由烟囱排入大气。
烟气在冷却塔内喷雾降温,水的雾化是通过特制的喷嘴用压缩空气将其雾化,水的喷入量是随烟气温度的变化自动调节,而压缩空气的用量及压力是随水量及水压相应自动调节。
当净化中心维修或出现故障时,在控制系统的控制下,净化中心自动切断,烟气通过副烟道经烟囱排入大气。
焙烧炉
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- 第四册 预焙阳极生产工艺2 第四 阳极 生产工艺