1、 目目 录录 前言前言 1 1 节能降耗的背景节能降耗的背景 1 2 铝电解生产与能源消耗现状铝电解生产与能源消耗现状 1 2.1 铝电解产量铝电解产量 . 1 2.2 单位产品能耗高、能源消费快速增长单位产品能耗高、能源消费快速增长 1 2.3 电能在铝电解中的地位电能在铝电解中的地位 2 3 节能降耗的主要方法节能降耗的主要方法 . 4 3.1 降低槽工作电压降低槽工作电压 4 3.2 降低效应系数降低效应系数 . 5 3.3 降低热损失降低热损失 6 3.4 延长槽寿命延长槽寿命 . 6 4 工作电压与电流效率工作电压与电流效率 . 7 4.1 极距与电流效率极距与电流效率 7 4.2
2、降低线路压降降低线路压降 . 7 4.3 降低效应分摊电压降低效应分摊电压 8 4.4 降低平均电压措施降低平均电压措施 8 5 其它措施及前景其它措施及前景 . 8 5.1 先进的节能方法先进的节能方法 8 5.2 其它措施其它措施 9 5.3 节能的前景节能的前景 9 结结 语语 9 总结与体会总结与体会 错误!未定义书签。 谢辞谢辞 . 错误!未定义书签。 第 1 页 共 11 页 前言前言 电解铝是用电大户, 电耗占吨铝成本的 40 %左右,做好电解工艺和动力用 电方面的节能降耗工作,降低吨铝综合交流电耗可有效提高铝电解的经济效益。 我们应该开展多种形式的节能宣传活动, 以科学发展观为
3、指导,以提高和优化能 源利用率为目标,按照减量化、再利用、资源化的原则, 实现以尽可能少的能源 消耗和尽可能小的环境代价,获取尽可能大的经济和社会效益, 建设资源节约型 和环境友好型社会, 坚持技术创新、 技术改造节能与技术管理节能并重的原则, 加大技术创新、 技术改造节能的投入力度,强化技术管理节能为主的节能战略. 铝电解槽的电耗，只与电解槽的平均电压和电流效率两个因素有关，若要降低吨 铝直流电耗，必须降低电解槽工作电压或者提高电解槽电流效率，在两者之间取 个平衡点，在尽量不降低电流效率的情况下， 电压最低， 能耗最小。从而达到 目标。 1 1 节能降耗的背景节能降耗的背景 中国铝工业正面临
4、越来越大的资源、能源和环境的压力，电耗环保已成为影 响中国电解铝工业可持续发展的关键因素 在今后相当长的一段时期内，节能降 耗和环保将是中国电解铝技术发展的主旋律 。铝电解节能降耗是铝电解行业的 一个重要方面。在后危机经济和铝工业进入微利时代比拼成本的今天，节能降耗 在企业战略管理中的地位越来越重要， 铝电解企业应以提高和优化能源利用率为 目标，按照减量化、再利用、资源化、的原则，不断加大节能技术创新 技术改 造的投入力度，强化节能技术管理为主的节能战略，以获取尽可能大的经济和社 会效益。 2 2 铝电解生产与能源消耗现状铝电解生产与能源消耗现状 2.1 2.1 铝电解产量铝电解产量 随着国民
5、经济的快速发展，我国已成为世界有色金属生产大国和消费大国， 2005 年 10 种常用有色金属产量为 1635 万吨，连续 4 年居世界第 1 位。 其中原 铝产量达 780 万吨，已成为世界铝生产大国。 2.22.2 单位产品能耗高、能源消费快速增长单位产品能耗高、能源消费快速增长 目前我国有色金属行业单位产品能耗达 4.76 吨标煤，远高于钢 1.7 吨标煤、 水泥 0.27 吨标煤的标准，2005 年行业总能耗约占全国能源生产总量的 3.48%； 其中铝的能耗又占行业总能耗的70%。 2005年780万吨铝耗电1170亿千瓦时， 约 占全国发电量的 5% ； 我国有色金属单位产品能耗比国
6、际先进水平约高 15%左右。 因此，要实现国家提出的在 “十二五” 万元国内生产总耗下降到 0.98 吨 标准煤，比 “十一五” 期末降低 20%的目标，年节能率达到 4.4%的总目标，并 第 2 页 共 11 页 要求重点行业主要产品单耗总体达到或接近本世纪初国际先进水平。 铝电解行业 在有属行业中更是肩负着节能降耗的重要责任。铝电解的能源消耗，主要是水、 电、风、气的消耗，节耗途径也主要是从这几方面开展。 2.32.3 电能在铝电解中的地位电能在铝电解中的地位 电能是铝电解主要的成本构成部分， 目前生产 1 吨铝需要 13000 度 15000 度的直流电，电能消耗占到吨铝成本的 45%左
7、右，节电工作显得尤为重要。 目前国内铝行业电耗与国外的电耗差距较大， 当前国内电解铝交流电耗平均 水平为每吨铝耗电 1.46 万千瓦时左右，比国际先进水平每吨铝耗电高出 400 千 瓦时。国内电解铝吨铝电耗高的原因主要是电流效率低下以及阴极电压降偏高， 目前国内电解铝电流效率多数在 91%93%之间，平均电压在 4.2 伏左右。 要节 约电能，最主要的工作就是要降低平均电压和提高电流效率。降低平均电压的组 成包括工作电压和分摊电压，分摊电压最主要是效应分摊电压；工作电压就是槽 电压，槽电压是由分解电压、阳极过电压、阳极电压降、阴极过电压、阴极电压 降、电解质电压降和母线电压降等部分组成，除分解
8、电压外，可以通过降低阳极 过电压和阳极电压降、降低阴极过电压和阴极电压降、降低电解质电压降、降低 效应分摊电压、降低工作电压的控制方式实施。 电解槽的阳极过电压在 0.40 伏0.5 伏左右，降低阳极过电压的途经大概 有三种：降低阳极电流密度、添加碱土金属的卤化物（氯化锂、氟化锂、氯化钠 等） 、增大氧化铝浓度。 现国外已普遍使用开沟槽的阳极， 让阳极气体从沟槽集中排放而减少附着在 阳极底掌的气泡，从而降低阳极过电压，效果明显。一般可降低电压 10 毫伏 20 毫伏。阳极电压降由碳块本身电压降、导杆钢爪焊接压降和钢爪碳块接 触压降组成。碳块本身的导电率决定了碳块的电压降，目前国内碳块电阻率提升
9、 的空间不大。节能型钢爪的使用取得了一定的效果，近几年国内电解厂通过使用 节能钢爪，降低阳极压降 20 毫伏左右。根据电流强度和阴极电流密度不同，阴 极过电压从 30 毫伏100 毫伏不等，但在温度和电流强度一定的情况下，阴极 过电压的变化较小，可以不必考虑。降低阴极压降的研究起步较早，主要是使用 石墨化、高石墨质阴极碳块代替普通碳块做阴极，也在使用硼化钛涂层或硼化钛 复合碳块方面作了大量的研究，国内某研究院起步较早，在对硼化钛复合块和石 墨质（石墨化）阴极的研究上，经验较为丰富，使用试验阴极的电解槽，炉底压 降比使用普通阴极的低 50 毫伏以上，吨铝节电达到 150 度。 使用全石墨化碳块作
10、阴极材料，其炉底压降最低，但是全石墨化阴极的抗腐 蚀性能较差，目前多选择高石墨质碳块（含石墨 30%左右）和硼化钛复合块作为 阴极材料，在节能和抗腐蚀方面都可以兼顾。除了碳块本身的压降以外，阴极压 降还包括了阴极钢棒压降和碳块钢棒接触压降。 阴极钢棒的压降随着使用时间 的推移会逐步增大；钢棒碳块接触压降主要取决于安装条件和使用年限，使用 年限越长，碳块变形越大，接触压降越高。防止碳块隆起或尽量拖延隆起时间的 到来是很有必要的、主要是从焙烧启动、正常期的技术条件管理来控制。降低电 解质压降的工作与技术条件的完善和控制系统的优化是联系在一起的， 通过控制 系统优化，保持较低的氧化铝浓度，同时在技术
11、条件方面保持合适的分子比，增 加电解质的导电率，在一定程度上降低了电解质电阻，也降低了电解质电压降。 研究表明，碱金属的氯化物和氟化物会改善电解质熔体的导电性能，尤其是氟化 第 3 页 共 11 页 锂对于改善熔体的导电性的效果是相当显著的，但氟化锂价格昂贵。一般说的锂 盐是指碳酸锂，国内某公司在电解质中添加锂盐，并进行了系统的升级改造，铝 液直流电耗降到了每吨铝达 1.3 万千瓦时左右的较好水平。 降低母线电压降， 这 部分电压降取决于母线设计、母线电流密度和母线长度，在设计一定的情况下， 焊接质量是一个决定性的因素，加强焊接质量是降低这部分压降的关键。许多单 位进行了降低卡具接触压降（铝铝
12、压降 ）的研究母线清灰是各个铝厂常用的 方法，更换阳极过程中，新极上槽前清刷阳极导杆和压接处阳极母线，在一定程 度上降低接触压降但降低卡具压降工作主要还是依靠技术进步， 经过长期的改进 卡具压降从上个世纪的 20 毫伏30 毫伏降到 10 毫伏以下，近几年新上马的大 型预焙电解槽卡具压降在 5 毫伏左右；某公司进行了清洗导杆的研究，卡具压降 从投产初期的 15 毫伏20 毫伏降到目前 5 毫伏 6 毫伏。 降低效应分摊电压有 两条途经，一是降低效应系数；二是降低效应持续时间，或者在降低效应系数的 同时降低效应持续时 间。 目前国内大型预焙铝电解槽效应系数多数在 0.2 次/槽 日0.3 次/槽
13、 日 左右，也有一些企业的效应系数降到 0.1 次/槽 日。效应持续时间也随着人们 对效应认识的加深在逐步缩短。以前，人们还习惯于用分钟来计算效应时间，当 时的效应持续时间多在 5 分钟以上，近几年效应持续时间都以秒钟计，效应持续 时间多在 150 秒左右。效应系数从 0.3 次/槽 日降到 0.1 次/槽 日的同时把效 应持续时间从 300 秒（5 分钟）降到 150 秒，可以降低分摊电压 17 毫伏，吨铝 节约电耗 50 度以上。下表是以 25 伏效应电压和 93%的电流效率计算的两种不同 的效应系数和效应持续时间所对应的电耗情况： 表：不同效应时间和效应系数的电耗比较类型表：不同效应时间
14、和效应系数的电耗比较类型 1 1 类型类型 2 2 差值差值 类型类型 1 1 类型类型 2 2 差值差值 效应系数效应系数 （次（次/ /槽槽 日）日） 0.30.3 0.10.1 0.20.2 效应持续时间效应持续时间 （秒）（秒） 300300 150150 150150 效应分摊电压效应分摊电压 （mvmv） 20.820.8 3.53.5 17.317.3 效应消耗的直流电量效应消耗的直流电量 （kwh/tkwh/t- -AlAl） 66.666.6 11.211.2 55.455.4 除了以上的研究，直接降低设定电压是降低工作电压的最直接的方法。目前国内 160 千安以上大型槽的设
15、定电压最低的降到了 4.05 伏。但降低设定电压受很多 条件的限制，电解质成分、控制系统的先进程度、当前的极距状况等因素都会制 约降低设定电压，如果不考虑条件就简单地降低设定电压，会造成极距过低，二 次反应加剧，大大降低电流效率，并且出现温度虚高，但分子比低的现象，导致 电解槽异常，最终的结果反而是增加电耗。在降低工作电压的所有工作中，保持 电解槽的稳定应该是至关重要的，控制电解槽平稳运行，减少电压摆是关心的重 点，如果电解槽出现电压摆，势必要通过提高设定电压来消除电压摆，但升高设 定电压会导致电解槽能量输入增加，使得电解槽炉帮溶化，电流效率降低，使得 电耗进一步增加。提高电流效率是各个铝厂追
16、求的目标，对电流效率的探讨也比 较深入。 近几年电流效率的提高主要是依赖控制系统水平的提高和电解质成分的 变化。 国内电解槽控制系统的发展，由最初的人为加料到集中加工再到勤加工少 第 4 页 共 11 页 下料到后来的浓度控制、智能控制、模糊控制、自适应控制发展到近几年兴起的 双平衡控制，管理方式也由粗放式管理到经验管理、槽况诊断、效应管理、标准 化管理的过程，电流效率从 21 世纪初期的 92%逐步提高到目前的 93%以上。电解 质成分的变化也在研究电流效率的同时兴起， 添加锂盐或者镁盐以降低电解质初 晶温度和过热度来达到提高电流效率的目的，国内已有在电解质中添加锂盐（浓 度控制 1.5%左
17、右） ，并优化了控制系统，使其电流效率达到了 95%。 研究表明， 200kA 大型预焙铝电解槽能量空耗的渠道主要有：热损失占 76%，电流效率损失近 10%，母线电压降占 13% 其中电耗是电解生产一个极为重 要的技术经济指标，降低电耗对指标完成和成本的控制非常重要根据公式： W=103V/0.3355 其中：W 电耗率， kW h/t-Al； V 电解槽平均电压， v； 电流效率， 故降低 电解槽平均电压和提高电流效率都能降低单位产品铝所需的电能消耗量。因此， 对于预焙电解槽来说， 节能降耗的途径主要通过降低电解槽工作电压和提高电流 效率来降低电耗。 3 3 节能降耗的主要方法节能降耗的主
18、要方法 3.1 3.1 降低槽工作电压降低槽工作电压 降低电解槽平均电压电解槽的平均电压由工作电压、 效应均摊电压和母线均 摊电压组成；工作电压由分解电压、电解质电压、气泡电压、阳极组电压、 阴 极电压和母线电压组成。 1.电解槽分解电压。 电解槽的分解电压由电解反应的反电动势、 阳极表面过电压、 阳极浓差过电压、阴极浓差过电压组成。电解槽分解电压一般在 1.65V 1.7V 之间。前三者主要和极距、电解温度、氧化铝浓度、电解质成分、阳极电流密度 等相关， 一般变化不大， 几乎无人为可操作的下降空间。阳极表面过电压受气 泡、阳极形状、 阳极电流密度影响较大，阳极电流密度增大，阳极表面过电压 会
19、增大；在特定的阳极电流密度下，阳极开槽会有效降低阳极表面过电压。2. 电解槽电解质电压。电解槽的电解质电压，即极距电压，一般在 1.3V 1.8V 之间，主要受电流强度、电解质温度、电解质成分、极距高低影响。电流强度。 在极距、 电解质成分和电解温度恒定的情况下， 电解质的电阻率和电阻是恒定 的， 电流强度越大，极距压降越高。电解质温度。在极距、电解质成分和电解 强度恒定的情况下，电解质温度越高，电解质的电阻率越小，极距压降越低。电 解质成分。电解质成分主要影响电阻率。在我国，由于氧化铝矿石的生产工艺技 术不同，不同电解铝厂的电解质成分也不同。北方的大部分电解铝厂，电解质中 LiF 最多可富集
20、到 3%， KF 也可富集到 3%，这对提高电解质的导电率，降低极距 压降有益，但 LiF 和 KF 的存在，也会大大降低电解质的初晶温度，还会影响到 分子比的化验分析，对热平衡控制影响很大。极距高低。极距越高，电解槽越易 操作和受控，但电解质电阻大，极距压降高。我国电解槽极距一般控制在 4.5cm 5.5cm，国外铝电解槽极距一般控制在 3.5cm 4.5cm。在电流效率不 变的情况下， 极距越低，电解槽节能效果越明显。国内 90 年代后期开始设计的 160kA 400kA 电解槽，一般采用大面多点进电、非对称母线配置，对槽内熔池 的磁场进行充分的平衡。降低槽工作电压的实质是降低电解质的压降
21、 已知电解 第 5 页 共 11 页 质压降占槽电压的 35% 40%， 它同极距 电流密度电解质的电阻率 阳极浸入电 解液的深度等因素有关缩短极距减小电流密度增大电解质的导电性增加阳极浸 入电解液的深度，都有助于减小电解质压降 从经济效益的角度来看，减小电流 密度和增加阳极浸入电解液的深度会对产品的产量和质量带来影响， 因而应慎重 考虑 故生产中较有价值的做法为适当缩短极距并增大电解质的导电性以减小电 解质电压降缩短极距的方法为设定工作电压下调， 但是由于单纯缩短极距有影响 电流效率 电解槽稳定性变差等负面影响，故必须和增强电解质的导电性一同实 施，才可达到既降低了工作电压又不对电解槽的稳定
22、生产形成影响的效果.由于 电解质的导电性与电解质温度和电解质分子比密切相关， 因此降低槽工作电压的 关键是槽温和分子比的控制。 添加 NaF 有利于提高电解质的电导率， 而添加 AlF3 则相反 因此，分子比较高的电解质导电性好，适当地提高分子比才可能使槽子 较低的工作电压下较平稳地生产 另外，从电解温度看，适宜的槽温对于溶解氧 化铝 改善电解质的性质有很大的帮助，槽温偏低时，氧化铝的溶解度降低，炉 底状况变差；槽温偏高时，电解质的活性好，溶解氧化铝的能力较强按照以上思 路，降低工作电压的工作首先从 提高分子比入手 为此，应该改变了氟化铝的投放方式，净化车间停止配氟化铝， 改为全部由电解车间利
23、用槽上料箱对各槽进行按需配料，实现了氟化铝精配料， 从而提高了分子比的合格率（合格率范围 2.25- 2.55） 在基本上消除了低分子 比和低温槽后，进行了稳步降低工作电压的工作 . 目前，槽工作电压较投产初期降低了 50mV 左右，基本上达到了设计值 4.124V，一些新槽的工作电压保持在 4.08 4.10V 间，槽运行状况良好由于槽工 作电压的降低吨铝节电约 160kWh/t 值得注意的是，电解槽是一个综合性的系 统，各技术条件的改变必将互相影响 槽温和分子比升高后，相对原有平衡要建 立新的平衡 在这个过程中， 值得关注的技术条件是铝水平 铝水平不应随工作电 压的降低而降低，而应维持现状
24、或略有增高，以抑制电压降低后由于炉底的不良 情况对阳极工作状态的影响 另外， 工作电压降低 槽温和分子比升高对于操作质 量提出了更高的要求换极操作尤其重要，要力求达到阳极底掌在同一水平面上 其次，炭渣打捞工作也很必要，否则，存在于电解质里的炭渣会使电解质的电阻 率增大对于现有的 200kA 预焙铝电解槽来说，工作电压的降低是有限度的 由于 电解质中并未添加锂盐等提高电解质导电度的成分， 以及国内阳极质量对电解质 性质的影响较大，因而提高分子比增强其导电性的幅度不宜过高，否则不利于槽 况的平稳， 况且实际中换极质量也有差距， 所以， 目前在降低工作电压的过程中， 仍然需要不断进行技术条件的匹配和
25、优化，摸索进一步降低工作电压的途径 换 句话说，通过降低工作电压来达到降低原铝电耗的目的是可行的. 3.2 3.2 降降低效应系数低效应系数 多数阳极效应的发生主要与氧化铝浓度有关， 如何把氧化铝浓度控制在比较 低的较窄的浓度,理论上在等效应时，根据效应距今时间长短逐步拉大实际加料 间隔，直到效应发生，进入下一周期由于控制算法误差较大，对氧化铝浓度的控 制不够精确，造成浓度效应偏多 此为了进一步达到控制效应的目的，对效应控 制算法也进行了改进第三电解厂对氧化铝浓度控制算法进行了优化，采取 激励 反馈 机制来控制氧化铝浓度，这种机制保证了电解槽能长期处在低浓度区，使 氧化铝浓度的控制精度达到了预
26、期的效果 同时引入柔性等待机制 效应控制方 第 6 页 共 11 页 式，当时间到达一定后，要视氧化铝浓度而定，如果浓度较低，电阻爬升的高度 合适， 就立即停料进入， 否则， 继续将 N1 拉伸， 直到满足条件再停料等待效应 这 种办法有效的提高了效应等待率改进后，我们将 N1 阶段从原来 120 144h 延长 至 400h，这在理论上可以将效应系数降低到 0.08 次 / 槽.日，通过实践证明 改进后的控制系统大大提高了效应的可控率，效应的可控率达到了 80 ，效应系 数从原来的 0.15 次 / 槽 日降低到 0.08 次/ 槽 日以下. 为了进一步做好降 低效应系数工作，我们将原来的效
27、应持续时间由 4 8 分钟缩短为 3 分钟以内 目前，效应时间大部分都控制在 3 分钟以内采取以上措施后，阳极效应系数明 显降低，取得了较好的效果。 3.33.3 降低热损失降低热损失 铝电解槽热损失占能量空耗的 76 ，其中上部结构占 51.09 ，而氧化铝壳 面和炭块表面分别占 13.52 和 14.66 ，它们总和占 28.18 ，占上部总热损失 的 55 ，因而降低壳面上的热损失是提高能利用率的有效措施 因此主要是在更 换阳极添加保温料 大面整形等操作时加强壳面的保温工作 具体做法是， 在新极 与四天前安装的阳极之间，添加极上保温料约 200 250kg，给四天前所换的阳极 补足极上保
28、温料，用铝耙整形，要求平整，使钢爪窗口露出 2 4cm，即保持阳极 上氧化铝高度在钢爪的三分之二处，盖好槽盖板；大面整形时，应把较高的老壳 用墩子轻敲下去（不能破坏侧部） ，并用破碎块填补好冒火处，再加适量的保温 料（一般为 16 18cm） ，并使阳极外侧边沿与炉面形成 60 左右的自然斜坡，清 扫出压铁即可。 3.4 3.4 延长槽寿命延长槽寿命 由于铝电解槽的阴极材料直接与高温电解质熔体和熔融铝液接触， 其内衬材 料的质量和内衬砌筑工艺技术直接影响到电解槽的运行效果和槽寿命 因此选用 具有抗腐蚀性 氧化性强 耐高温冲击性强和导电率高的内衬材料和改进筑炉工 艺 提高筑炉质量及优化电解工艺对
29、于延长电解槽槽寿命，提高电流效率，至关 重要,具体做法如下: （1）向底块中添加无烟煤和石墨材料改善底块质量，因为它们在钠的作用下 最稳定； （2）提高槽底安装质量，特别是提高槽底最弱的捣固缝质量； （3）保持均匀加热槽底的焙烧和启动条件，槽底表面温度在启动前不低于 950 ，因为在该温度下，钠与碳的化合物剧烈分解，减少了钠对槽底的作用； （4）启动时，添加能浸润槽底的氟化钙和氟化钠，以减少钠对槽底的有害作 用； （5）提高槽壳的强度，特别是提高槽壳上部翼缘的强度，以及无底槽基础的 强度和热稳定性，减少槽底的变形； （6）电解温度制度平稳（短时间的冷却和过热对槽底影响很小，但是长时间 停槽后的
30、预热导致内衬中裂缝的扩展，使槽底和槽壳的变形加剧，引起过早的停 槽大修； （7）保证电解过程中的熔体水平（即铝的电解质的总高） ，以使电解槽侧壁始 第 7 页 共 11 页 终有电解质覆盖否则，熔体有通过内衬漏出的危险性 。 4 4 工作电压与电流效率工作电压与电流效率 理论上说,降低电解槽电耗只有通过降低电压与提高电流效率两方面入手。 在电流效率不变的情况下,降低电压是唯一降低电耗的途径。电解槽工作电压主 要包括阳极压降、 极化压降、电解质压降、 阴极压降、 母线压降、 接触压降 等。 对于正在生产的电解槽来说, 除了电解质压降之外的压降降低空间很小。它 的大小主要取决于极距与电解质导电率,
31、而导电率变化很小。 所以,通过降低极距 可以达到降低电压的目的。实践证明, 极距下降 1 c m, 电压同比下降约 300mV, 效率不变的情况下,可以实现吨铝节电 894 kW h。 上世纪 70 年代末、80 年代 初,法国 Auzat 公司 90 kA 边部下料槽平均电压为 3.87 V,电流效率 89.9 % , 日本昭和公司 160 kA 中间下料槽平均电压 3.95 V, 电流效率 88 % , 上世纪 80 年代末我国引进的日轻 160 kA 预焙槽,操作基准给定设定电压 3.85 4.0V, 电流效率 87.5 % 。 4.1 4.1 极距与电流效率极距与电流效率 极距: 3.
32、7 4.5 cm。极距是指阳极底掌到阴极铝液镜面之间的距离。在其 他条件不变的前提下, 增加极距能使电流效率提高,电流效率的表现是最初增 加快,随着极距的进一步增大, 增加缓慢, 以致最后不再变化。反之, 随着极距 降低, 电流效率也随着降低, 当极距低于某一个数值时电流效率急剧下降。 因此, 如何能保证不损失电流效率, 又能把极距压缩下来是问题的关键。根据挪威 SRolseth等人在 205 kA 电解槽上测量的实际数据表明,极距的极限值是 23 cm, 但是近现代先进的电解槽由于磁场设计或补偿较好,使得这样的电解槽可以在低 极距的条件下获得不低的电流效率,极距保持在 4 c m 与在 6
33、cm 生产条件下, 电解槽生产电流效率基本没什么变化。 工业铝电解槽吨铝的直流电单耗, 与电解槽的平均电压和电流效率两个因 素有密切关系, 电流效率的提高哪怕是 1 %也是相当困难, 因此我们主要从降 低平均电压进行挖潜来降低电解生产过程中的电能消耗,我们目前主要采取的措 施是通过保持合理的工艺技术条件, 使槽况平稳, 加强日常操作质量,同时优化 改进电解槽计算机控制参数。 继续加强节能降耗工作,要做好工艺节电工作,主要 是降低电解槽平均电压,应从以下几个方面挖掘潜力,寻求可节电的空间。 4.2 4.2 降低线路压降降低线路压降 提高操作质量, 严肃工艺纪律, 降低卡具压降、 端头压降、 短路
34、口压降和 炉底压降。 使用导杆清洗剂,降低导杆和阳极垫板接触压降;使用阳极钢爪保护炭 环,降低阳极钢-炭接触压降。优化技术条件, 力争降低炉底压降值 20 mV 左右。 该厂目前炉底压降平均都在 400 mV 以上,与先进水平 350 mV 相比差距较大, 因 此, 电解车间需加强操作质量, 对炉底压降及时测量、 及时处理,将炉底压降控 制在最低的范围之内 (槽龄低于 800 d 的电解槽不得大于 380mV;槽龄在 800 1 200 d 的电解槽不得大于 400 mV;槽龄高于 1 200 d 的电解槽不得大于 450 mV )。 第 8 页 共 11 页 4.3 4.3 降低效应分摊电压
35、降低效应分摊电压 降低效应分摊电压,主要是控制阳极效应系数和效应持续时间。保证下料机 构和执行系统的正常运行,因槽制宜延长阳极效应等待周期。对停开槽时间做出 科学合理的安排,尽量减少停开槽次数,且对在停开槽时发生的效应要求及时熄 灭。 每班及时检查电解槽打壳下料系统,并根据槽况及时调整下料间隔,防止电解 槽因缺料而发生无偿的阳极效应。 加强对新开槽的管理, 将定时下料时间由原来 的 42 d 缩短为 30 d ,且将加料间隔缩短为 290 310s ,将新开槽效应系数控制 好，菊科以降低效应分摊电压。 4.4 4.4 降低平均电压措施降低平均电压措施 加强电解槽电压的巡视看管,对于工作电压持续
36、高于设定电压的电解槽及时 分析原因,从根源上进行解决;严抓电解车间阳极保温工作,形成统一的添加方法, 避免电解槽能量的无偿损失,确保电解槽能量平衡;杜绝病槽的出现,避免因病槽 产生高电压而造成的电压损失和效率损失。采取工艺节电措施后, 2007 年直流 电单耗由 2006 年全年的 13 199 kWh /A t.t 降低到 13 080k W h /A t, t 节约 直流电单耗 119 kWh /A. t, t 5 5 其它措施及前景其它措施及前景 5.1 5.1 先进的节能方法先进的节能方法 铝电解槽况诊断装置的运用。该装置由一次信号采集装置、屏蔽电缆、模数 转换器、数据采集控制器和计算
37、机组成。一次信号采集电解槽阳极导杆的等极距 电压信号，经模数转换传输到计算机，计算机将阳极电流分布、相对极距、铝液 波动等参数实时显示到屏幕上，还可以看到相关的历史曲线。通过该装置可以查 阅阳极电流分布均匀性曲线、异常工作阳极表、铝液稳定性曲线、各阳极电流分 布历史曲线。该装置有一个突出的功能是在均衡极距的作用：其做法是先降低槽 电压，对于极距低的阳极来说，对应的铝液波动必然变大，对于该处的阳极可以 适当调整后再降电压，可以使整个阳极底掌区域同一平面，达到提高电流效率的 同时降低槽电压的目的，从而实现节能。电解槽的余热利用装置。该装置主要是 利用电解槽散发的热量，首先研究热驱动热声热机的热源和
38、热端热交换器，进一 步研制余热利用热声发动机样机，再开发出余热利用热声发动机驱动热声发电 机。 利用电解槽散发的热量达到发电的目的，是与铝电解有关的一种新节能措施 的研究，目前在国内刚刚起步。熔断器的开发。停开槽是铝电解常见的作业，停 开槽的短路口操作都是在系列电流为零时进行的，每次停电的时间多则 20 分 钟30 分钟，最快的也要 5 分钟10 分钟。在停电的过程中，电解槽是不工作、 不电解的，在开始送电后，电解槽也不是立刻开始正常电解，还要消耗一定的电 能对冷却的熔体进行加热。停电也会造成电流空耗，会降低铝产量，是降低电能 利用率的一种表现。国内在 2006 年初进行了使用熔断器不停电（或
39、限电）通槽 第 9 页 共 11 页 的试验， 该方法使用了一种名为熔断器的设备， 紧固在立柱母线和短路母线之间， 直接进行短路口操作， 操作期间不停电， 电流经过熔断器导电， 不会打火花放炮。 2006 年 8 月份，某公司成功运用该技术，达到了不停电开槽。不停电开槽是节 能的另一项新举措，是充分利用电能的一种方法。一个 100 台的 160 千安系列的 电解槽，每年开 20 台槽，每次停电 10 分钟，每年将少生产铝液 300 吨。使用熔 断器后，每年可以多生产铝液，也降低了平均的能耗。槽型设计的改进。在槽型 设计方面进行改进，取消散热孔，采用单围板，有的还增加了散热片，增强了电 解槽散热
40、，以便于形成稳定的炉帮，减少侧部电流，降低电流空耗，提高电能利 用率，提高电流效率，最终起到节约电能的作用. 5.2 5.2 其它措施其它措施 （1）通过换极时勤擦母线灰 、使用导杆清洗剂、及时对弯曲 麻面等导杆进 行修正抛光等处理方式，减小卡具压降和炉底压降以及端头压降来降低电耗； （2）保持适当的效应系数设定合理的效应等待间隔 AEW （可做适当延长）杜 绝长重效应； （3）选用具有抗腐蚀性 氧化性强 耐高温冲击性强和导电率高的内衬材料和 改进筑炉工艺 提高筑炉质量及优化电解工艺对于延长电解槽槽寿命， 节能降本。 （4） 原铝质量管理过程是一个综合性的系统工作, 需要各有关部门的通力合 作
41、, 增强全员参与意识,加大原铝质量的管理和考核力度,才能使原铝质量得以 稳定持续的提高。 （5） 提高铝电解生产所用氧化铝、 阳极炭块等主要原材料质量,可有效提高 原铝质量。 （6） 加强电解槽生产管理及操作维护, 选择调整好各项技术参数, 维护好电 解槽的炉膛, 使电解槽运行稳定, 可以减少原铝质量的波动。 （7）提高电解槽筑炉质量,减少电解槽早期破损,保证电解槽长期稳定运行, 才能做到原铝质量的长期优质稳定。 5.35.3 节能的前景节能的前景 电流效率提高。随着人们对电解质成分、初晶温度与电流效率的研究不断深 入，以及控制系统的不断优化，电解槽的电流效率在不断提高，目前国内先进水 平已经
42、达到 95%，相对于 93%的效率来说，直流电耗每吨铝可以降低 280 千瓦时 左右,国内先进水平直流电耗每吨铝降到了 1.3 万千瓦时左右，随着电流效率的 研究和控制系统开发的不断深入，节能的效果将会更大。平均电压降低。目前控 制电解槽的极距已经向 4.0 厘米靠近，个别单位设定电压降到了 4.05 伏以下， 加上低于 0.05 次/槽 日的效应系数的控制和母线配置的不断优化，平均电压低 于 4.1 伏的电解厂已经不少见，直流电耗每吨铝低于 1.25 万千瓦时已经不是梦 想。 结结 语语 通过采取有效的节能措施和技术改造， 节能降耗工作是很有潜力可挖的， 只 第 10 页 共 11 页 要采用科学的管理方法，应用新技术, 对设备进行节能改造, 有方向、 有目的、 针对性地开展节能工作，就一定能达到节能降耗，增产增效的目的。 参考文献：参考文献： 1邱竹贤.预焙槽炼铝M.北京：冶金工业出版社，2005. 2杨冠群.铝电解技术问答M.北京：冶金工业出版社，2009. 3冯乃祥.铝电解M.北京：化学工业出版社，2003. 4刘业翔，李 .现代铝电解M.北京：化学工业出版社，2008.
