全電流不停電啟、停槽技術(shù)的研究與應(yīng)用

郭保軍　王新元

摘要：針對電解鋁生產(chǎn)過程中新槽啟動需要系列停電，超溫波動，產(chǎn)量減少，陽極效應(yīng)增多等的缺點(diǎn)，研制開發(fā)出全負(fù)荷不停電啟動裝置，起到節(jié)約資源，提高效益的目的。

關(guān)鍵詞：全電流 啟停槽 節(jié)能

中圖分類號：TF4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1673-1069（2009）02-0000-00

0 引言

電解鋁生產(chǎn)，一般都采用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法。該法是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)，以碳素體做兩極，然后在電解槽內(nèi)通入強(qiáng)大的直流電。在940~960℃溫度下，在電解槽內(nèi)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，在陰極上析出鋁，陽極上產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳的混合氣體。電解過程中還產(chǎn)生大量的煙氣及粉塵，直接排入大氣會對環(huán)境造成污染。電解槽煙氣采用干法煙氣凈化及氧化鋁超濃相輸送工藝。該工藝采用氧化鋁做吸附劑，吸附電解煙氣中的氟化氫以凈化有害氣體。吸附后的氧化鋁除一部分做為吸附劑循環(huán)使用外，其余全部通過氧化鋁超濃相輸送系統(tǒng)輸送到電解槽的料箱中，供電解生產(chǎn)使用，凈化后的煙氣排入大氣。

1 陽極效應(yīng)及對電解槽的影響

陽極效應(yīng)是鋁電解生產(chǎn)過程中陽極上發(fā)生的現(xiàn)象，其效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)既有正面影響，也有負(fù)面影響。

1.1 陽極效應(yīng)的正面影響：①有利于電解質(zhì)中炭渣的分離；②可以使黏附在陽極表面上的炭渣得到清理；③有利于熔化槽底的沉淀。

1.2 陽極效應(yīng)的負(fù)面影響：①發(fā)生陽極效應(yīng)時，陽極上會產(chǎn)生碳氟化合物氣體CF₄和C₂F₆，并進(jìn)入大氣。雖不對大氣的臭氧層有破壞作用，但它們是很強(qiáng)的溫室效應(yīng)氣體，CF₄和C₂F₆溫室效應(yīng)分別是CO2氣體的6500倍和9200倍；②陽極效應(yīng)會熔化槽幫結(jié)殼，使電解質(zhì)分子比增加；③陽極效應(yīng)會增加電能消耗，提高電解質(zhì)的溫度；④陽極效應(yīng)會增加鋁的損失（特別是當(dāng)使用鼓入空氣或插入木棒的方法熄滅陽極效應(yīng)時）；⑤陽極效應(yīng)時，使陽極底表面附近電解質(zhì)溫度大幅升高，從而大大增加氟化鹽的揮發(fā)損失。由以上可以看出，鋁電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)對鋁電解槽的負(fù)面影響大于正面影響。因此，先進(jìn)的鋁電解生產(chǎn)技術(shù)是努力降低電解槽陽極效應(yīng)系數(shù)，一旦發(fā)生，要盡可能縮短效應(yīng)時間。

2 問題提出

生產(chǎn)中，所用電解槽采用低壓大電流直流電源供電，且多臺電解槽串聯(lián)，而電解鋁生產(chǎn)要求定期或不定期將一臺或多臺槽停電大修。在一百多年的電解鋁生產(chǎn)歷史中，目標(biāo)電解槽停電或通電時，只好將全系列斷電，即其它非目標(biāo)電解槽也需在這個時間內(nèi)停止供電。這不僅會影響整個系列電解槽的生產(chǎn)管理，降低槽壽命；這種大負(fù)荷波動極易對電網(wǎng)安全運(yùn)行造成危害。對于鋁電合一的電解鋁企業(yè)，還導(dǎo)致發(fā)電量降低、能耗大幅度增加；而且將目標(biāo)槽短路后再斷開和接入的方式，由于系列電流太大，直接短路操作會產(chǎn)生能量很高的直流電弧，甚至可能引起爆炸，威脅人身和設(shè)備安全。頻繁停、啟槽會使槽溫波動，減少產(chǎn)量，隨之帶來的是槽內(nèi)條件變化，陽極效應(yīng)發(fā)生，使消耗增高。因此，尋求系列槽不停電停、啟槽技術(shù)的開發(fā)研究從來沒有停止過，但始終沒有找到很好的解決辦法。

3 可行性分析

290kA電解槽以往通槽都將負(fù)荷壓到10kA后，再進(jìn)行短路口操作（操作時，短路口的電壓降到2V以下）。如果用兩個氣缸頂住短路口10個接觸面中的4個（相當(dāng)于4個大分流），同時再增加小分流的數(shù)量，這樣，短路口其余6個面的壓降就相當(dāng)小，人工操作即可將其打開，然后，用氣缸把壓住的4個面也打開，就能實(shí)現(xiàn)對電解槽不停電通槽。可采用不壓負(fù)荷的通槽方法。

3.1 分流量的大小按50%進(jìn)行計算。

3.2 氣缸的選型：行程>100mm 拉力>1000kg/cm²工作壓力>0.6MPa。

3.3 將裝置接上氣源、電源，在未接入母線回路的槽上進(jìn)行動作試驗(yàn)，觀察動作是否良好。

3.4 在準(zhǔn)備通電的槽上加裝大分流，安裝好裝置，將負(fù)荷壓到200kA，觀察效果是否良好。如不打火花且沖擊電壓在2.5V以內(nèi)，則進(jìn)行第2次實(shí)驗(yàn)；將負(fù)荷壓到250kA，再次觀察，沖擊電壓在2.7V以內(nèi)；可以進(jìn)行第3次不壓負(fù)荷，沖擊電壓在2.8V以內(nèi)，短路口不再出現(xiàn)火花，即證明實(shí)驗(yàn)成功。

4 應(yīng)用后的效益分析

4.1 節(jié)能效果（減少效應(yīng)） 在應(yīng)用不停電啟動電解槽技術(shù)前，電解槽啟動和停槽均需要系列停電或降低系列負(fù)荷（降至10kA）后再進(jìn)行操作，每一次操作需要30min。這不僅影響系列運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成減產(chǎn)，又增加了陽極效應(yīng)。每次啟動至少增加效應(yīng)30個。這里所謂效應(yīng)系數(shù)，定義為每天（24h）發(fā)生陽極效應(yīng)的頻率（次數(shù)）；每個效應(yīng)電壓升高30V；效應(yīng)時間為6min。電解槽設(shè)計壽命為1500~1800d，就是說，電解槽至少每5a需要重新砌槽一次。意味著每年有20%的電解槽要停槽大修重新啟動。不停電通槽技術(shù)操作已經(jīng)作為一項(xiàng)工藝規(guī)程編入了公司技術(shù)規(guī)范，在以后的電解生產(chǎn)中熟練應(yīng)用。公司現(xiàn)有268臺電解槽，每年的停槽大修量有54臺，每年要進(jìn)行不停電操作108次，每年節(jié)約電耗：

單槽啟動節(jié)電：290×0.1×30×30=26100kWh

大修啟、停槽節(jié)電：26100×108＝2818800kWh（１）

新槽啟動節(jié)電，則：26100×184=4802400kWh（２）

（１）+（２）＝7621200kWh

折合標(biāo)煤：7621200×0.35/1000=2667.42t

4.2 增產(chǎn)效益 如停電通槽或降負(fù)荷通槽的每天按30min計算，平均電流按150kA，電流效率按93%計算，與不降負(fù)荷通槽相比，則少產(chǎn)鋁為：(290kA×0.3356g/A.h×0.5h×184臺×0.93-150 kA×0.3356×0.5h×184臺×0.93)×46次=184.92t。

每噸按2萬元算，不降負(fù)荷通槽多出產(chǎn)值：

184.92×20000=3698400元

若把全電流不停電啟、停槽技術(shù)在全國進(jìn)行推廣普及應(yīng)用，其效益非常巨大。

5 結(jié)語

要使鋁電解生產(chǎn)取得很好的性能指標(biāo)，不僅要保持技術(shù)條件的平穩(wěn)性，而且要建立良好的熱平衡，同時，要最大限度減少無效電壓，提高電流效率，以有效降低噸鋁電耗。平穩(wěn)的電解生產(chǎn)是各項(xiàng)技術(shù)條件綜合作用的結(jié)果，各項(xiàng)技術(shù)條件之間存在著一定關(guān)系。某一項(xiàng)條件發(fā)生變化，其他條件也會隨之改變，并且發(fā)生病槽后電流效率下降，電耗增高。所以，確保技術(shù)條件的平穩(wěn)性，最大限度提高電流效率，可以很好降低噸鋁電耗。全電流不停電啟、停槽技術(shù)的成功應(yīng)用是電解鋁生產(chǎn)工藝的一次突破。