200 kA 電解槽新型結(jié)構(gòu)槽節(jié)能技術(shù)

供稿|楊國(guó)峰

200 kA 電解槽新型結(jié)構(gòu)槽節(jié)能技術(shù)

供稿|楊國(guó)峰

內(nèi)容導(dǎo)讀

電解鋁行業(yè)是高能耗行業(yè)，節(jié)能降耗將是中國(guó)電解鋁技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展持續(xù)不斷的主旋律。文章結(jié)合新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽在200 kA電解槽上的焙燒與啟動(dòng)、主要參數(shù)的配置分析，并與普通電解槽對(duì)比，描述了正常生產(chǎn)中存在的問題，及時(shí)有效地措施，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

能源是企業(yè)的命脈，鋁工業(yè)正面臨越來越大的資源、能源和環(huán)境的壓力，能耗與環(huán)保問題已成為影響電解鋁工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，節(jié)能降耗和環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新將是中國(guó)電解鋁技術(shù)發(fā)展的主旋律[1]。

鋁電解陰極鋁液表面的穩(wěn)定性對(duì)鋁電解生產(chǎn)來說是非常重要的。鋁液表面的波動(dòng)不僅增加陰極的表面積，相應(yīng)增加了鋁液的鏡面，增大了鋁的溶解損失，從而使電流效率降低，而且降低了極距，使那些通過降低極距來降低電壓達(dá)到降低電耗的技術(shù)應(yīng)用受到制約。生產(chǎn)直流電耗長(zhǎng)期高于噸鋁13000 kWh[2]。

新型結(jié)構(gòu)電解槽

為降低電耗，中國(guó)鋁業(yè)青海分公司于2011年引進(jìn)了國(guó)內(nèi)最新研發(fā)的新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽節(jié)能技術(shù)：將平面的陰極做成了有凸臺(tái) (與陰極表面的距離為 12 cm) 的異型結(jié)構(gòu)，凸臺(tái)起到減緩陰極表面液態(tài)鋁的流速和波動(dòng)的目的；陰極表面有兩溝一池 (導(dǎo)流溝、匯鋁溝、蓄鋁池)，將陰極上產(chǎn)出的液態(tài)鋁通過導(dǎo)流溝引導(dǎo)至中縫的匯流溝里，再通過匯流溝匯集到蓄鋁池里。同時(shí)配套有焙燒、啟動(dòng)方法和相適應(yīng)的工藝技術(shù)條件，可有效達(dá)到降低電耗、降低成本的目標(biāo)。目前 42 臺(tái)新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽平均電壓 3.802 V，平均電流效率 91.46 %，平均噸鋁直流電耗 12387 kWh。

焙燒與啟動(dòng)

以陽極炭塊作為填充物的焦粒焙燒法為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)焙燒。

將陰極炭塊用塑料薄膜封蓋，凸臺(tái)之間的兩溝用冰晶石進(jìn)行填充，然后用塑料薄膜進(jìn)行封蓋，防止在填充兩溝時(shí)冰晶石粘附在陰極表面。實(shí)現(xiàn)陰極表面相對(duì)平整，然后在平面上鋪焦粒 (焦粒不應(yīng)鋪在裝有冰晶石的地方)，以焦粒和陽極炭塊作為電阻體，通電后產(chǎn)生熱量。

新型裝爐鋪設(shè)焦粒的優(yōu)點(diǎn)：⑴ 凸臺(tái)的吸附能力較強(qiáng)，能有效減少物料進(jìn)入陽極底掌；⑵ 節(jié)約物料；⑶ 焙燒時(shí)爐膛溫度均勻；⑷ 焙燒過程中陽極電流分布均勻；⑸ 無紅鋼爪現(xiàn)象；⑹ 在拆除分流器時(shí)電壓平穩(wěn)；⑺ 啟動(dòng)時(shí)沖擊電壓不高，確保了安全；⑻ 啟動(dòng)后無過多的碳渣，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；⑼ 焙燒電壓相對(duì)較低，綜合焙燒成本有所降低。

新型槽主要參數(shù)

通過幾個(gè)月的摸索、試驗(yàn)，總結(jié)出來新型陰極結(jié)構(gòu)槽的正常管理期的技術(shù)參數(shù)見表 1。

新型陰極結(jié)構(gòu)槽對(duì)側(cè)部、角部、前后二層鋼窗進(jìn)行了保溫，目的是在較低電壓下運(yùn)行，較少熱量損失，提高電能效率的利用率。表 2 數(shù)據(jù)為 2011 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值，對(duì)新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽與普通電解槽進(jìn)行了對(duì)比分析，新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽工作電壓、平均電壓、陰極壓降較低，達(dá)到了降低電耗、降低成本的目的，特別是側(cè)部鋼窗溫度比普通電解槽低 31 ℃，確保了單槽安全和系列安全。

存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

新型結(jié)構(gòu)電解槽實(shí)驗(yàn)槽期出現(xiàn)了設(shè)定電壓與工作電壓偏離值較大，碳渣分離不良，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)陽極長(zhǎng)包，側(cè)部鋼窗溫度偏高，導(dǎo)致爐幫形成困難等現(xiàn)象。

經(jīng)過 2 個(gè)多月的生產(chǎn)實(shí)踐，新型結(jié)構(gòu)電解槽出現(xiàn)的問題逐一得到有效解決，主要措施有：

(1) 根據(jù)槽況及運(yùn)行趨勢(shì)，對(duì)設(shè)定電壓進(jìn)行有計(jì)劃分步驟控制，在槽況穩(wěn)定的基礎(chǔ)上適當(dāng)緩慢降低設(shè)定電壓，不能求快。每降低一次電壓要保持一周左右時(shí)間進(jìn)行觀察。對(duì)設(shè)定電壓高于 3.90 V 的槽前期，降低幅度為每次 5~10 mV，以每 10 d 作為一個(gè)周期進(jìn)行。電壓降至 3.90 V 以下后，按照每 10 d 2~5 mV 作為一個(gè)降低電壓周期進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)定電壓降至 3.75~3.85 V 時(shí)，要緩慢降低設(shè)定電壓值，關(guān)鍵是保證槽況要平穩(wěn)，噪聲值不能超過額定值。在降低電壓過程中一定要控制好氟鹽投放量和分子比變化，絕對(duì)不能夠用高分子比的保持來為降電壓制造不利條件。

表 1 兩種電解槽正常管理期的技術(shù)參數(shù)表

表 2 電解槽平均參數(shù) (2012 年 12 月至 2012 年 4 月的平均值)

(2) 嚴(yán)格滿足新型結(jié)構(gòu)電解槽技術(shù)條件，前期出鋁后鋁水平?jīng)Q不能低于 28 cm。在電壓能夠有效降低的前提下，盡量保持較高的鋁水平，有利于碳渣的排除。

(3) 建立新型結(jié)構(gòu)電解槽“單槽”電子檔案，主要內(nèi)容有：1) 槽溫變化及控制情況跟蹤，匹配技術(shù)條件?？刂撇蹨卦?930 ℃ 以內(nèi)。對(duì)于 930 ℃ 以上槽溫電解槽，視為病槽，第一時(shí)間進(jìn)行處理。2) 單槽下料量(氧化鋁+氟鹽料量)變化情況跟蹤。對(duì)于氧化鋁料量低于 3100 kg,以及氟鹽投放量與分子比變化相悖的，及時(shí)查找原因，進(jìn)行處理；3) 鋼窗溫度、陰極數(shù)據(jù)測(cè)量及異常問題處理跟蹤。正常槽每月測(cè)一次鋼窗溫度、陰極鋼棒溫度 (電流分布)，問題槽隨時(shí)測(cè)量、監(jiān)控。4) 原鋁質(zhì)量變化及控制情況跟蹤，尤其對(duì)鐵含量變化要引起高度重視。

(4) 做好新型結(jié)構(gòu)電解槽生產(chǎn)運(yùn)行管理及預(yù)防監(jiān)護(hù)：1) 換極時(shí)認(rèn)真摸查爐底、伸腿；2) 規(guī)范 201 槽大面整形，均勻陽極保溫料厚度，適當(dāng)清寬側(cè)部爐幫，必須清出側(cè)部壓鐵；3) 提高換極質(zhì)量，均勻陽極電流分布；4) 利用一切機(jī)會(huì)充分、及時(shí)打撈 201 槽碳渣；5) 控制技術(shù)條件，穩(wěn)定槽況，確保打殼下料，控制突發(fā) (閃爍) 效應(yīng)；6) 做好均衡出鋁控制，尤其當(dāng)鋁水平下縮時(shí)，注意控制出鋁任務(wù)量，務(wù)必確保技術(shù)條件穩(wěn)定和槽況穩(wěn)定；7) 對(duì)出現(xiàn)陰極鋼棒異常時(shí)，及時(shí)妥善處理，對(duì)陰極鋼棒發(fā)紅、鋼棒溫度持續(xù)偏高的，及時(shí)進(jìn)行切斷、分流降溫、防漏處理。

結(jié)束語

采用新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽，并在原有技術(shù)條件基礎(chǔ)上優(yōu)化了裝爐、焙燒、啟動(dòng)，達(dá)到了指標(biāo)的優(yōu)化，確保了安全。雖然在生產(chǎn)當(dāng)中遇到了一些問題，但通過全體職工的努力，都得到了有效解決。與普通電解槽相比，新型陰極結(jié)構(gòu)電解槽噸鋁節(jié)電約 700~750 kWh，達(dá)到了降低電耗、降低成本的目的。

[1] 將小林. 大型預(yù)焙槽電流分布的特點(diǎn). 輕金屬，1997(2)：25

[2] 邱竹賢. 鋁電解糟的絕緣側(cè)壁. 北京：冶金工業(yè)出版社，2005

Measures to Achieve Reduce Power Consumption of New Cathode Structure on 200 kA Electrolyzer

YANG Guo-feng

book=57,ebook=139

楊國(guó)峰 (1981—)，男，冶煉工程師，工作于中國(guó)鋁業(yè)青海分公司第三電解廠六車間。

中國(guó)鋁業(yè)青海分公司，青海 大通 810100