電解鋁系列降低電解槽停槽壓降的解析與實(shí)踐

文勝毅

（遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563100）

電解鋁系列降低電解槽停槽壓降的解析與實(shí)踐

文勝毅

（遵義鋁業(yè)股份有限公司，貴州遵義 563100）

通過對電解鋁系列電解槽停槽壓降構(gòu)成的分析，使用短接母線前后電阻理論計(jì)算對比，以及對停槽壓降降低分析，找到主要原因是停槽后過電流的槽周母線路徑過長，對過長的過電流槽周母線進(jìn)行臨時短接，實(shí)現(xiàn)降低系列停槽短路口壓降的分?jǐn)?，并最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)電能空耗損失的降低。該方法大大的降低了企業(yè)的成本，提高了企業(yè)的利潤空間，可以復(fù)制值得推廣。

電解槽停槽壓降 槽周母線臨時短接 短接母線

隨著鋁價(jià)的持續(xù)低迷和南方電價(jià)的依舊處于高位，南方許多電解鋁企業(yè)生存困難、舉步維艱。為了企業(yè)能在未來的機(jī)會中保留一絲希望，在降低總產(chǎn)量減少虧損面的前提下保持整個電解鋁生產(chǎn)線的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行顯得尤為重要，而停掉槽齡過長、生產(chǎn)運(yùn)行狀況不好的電解槽的措施是大多企業(yè)采取的當(dāng)然手段，而穿插停槽導(dǎo)致不易采取保留距離供電整流較近的區(qū)域電解槽進(jìn)行生產(chǎn)，造成正常生產(chǎn)指標(biāo)中停槽壓降分?jǐn)傊荡蠓黾樱瑢?dǎo)致噸鋁綜合電耗的上升虧損增加。針對此情況采取了對停槽壓降的構(gòu)成進(jìn)行分析，并通過采取縮短停槽后槽周母線通過電流路徑實(shí)現(xiàn)了停槽短路口壓降的大幅降低，實(shí)現(xiàn)了降低系列產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)減虧而不至于大幅增加噸鋁電耗的生產(chǎn)運(yùn)行目標(biāo)。

1 可行性分析

某企業(yè)240KA母線結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示。該電解槽為大面四端進(jìn)電，為左右對稱結(jié)構(gòu)，總共有陰極炭塊18塊，陰極鋼棒頭共A、B面各18組，共36組，分別按A1、A2、……、A18，B1、B2、……、B18表示標(biāo)示。立柱母線四根，按第1根、第2根、第3根和第4根標(biāo)示。槽底穿槽母線左右對稱各2根，共4根，彎折穿槽平衡母線各1根，共2根。

圖1 某企業(yè)電解槽槽周母線配置圖

圖2 電解槽短路口槽周母線布置圖

1.1 電解槽正常運(yùn)行時候電流路徑

電解槽正常生產(chǎn)時候A1—A7接第1根立柱短路塊經(jīng)出鋁端槽周母線、A8出來經(jīng)過彎折穿槽母線至出鋁端槽周母線與B1接到下臺槽第一根立柱；A9經(jīng)平行母線至第二根立柱母線左側(cè)短路塊和第1根直穿槽母線同時連接與第二根立柱右側(cè)短路塊接第2根穿槽母線同時連接至B2—B9匯合形成的B面槽周母線連下一臺槽第二根立柱；另外第三、第四根與第二、第一根一致。

1.2 停槽狀態(tài)下槽周母線及穿槽母線的帶電情況

停槽狀態(tài)下第4組、第15組下的穿槽彎折槽周母線無電流。

電解槽4根立柱母線如圖3所示，正常運(yùn)行時斷路口與立柱之間插上絕緣材料進(jìn)行斷路，停槽時候短接在一起，此時立柱與斷路塊之間通過螺桿進(jìn)行壓接連接。

通過圖2、圖3可以看出槽周母線距離立柱母線路徑較長，且短路口停槽軟母線高度相對較高，可以從降低這部分電流路徑著手，通過短接上一臺電解槽槽周母線與停槽槽周母線可以大幅縮短電解槽停槽后的電流運(yùn)行路徑可以實(shí)現(xiàn)降低停槽電阻最終降低停槽壓降的目的。

圖3 電解槽立柱母線示意圖

圖4 電解槽短接母線短接位置示意圖

2 使用短接母線后電阻理論計(jì)算對比

短接位置如圖4所示，第1、4根和第2、3根在立柱旁電流運(yùn)行路徑最短處用寬×高為220mm×300mm的鋁母線通過鋁液澆注連接。

2.1 未使用短接母線時電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從從立柱母線根部上經(jīng)過短路口軟連接母線繞槽周母線到下一臺電解槽第1根立柱母線。

第2根立柱：

電流從從立柱母線根部上經(jīng)過短路口軟連接母線經(jīng)過穿槽母線1和穿槽母線2到下一臺電解槽第2根立柱母線。

第1、2根立柱電阻基本一致，因?yàn)榈?根立柱與第2根一致，第4根立柱與第1跟基本一致，所以未使用短接母線時的停槽母線電阻R總-1為2.9×10-3Ω的四分之一，即R總-1=7.25×10-7Ω。

2.2 使用短接母線時電解槽停槽電阻

第1根立柱：

電流從短接母線直接連接母線繞槽周母線到下一臺電解槽第1根立柱母線。

第2根立柱：

電流從短接母線經(jīng)過穿槽母線1和穿槽母線2到下一臺電解槽第2根立柱母線。

第1、4根立柱電阻基本一致， 第2、3根立柱電阻基本一致由并列電阻公式可得：

2.3 停槽壓降降低分析

鋁電解生產(chǎn)過程運(yùn)行電流是個定值，當(dāng)電阻減小后，短路口壓降會相應(yīng)降低。短路口壓降降低數(shù)值ΔV可以由以下公式計(jì)算。

當(dāng)電流按240KA運(yùn)行時，可以算出能降低57.1mV的短路口壓降。在實(shí)踐中的完成值大于此數(shù)值，能夠?qū)崿F(xiàn)70mV左右的降低，主要原因是總共減少了8處鋁鋁接觸壓降和40處有色焊接連接點(diǎn)焊接壓降。

3 節(jié)能及經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)

該電解鋁企業(yè)當(dāng)前240KA系列生產(chǎn)槽數(shù)178臺，停槽38臺，降低短路口降低的電耗可以用以下公式算出：

總降電耗=停槽數(shù)量×單槽降低電壓×運(yùn)行電流×停槽累計(jì)小時

通過使用該短接方式可以實(shí)現(xiàn)年度節(jié)約用電559.2萬度，按照當(dāng)前運(yùn)行電價(jià)0.58元/度計(jì)，年度可降低電費(fèi)支出324.4萬元。

而需要的投入很小，就是在鑄造車間用自產(chǎn)鋁液鑄造相應(yīng)尺寸短接母線塊安裝并澆鑄到電解槽槽周母線之間就行，且該短接母線可以循環(huán)往復(fù)使用。

4 結(jié)語

通過對電解槽母線配置的研究找到了一條簡單可行的降低電解槽短路口壓降的辦法，該辦法是可以復(fù)制和值得推廣的，這為行業(yè)的發(fā)展和能耗的降低提出了切實(shí)可行的積極措施。

［1］邱竹賢.鋁電解.北京［M］：冶金工業(yè)出版社，1985.5.

［2］《電接觸理論及應(yīng)用》.華中工學(xué)院，機(jī)械工業(yè)出版社，1985，10.

圖4.1 PLC程序流程圖

（4）緊急停止。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，一按下急停按鈕，所有正在運(yùn)行的設(shè)備全部停止。

（5）安全保護(hù)。在程序設(shè)計(jì)過程中，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置多重防護(hù)，避免人身及設(shè)備事故的發(fā)生。

3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)主要由PLC、伺服驅(qū)動器/伺服電機(jī)、變頻器、觸摸屏、光電開關(guān)和電磁閥等硬件組成，結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。

3.3 變頻器

變頻器線路如圖3.2所示。

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

PLC接收系統(tǒng)中各種按鈕、開關(guān)及檢測裝置的輸入信號，根據(jù)程序和預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，控制電磁閥及繼電器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，同時通過高速脈沖輸出向伺服驅(qū)動器發(fā)出定量的脈沖數(shù)控制伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。PLC程序是整個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，其流程如圖4. 1所示。

參考文獻(xiàn)：

［1］王紅異.全自動剪板機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì).東南大學(xué)，2004.

［2］徐世許.可編程控制器原理.安徽：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000.

［3］韓星海.PROFIBUS-DP在橫剪生產(chǎn)線控制系統(tǒng)上的應(yīng)用.2004.

［4］毛躍輝.基于PLC控制的全自動剪板機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).可編程控制器與工廠自動化.