電解鋁節(jié)能降耗措施探討

陳 偉，張 寧

（國家電投寧夏能源鋁業(yè)青銅峽鋁業(yè)分公司350kA電解車間，寧夏 青銅峽 751600）

電解鋁節(jié)能降耗措施探討

陳 偉，張 寧

（國家電投寧夏能源鋁業(yè)青銅峽鋁業(yè)分公司350kA電解車間，寧夏 青銅峽 751600）

我國屬于電解鋁大國，近年來，國內(nèi)電解鋁產(chǎn)能規(guī)模不斷擴(kuò)張，但其迅猛的發(fā)展勢頭也帶來了很多擔(dān)憂。一是電解鋁下游產(chǎn)業(yè)利潤空間減小，很多產(chǎn)業(yè)被迫停產(chǎn)，造成鋁錠積壓，資源出現(xiàn)大量浪費(fèi)。二是電解鋁屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，需要消耗很多能源，會(huì)產(chǎn)生較大污染，而近年來國家大力強(qiáng)調(diào)綠色發(fā)展，這與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策相違背。為了確保電解鋁產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如何確保節(jié)能降耗成為電解鋁行業(yè)需要重點(diǎn)探討的問題。

電解鋁；節(jié)能降耗；技術(shù)

當(dāng)前，電解鋁產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大，其在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家綜合實(shí)力提升中發(fā)揮了重大作用。電解鋁屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，會(huì)排放較多廢物，電解鋁過程的節(jié)能降耗，對(duì)確保企業(yè)和整個(gè)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展來說都具有重要意義。同時(shí)，做好電解鋁節(jié)能降耗還是一項(xiàng)保護(hù)社會(huì)生態(tài)的有效舉措，本文首先分析了當(dāng)前電解鋁節(jié)能降耗的主要技術(shù)，然后提出了電解鋁節(jié)能降耗的實(shí)施措施。

1 電解鋁節(jié)能降耗主要技術(shù)

1.1 異型陰極節(jié)能技術(shù)

異型陰極節(jié)能技術(shù)的主要目的是改變鋁電解槽槽底中傳統(tǒng)的平底特點(diǎn)，提高附帶凸臺(tái)以及相應(yīng)的阻流作用的凸臺(tái)陰極，達(dá)到優(yōu)化槽內(nèi)鋁液流態(tài)、改善鋁液表面變形和優(yōu)化極距的目的。異型陰極節(jié)能技術(shù)的主要工作原理為：鋁電解槽原鋁直流電單耗與槽工作電壓二者為相關(guān)關(guān)系，最終可以達(dá)到節(jié)能電解[1]。

國內(nèi)外學(xué)者紛紛對(duì)該技術(shù)予以創(chuàng)新，先后開發(fā)出多種內(nèi)容豐富的節(jié)能鋁電解槽技術(shù)，這些技術(shù)均有相同的目的——優(yōu)化鋁液形態(tài)。當(dāng)前已有錯(cuò)位凸臺(tái)、圓弧形凸臺(tái)、矩開凸臺(tái)以及二級(jí)凸臺(tái)等技術(shù)。這些技術(shù)的配套技術(shù)主要有異型陰極加工制作技術(shù)、焙燒啟動(dòng)技術(shù)、異型技術(shù)電解槽的大修筑爐技術(shù)等。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有很多鋁業(yè)公司陸續(xù)將該項(xiàng)技術(shù)引入自身多條生產(chǎn)鏈中[2]。在應(yīng)用異型陰極節(jié)能技術(shù)的最初階段，節(jié)能效益顯著，但是隨著使用時(shí)間的不斷延長，碳素材質(zhì)凸臺(tái)逐漸被磨損消耗，其節(jié)能效益也不斷下降?？v觀當(dāng)前應(yīng)用于生產(chǎn)的應(yīng)用槽情況，異型陰極節(jié)能技術(shù)節(jié)能效益很難與其槽齡相匹配。異型陰極節(jié)能技術(shù)已經(jīng)在350 kA系列工業(yè)應(yīng)用，槽平均電壓3.93 V，電流效率91.5%，直流電耗12 800 kW·h/t。

1.2 阻流塊技術(shù)

阻流塊技術(shù)主要指的是在傳統(tǒng)槽的槽底表面上放置特殊材質(zhì)的凸臺(tái)塊，從而達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化鋁液流態(tài)的目的。從設(shè)計(jì)思路分析，阻流塊技術(shù)適用于線槽，因此可以在單槽多次放置阻流塊，這樣能夠在線槽的齡期限內(nèi)將技術(shù)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。但是，阻流塊技術(shù)也存在使用范圍有限和期限較短等問題，其主要原因有兩個(gè)。

1.2.1 阻流塊材質(zhì)方面的因素

該技術(shù)對(duì)電解質(zhì)體系的清潔度要求較高，但是很難找到合適或者清潔度達(dá)標(biāo)的材料，以致于阻流塊存在漂移、過輕、斷裂、溶解等缺點(diǎn)，無法全面地滿足高溫不化解條件下的阻流技術(shù)要求。

1.2.2 槽底狀況技術(shù)方面的因素

對(duì)由計(jì)算機(jī)技術(shù)控制的大型鋁電解槽來講，雖然其對(duì)氧化鋁的濃度和生產(chǎn)技術(shù)的要求較高，但是若從理想的角度上看，在電解槽內(nèi)數(shù)十平方米工作區(qū)域的模式依然存在問題，爐底和爐膛不規(guī)整，使得阻流塊失去了有利的基礎(chǔ)條件，在被放置后其在槽內(nèi)的作用無法統(tǒng)一。若電機(jī)槽自身情況較好，其應(yīng)用初期的效果是值得肯定的。

阻流塊技術(shù)經(jīng)在350 kA系列工業(yè)應(yīng)用，槽平均電壓3.9 V，電流效率91.5%，直流電耗12 700 kW·h/t。

1.3 導(dǎo)流槽技術(shù)

發(fā)明導(dǎo)流槽技術(shù)的最初目的是當(dāng)電解槽陰極處于懶惰狀態(tài)時(shí)，能夠在槽底表面不保留或者很少保留鋁液。所以，該技術(shù)的主要原理是通過預(yù)留在槽底表面上的導(dǎo)流溝和導(dǎo)流槽將形成的鋁珠匯集到鉛端頭的蓄鋁池中。迄今為止，依然未出現(xiàn)應(yīng)用惰性陰極的情況，人們在試驗(yàn)槽內(nèi)設(shè)置了硼化軟涂層。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)槽的槽工作電壓可以維持在很低水平，但是考慮到槽體存在熱工分布的問題，再加上側(cè)部爐幫結(jié)殼很厚，最終確定鋁液應(yīng)超過鋁水平10 cm[3]。導(dǎo)流槽技術(shù)的產(chǎn)生，為我國鋁電解節(jié)能技術(shù)發(fā)明提供了新方向和新思路，既可以降低試驗(yàn)槽的熱支出，又可以減少熱收入，最終達(dá)到降低能耗的目的。導(dǎo)流槽技術(shù)經(jīng)在350 kA系列工業(yè)應(yīng)用，槽平均電壓3.88 V，電流效率91.8%，直流電耗12 600 kW·h/t。

1.4 異型陰極鋼棒技術(shù)

繼異型陰極技術(shù)之后，異型陰極鋼棒技術(shù)成為行業(yè)追逐的對(duì)象。該技術(shù)是將鋁電解槽陰極燕尾槽內(nèi)的一整根通長鋼棒分為不相連的兩段，同時(shí)將每段進(jìn)行“雙鋼棒”處理?！半p鋼棒”處理的結(jié)果是，槽周磁場平衡得到進(jìn)一步優(yōu)化，槽內(nèi)鋁液流態(tài)得到優(yōu)化，與異型陰極技術(shù)相同，因槽工作電壓有效降低，電解生產(chǎn)原鋁直流電解單耗得到明顯降低。同時(shí)，本技術(shù)只對(duì)鋼棒進(jìn)行“雙鋼棒”處理，實(shí)施較易[4]。重要的是槽內(nèi)底表面為平面底，有利于建立和保持規(guī)整槽膛。因而被快速接受。異型陰極鋼棒技術(shù)經(jīng)在350 kA系列工業(yè)應(yīng)用，槽平均電壓3.95 V，電流效率91%，直流電耗13 000 kW·h/t。

2 電解鋁節(jié)能降耗的實(shí)施措施

2.1 從原料著手

從原料著手，降低電解鋁所用氧化鋁、氟化鋁、陽極覆蓋料、炭陽極中雜質(zhì)含量，避免對(duì)電解鋁過程產(chǎn)生影響。通過控制原材料質(zhì)量、凈化陽極覆蓋料、提高炭陽極質(zhì)量及優(yōu)化電解生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)等，人們可以提升電解鋁質(zhì)量。

2.2 降低線路電壓

線路電能損耗可能會(huì)對(duì)電能供應(yīng)效率產(chǎn)生影響，倘若電路電壓高出正常范圍，可能會(huì)增加電能消耗。因此，在電解鋁過程中，要降低線路電壓，這樣可以在一定程度上減少直流電耗。另外，還要重視配電室管理工作，配電室三相負(fù)載電流之間差異盡量不要大于10%，若超過10%，應(yīng)對(duì)三項(xiàng)負(fù)載電流進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而節(jié)約電能。

2.3 動(dòng)力設(shè)備節(jié)電

人們應(yīng)樹立穩(wěn)定供電思想，正確認(rèn)識(shí)穩(wěn)定供電可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源的目的，針對(duì)配電室、動(dòng)力電纜等供電設(shè)備進(jìn)行定期檢查，重點(diǎn)檢查電纜、刀閘等部位，若發(fā)現(xiàn)有問題應(yīng)及時(shí)整改。另外，還要定期對(duì)母線絕緣、地坪間隙處位置進(jìn)行檢查，對(duì)一些雜物進(jìn)行清理，盡量減少電能消耗[5]。

2.4 煙氣回收利用

電解鋁在實(shí)施過程中會(huì)有煙氣排放，現(xiàn)階段我國在電解鋁過程中已經(jīng)開始運(yùn)用凈化系統(tǒng)，這樣可以顯著解決電解鋁產(chǎn)生的煙氣污染。加強(qiáng)電解鋁煙氣回收利用，既可以降低成本消耗，實(shí)現(xiàn)能源利用和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，又對(duì)貫徹落實(shí)電解鋁節(jié)能降耗理念有重要意義。

2.5 建設(shè)新型電解槽

電解槽是鋁電解必要設(shè)備，電解槽的工作效率也影響著鋁電解的能源損耗量。所以，要想實(shí)現(xiàn)電解鋁節(jié)能降耗，還要重視新技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用，對(duì)電解槽進(jìn)行優(yōu)化，新型電解槽可以更好實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

3 結(jié)語

我國鋁行業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮?，在電解鋁過程中，為了確保能源的有效利用，人們必須要最大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。在發(fā)展電解鋁產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，企業(yè)要加大對(duì)電解鋁節(jié)能降耗技術(shù)的研究和運(yùn)用，改善電解鋁高耗能、高污染情況，從而實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。

1 工信部下達(dá)2017年電解鋁等行業(yè)重大工業(yè)專項(xiàng)節(jié)能監(jiān)察任務(wù)[J].中國有色金屬，2017，（15）：23.

2 班劍鋒.電解鋁企業(yè)能源管理[J].中國有色金屬，2014，（11）：62-63.

3 黃海波，邱仕麟.富鋰氧化鋁對(duì)鋁電解生產(chǎn)的影響[J].輕金屬，2014，（8）：26-28.

4 馮文革.大型鋁電解槽節(jié)能技術(shù)分析[J].輕金屬，2013，（3）：31-33.

5 陳才榮，趙瑞敏，車立志，等.鋁電解槽節(jié)能技術(shù)的深度剖析研究[J].云南冶金，2016，45（6）：66-74.

Discussion on Energy Saving and Consumption Reduction of Electrolytic Aluminum

Chen Wei,Zhang Ning
(National Electricity Investment Ningxia Energy Aluminum Industry Qingtongxia Aluminum Branch 350kA Electrolysis Workshop,Qingtongxia 751600,China)

China is a big country of electrolytic aluminum.In recent years,the scale of domestic electrolytic aluminum production has been expanding,but its rapid development momentum has also brought a lot of worries.First,the profit margins of the downstream industries of electrolytic aluminum decreased,and many industries were forced to stop production,resulting in the overstock of aluminum ingots,and a large amount of waste of resources.Two is electrolytic aluminum belongs to high energy consuming industry,need to consume a lot of energy,will produce greater pollution,and in recent years,the state strongly emphasizes the green development,which is contrary to the national economic development policy.In order to ensure the development of electrolytic aluminum industry,how to ensure energy saving and consumption reduction has become a key issue in electrolytic aluminum industry.

electrolytic aluminum; energy saving; technology

TF821

A

1008-9500(2017)11-0084-03

2017-09-22

陳偉（1984-），男，寧夏青銅峽人，助理工程師，研究方向：電解鋁工業(yè)化生產(chǎn)。