鋁電解系列投產(chǎn)組織及能耗的差異分析

劉萬(wàn)喜

摘 要 本文通過(guò)對(duì)鋁電解系列投產(chǎn)的分階段實(shí)踐分析，從生產(chǎn)組織到技術(shù)措施提出了優(yōu)化方案，并針對(duì)能耗進(jìn)行了詳細(xì)核算對(duì)比，對(duì)電解鋁企業(yè)系列投運(yùn)的組織等有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 鋁電解;壓降;能耗;外補(bǔ)償母線

從2012年以來(lái)電解鋁產(chǎn)能的嚴(yán)重過(guò)剩也使中國(guó)資源環(huán)境的壓力日益增加。國(guó)家和鋁行業(yè)相繼推行了淘汰電解鋁落后產(chǎn)能、化解電解鋁過(guò)剩產(chǎn)能、產(chǎn)能置換以及對(duì)鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件、環(huán)保政策不斷修訂和完善，加強(qiáng)對(duì)電解鋁行業(yè)發(fā)展的管控和引導(dǎo)，特別是近幾年來(lái)，隨著《工業(yè)和信息化部關(guān)于電解鋁企業(yè)通過(guò)兼并重組等方式實(shí)施產(chǎn)能置換有關(guān)事項(xiàng)的通知》（工信部原〔2018〕12號(hào)）和《國(guó)務(wù)院關(guān)于化解產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩矛盾的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)發(fā)〔2013〕41號(hào)）等政策的出臺(tái)和嚴(yán)格落實(shí)，加之資源和能源的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，目前電解鋁行業(yè)正在經(jīng)歷著再一次的產(chǎn)能大轉(zhuǎn)移，國(guó)內(nèi)各大電解鋁企業(yè)通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，產(chǎn)能置換，整體搬遷等方式，向氧化鋁資源豐富和具有水電等綠色清潔能源優(yōu)勢(shì)、環(huán)境容量?jī)?yōu)勢(shì)、沿海港口等優(yōu)勢(shì)區(qū)域轉(zhuǎn)移，云、貴、川、桂、內(nèi)蒙古成了電解鋁生存和發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域。

電解鋁企業(yè)在產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、置換及新建過(guò)程中，為了盡快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力，降低投資成本和增加經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，必然要經(jīng)歷分階段建設(shè)和分階段生產(chǎn)的過(guò)程，具體針對(duì)電解鋁生產(chǎn)系列就是分區(qū)分批次投產(chǎn)，這個(gè)階段可能持續(xù)半年、一年或更長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)這個(gè)特殊時(shí)期生產(chǎn)能源分析是很有必要的，通過(guò)某電解鋁企業(yè)的建設(shè)投產(chǎn)過(guò)程能耗分析，從而為其他企業(yè)投產(chǎn)生產(chǎn)組織提供優(yōu)化依據(jù)和借鑒。

1項(xiàng)目概況

某電解鋁企業(yè)設(shè)計(jì)建設(shè)45萬(wàn)噸500KA系列電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括建設(shè)主要內(nèi)容包括鋁電解車(chē)間、鑄造車(chē)間、氧化鋁供料輸送及煙氣凈化脫硫系統(tǒng)、陽(yáng)極組裝車(chē)間等主體車(chē)間及配套的供電、供排水、供氣等輔助車(chē)間和輔助設(shè)施。該系列建設(shè)500KA電解槽328臺(tái)，分兩個(gè)廠房各八個(gè)工區(qū)，每區(qū)41臺(tái)電解槽;配備兩套供料干法凈化脫硫系統(tǒng)，母線結(jié)構(gòu)采用陰極外補(bǔ)償，具體如圖所示[1]。

2項(xiàng)目投產(chǎn)安排及能耗狀況

該企業(yè)建設(shè)和投產(chǎn)計(jì)劃分為兩個(gè)階段，第一階段為前160臺(tái)槽建設(shè)投產(chǎn)，第二階段為后續(xù)槽投產(chǎn)，由于后期產(chǎn)能核定為30萬(wàn)噸，后續(xù)投產(chǎn)電解槽為64臺(tái)。

該項(xiàng)目于2018年12月12日正式通電投運(yùn)，2019年1月27日完成81臺(tái)500KA鋁電解槽啟動(dòng)投運(yùn)，由于春節(jié)假期因素，2019年2月16日開(kāi)始第二階段投運(yùn)電解槽啟動(dòng)，平均每天通電啟動(dòng)兩臺(tái)電解槽，截至3月26日完成77臺(tái)槽通電投運(yùn)，由于磁場(chǎng)影響等因素2、7區(qū)各留三臺(tái)電解槽后續(xù)二期投運(yùn)（在5月15日通電兩臺(tái)余各兩臺(tái)槽）一期共通電投運(yùn)160臺(tái)。

二期該系列電解槽投產(chǎn)從2019年7月15日開(kāi)始，以每天兩臺(tái)進(jìn)度通電啟動(dòng)，到8月16日完成后續(xù)64臺(tái)電解槽通電投運(yùn)。

該500KA鋁電解系列30萬(wàn)噸224臺(tái)電解槽分兩期投產(chǎn)，持續(xù)時(shí)間近九個(gè)月。500KA系列電解槽在其投運(yùn)期及初期具體能耗數(shù)據(jù)指標(biāo)如表1所示，目前基本進(jìn)入正常生產(chǎn)期，系列運(yùn)行平穩(wěn)，其直流電單耗均值12800kW.h/t-AL以下[2]。

3電解鋁系列投產(chǎn)組織與能耗分析

回顧該項(xiàng)目投產(chǎn)過(guò)程，結(jié)合投運(yùn)期及生產(chǎn)初期能耗指標(biāo)和電解總用電量綜合分析，從生產(chǎn)精益化管理理念看其投產(chǎn)計(jì)劃并非最佳方案，有很大的優(yōu)化空間，從系列投運(yùn)能耗節(jié)約方面逐步分析，可為其他電解鋁企業(yè)系列投運(yùn)提供借鑒。

為了客觀實(shí)際分析電解鋁系列能耗，需要了解和掌握系列黑電壓分布及變化，該公司對(duì)500KA系列母線黑電壓在不同時(shí)期進(jìn)行了測(cè)量，其測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

按照該系列實(shí)際投產(chǎn)在一期投運(yùn)母線回路通過(guò)三通廊臨時(shí)短路母線（含補(bǔ)償母線）壓接形成1、2、7、8區(qū)母線導(dǎo)通。該四個(gè)區(qū)電解槽投運(yùn)用時(shí)104天，其中1、8區(qū)用時(shí)42天，2、7區(qū)持續(xù)時(shí)間62天，實(shí)際用時(shí)41天。按精益化生產(chǎn)理念進(jìn)行價(jià)值流分析，查找浪費(fèi)源，力行節(jié)約的目標(biāo)，可分區(qū)分批緊湊推進(jìn)。該公司系列投產(chǎn)方案可優(yōu)化為三個(gè)階段。

3.1 系列投運(yùn)第一階段能耗差異分析

第一階段以1、8區(qū)通過(guò)2通廊臨時(shí)短路母線連接形成導(dǎo)通回路，此階段由于是系列投運(yùn)初期，生產(chǎn)槽臺(tái)數(shù)少，啟槽用電解質(zhì)及鋁液供應(yīng)因素可按每天兩臺(tái)進(jìn)度投槽，首批4臺(tái)槽按干法啟動(dòng)，1、8區(qū)各留兩臺(tái)區(qū)未槽在第二階段，共通電投運(yùn)78臺(tái)槽，以此計(jì)劃可用時(shí)38天，較該系列第一階段實(shí)際用時(shí)少8天，同時(shí)減少了2、7區(qū)母線（工作及補(bǔ)償）黑電壓46天所產(chǎn)生的無(wú)功電量。按表-2測(cè)量壓降數(shù)據(jù)核算如下：

3.2 系列投運(yùn)第二階段能耗差異分析

第二階段可在第一階段完成后，連接三通廊臨時(shí)短路母線及補(bǔ)償母線，及時(shí)斷開(kāi)二通廊臨時(shí)短路母線（含補(bǔ)償母線），使1、2、7、8區(qū)形成導(dǎo)通回路，在前期生產(chǎn)槽保證基礎(chǔ)上可充分提供鋁液和電解質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)每天4臺(tái)電解槽以上投產(chǎn)進(jìn)度，2、7區(qū)區(qū)末端余留各二臺(tái)電解槽，第二階段按每天4臺(tái)進(jìn)度通電投運(yùn)82臺(tái)電解槽計(jì)劃可用時(shí)21天。故與實(shí)際第二階段持續(xù)時(shí)間對(duì)比減少了37天，較實(shí)際用時(shí)少了20天，同時(shí)優(yōu)化方案在第一階段時(shí)期2、7區(qū)未產(chǎn)生無(wú)功電耗，而實(shí)際投運(yùn)中2、7區(qū)停槽、補(bǔ)償均在持續(xù)時(shí)間每天都在不斷地產(chǎn)生無(wú)功電耗。

第三階段為3、6區(qū)電解槽投運(yùn)，及時(shí)連通四通廊臨時(shí)短路母線（含補(bǔ)償母線），斷開(kāi)三通廊臨時(shí)短路及補(bǔ)償母線，使1、2、3、6、7、8區(qū)形成回路導(dǎo)通，實(shí)際投運(yùn)因后期人員緊缺以及物料等因素按每天兩臺(tái)進(jìn)度完成后續(xù)64臺(tái)槽通電投運(yùn)，歷時(shí)32天;

3.3 系列投運(yùn)第三階段能耗差異分析

第三階段優(yōu)化方案要充分考慮3、6區(qū)因產(chǎn)能核定的特殊性，預(yù)見(jiàn)性考慮系列母線的長(zhǎng)期導(dǎo)電性能，盡可能減少系列無(wú)功能耗。在該區(qū)域母線未通電前提下超前優(yōu)化改造拆除槽母線焊接短接，通廊臨時(shí)母線截面積及連接方式優(yōu)化;同時(shí)充分準(zhǔn)備，緊湊安排，達(dá)到短時(shí)間完成投運(yùn)[3]。按此優(yōu)化原則，以每天四臺(tái)的進(jìn)度16天可完成64臺(tái)電解槽投運(yùn)。同時(shí)經(jīng)過(guò)前期一系列改造措施，停槽壓降可控制在0.16V之內(nèi)，通廊母線壓降可維持在1.5V以?xún)?nèi)。

而實(shí)際該系列從設(shè)計(jì)和建設(shè)均以45萬(wàn)產(chǎn)能完成，從供電設(shè)備設(shè)施配置到系列電解槽數(shù)都是按45萬(wàn)噸實(shí)施的。后期由于產(chǎn)能限制，該企業(yè)僅有30萬(wàn)噸產(chǎn)能指標(biāo)，故經(jīng)核定后造成該系列3、6區(qū)有22臺(tái)槽需拆除，其母線和短路口長(zhǎng)期24小時(shí)空載，同時(shí)四通廊原設(shè)計(jì)為臨時(shí)短路母線變成永久性回路母線。且未對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)電性能優(yōu)化改造。實(shí)際投運(yùn)與優(yōu)化方案能耗比較如下：

第三階段投運(yùn)期間經(jīng)優(yōu)化技術(shù)措施和組織進(jìn)度較實(shí)際至少節(jié)約投運(yùn)資金94.726萬(wàn)元。同時(shí)長(zhǎng)期停產(chǎn)槽和臨時(shí)回路母線的優(yōu)化改造將是一項(xiàng)長(zhǎng)期節(jié)能措施，既消除了該鋁電解系列重大安全隱患，又可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約能耗1581.6萬(wàn)度，年降低生產(chǎn)運(yùn)行成本474.48萬(wàn)元。

綜上所述，通過(guò)對(duì)該500KA鋁電解系列投產(chǎn)分階段對(duì)比分析，按照精益化理念組織該系列投產(chǎn)，在充分準(zhǔn)備，超前預(yù)見(jiàn)，精心統(tǒng)籌，科學(xué)合理安排，達(dá)到極具有操作實(shí)用性又具有強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)精益化生產(chǎn)流程組織理念，通過(guò)一系列計(jì)劃流程組織優(yōu)化和技術(shù)優(yōu)化，該系列電解槽投運(yùn)可節(jié)能達(dá)2620萬(wàn)度電，節(jié)約投產(chǎn)資金約為785.818萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)

[1] 邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：31.

[2] 文義博，成庚.500KA大型鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)管理與病事槽處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2017：101.

[3] 中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì).中國(guó)有色金屬工業(yè)指標(biāo)體系[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：59.