電解鋁節(jié)能降耗措施探討

隆俊

摘要：我國(guó)歷來(lái)倡導(dǎo)低碳節(jié)能社會(huì)，電解鋁節(jié)能也是我國(guó)構(gòu)建和諧社會(huì)的基礎(chǔ)。但是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電能的消耗和需求不斷增加，電能短缺已成為阻礙社會(huì)發(fā)展的重要原因之一。因此，要求電解鋁技術(shù)引進(jìn)人員在技術(shù)引進(jìn)中注意節(jié)能問題，采用更有效的節(jié)能技術(shù)，嚴(yán)格遵守電氣節(jié)能技術(shù)引進(jìn)原則。因此本文重點(diǎn)介紹電解鋁技術(shù)引進(jìn)中的節(jié)能技術(shù)，并提出一些意見和建議，解決節(jié)能技術(shù)在電解鋁技術(shù)存在的問題，希望為相關(guān)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：電解鋁;節(jié)能技術(shù);措施

前言：

因?yàn)槲覀儑?guó)家人口眾多，人們對(duì)電力需求正在逐步增加，越來(lái)越關(guān)注電解鋁節(jié)能問題，節(jié)能技術(shù)逐漸成為電解鋁的重要組成部分。目前，我國(guó)政府已經(jīng)針對(duì)電解鋁節(jié)能制定了一系列相關(guān)規(guī)定策，使電解鋁節(jié)能充分發(fā)揮其自身作用，從而降低能耗程度。

1電解鋁行業(yè)的現(xiàn)狀

1.1中國(guó)電解鋁起步較晚，發(fā)展最快。中國(guó)的電解鋁始于19世紀(jì)50年代，比世界鋁工業(yè)晚了近半個(gè)世紀(jì)。但是，對(duì)中國(guó)電解鋁的發(fā)展速度，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，是極其驚人的，的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界上任何一個(gè)國(guó)家。到2010年已達(dá)到近2300萬(wàn)噸，10年增長(zhǎng)約7倍。

1.2大規(guī)模電解槽技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用。大多數(shù)鋁廠采用Marxsy280-350系列或gy280-350電解槽，部分工藝指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。我國(guó)160kA以上溝槽產(chǎn)量占總產(chǎn)量的89.3%，280kA以上溝槽產(chǎn)量占總產(chǎn)量的40%，施工速度快，生產(chǎn)速度快。

1.3企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，集中度不斷增強(qiáng)。2009年，中國(guó)前十大制造業(yè)產(chǎn)量達(dá)到691.5萬(wàn)噸，占全國(guó)總產(chǎn)量的50.3%，產(chǎn)業(yè)集中度有了很大提高。作為世界第四大原鋁生產(chǎn)商和中國(guó)第一大原鋁生產(chǎn)商，中鋁通過(guò)收購(gòu)和重組國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)電解鋁企業(yè)，成為具有較強(qiáng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的國(guó)際化企業(yè)，總生產(chǎn)能力400萬(wàn)噸。

1.4總產(chǎn)量高、人均消費(fèi)不足。中國(guó)電解鋁產(chǎn)量增長(zhǎng)是世界電解鋁工業(yè)歷史上的一個(gè)特例。2005年產(chǎn)能達(dá)到2285萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的48.6%，中國(guó)超過(guò)美國(guó)成為世界上電解鋁消費(fèi)量最大的國(guó)家。從那時(shí)起，維一直保持著兩位數(shù)的增長(zhǎng)率，但以人均鋁消費(fèi)量衡量，由于中國(guó)人口基數(shù)大，中國(guó)人均鋁消費(fèi)強(qiáng)度不到美國(guó)的三分之一，與美國(guó)相差甚遠(yuǎn)。

2電解鋁節(jié)能降耗主要技術(shù)

2.1阻流塊技術(shù)作。在使用阻風(fēng)門技術(shù)時(shí)，需要充分考慮該技術(shù)的應(yīng)用范圍和使用壽命，需要充分考慮以下兩個(gè)影響因素。還原池局部工作區(qū)的模式仍存在問題，如爐膛和爐底不夠規(guī)則，導(dǎo)致阻風(fēng)門塊缺乏基本條件，在還原池中的作用無(wú)法統(tǒng)一。

2.2特殊陰極節(jié)能技術(shù)。特殊陰極節(jié)能技術(shù)改變電解鋁槽底部平底的特性，從而達(dá)到改善鋁工業(yè)表面變形、優(yōu)化極距、優(yōu)化鋁在電解槽中的流動(dòng)狀態(tài)等目的。目前，異形陰極節(jié)能技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果。但是長(zhǎng)期的應(yīng)用，碳素材料的凸臺(tái)磨損較大，導(dǎo)致節(jié)能效果減弱。

2.3異形陰極鋼筋技術(shù)。異形陰極鋼筋技術(shù)是將電解鋁槽內(nèi)的鋼筋分離，異形陰極鋼筋技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單，罐底表面為平底，對(duì)維持正常槽膛有很好的積極影響，促進(jìn)電解鋁工業(yè)的發(fā)展起到了很好的作用。

3電解鋁節(jié)能降耗措施

在城市化快速發(fā)展的今天，人們的環(huán)保觀念不斷提高，環(huán)保節(jié)能觀念得到大力推廣，在這種情況下，電解鋁節(jié)能應(yīng)運(yùn)而生，為了使達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，對(duì)其節(jié)能技術(shù)提出了更高的要求，解決當(dāng)前鋁工業(yè)電能消耗，保證鋁工業(yè)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。而從另一個(gè)方面來(lái)看，鋁工業(yè)本身的大部分能耗來(lái)自鋁工業(yè)的電氣設(shè)備，在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的今天，我們?cè)诩夹g(shù)引進(jìn)中注重節(jié)能技術(shù)，這些措施也是貫徹"低碳城市"的命題。

3.1降低線路傳輸損耗。有效地提高電力傳輸效率。根據(jù)相關(guān)實(shí)際實(shí)踐可知，鍍膜后的電流效率可提高1.5%左右，每噸鋁的節(jié)電約為230kwh（不含踏層功耗Y）。因此降低損耗采用惰性陰極涂層。具體來(lái)說(shuō)，縮短電解鋁槽極距，節(jié)約電耗，延長(zhǎng)電解槽使用壽命，提高電流效率。

3.2采用自動(dòng)控制技術(shù)。節(jié)能在電解鋁技術(shù)引進(jìn)中選用高效率電力設(shè)備，使電解鋁的損耗達(dá)到最小化，達(dá)到最合適的效果，降低電解槽電阻斜率的主要途徑是就是采用變頻調(diào)速，調(diào)整進(jìn)料速度，使其自動(dòng)調(diào)整速度，使得電解液中的氧化鋁濃度控制在合理范圍。所謂正常進(jìn)給速度是指進(jìn)給量等于消耗量;降低進(jìn)給速度為正常進(jìn)給速度的1/2;增量進(jìn)給速度是正常進(jìn)給速度的兩倍。除了主要是控制氧化鋁濃，以適應(yīng)進(jìn)料速度的變化外，也要降低陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)，提高電流量的效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的電能。

3.3增加導(dǎo)體截面。加寬母線，增大電解槽陽(yáng)極截面尺寸，采用爆炸焊接技術(shù)降低鋁鋼接觸電阻。母線加寬可以減小導(dǎo)電母線的壓降，從而降低電解槽的平均電壓，降低電解鋁的直流功耗。增加電解槽的陽(yáng)極截面尺寸可以擴(kuò)大陰極和陽(yáng)極之間的導(dǎo)電面積，降低陽(yáng)極電流密度，降低陽(yáng)極本身和電解質(zhì)的壓降，從而大大降低電解鋁的功耗。同時(shí)，可在小面積內(nèi)增加導(dǎo)電棒，以減少陽(yáng)極，從而降低母線壓降，大大提高電解槽的技術(shù)水平，改善操作條件，提高電流率，降低功耗。

3.4加強(qiáng)電解鋁節(jié)能設(shè)備的推廣應(yīng)用。在新的改擴(kuò)建項(xiàng)目中，應(yīng)注意其他輔助設(shè)備的節(jié)能問題，如用集中罐式鍛造爐代替的高能耗回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行碳生產(chǎn)，除徹底淘汰200kA以下的槽型，采用大型節(jié)能型電解槽外;合理使用變頻風(fēng)機(jī)等⑥合理選擇設(shè)備，徹底避免大馬拉小車的問題。在中國(guó)的電解鋁生產(chǎn)線上經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)備或工藝錯(cuò)配，這是造成巨大能源浪費(fèi)的另一個(gè)重要原因。因此，在設(shè)備選型方面，要嚴(yán)格核實(shí)設(shè)備負(fù)荷需求，選擇與上下游能力相匹配的設(shè)備，確保的設(shè)備能力得到充分發(fā)揮，提高設(shè)備運(yùn)行的能效。提倡管理節(jié)能，在電解鋁企業(yè)節(jié)能方面也起著非常重要的作用。除工藝能耗外，的中國(guó)電解鋁綜合能耗還有近1000千瓦時(shí)的其他能耗。因此，現(xiàn)場(chǎng)細(xì)化的管理對(duì)提高電解鋁企業(yè)的能源效率起著非常重要的作用。

3.5加強(qiáng)電解槽的絕緣。電解槽50%以上的能量分配到周圍空間，主要是電解槽的輻射熱，其中50%以上損失在上表面，25%損失在底部，15%損失在側(cè)面目前，國(guó)外已采用新的分析模型，指出適合給定陽(yáng)極材料的絕緣材料，從而獲得整個(gè)陰極的最佳溫差，將每噸鋁的直流電耗降低到14000kwh左右，節(jié)能效果明顯。考慮到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)條件，電解槽的底部和壁面可涂上氧化鋁絕緣層，以減少襯里的黑度，增加熱阻。

3.6發(fā)展現(xiàn)代大型能量電解槽，降低電流消耗。主要措施在于：改變陰極母線和陰極棒的結(jié)構(gòu)，以改善磁場(chǎng)的影響。電解槽兩端的功率輸入比可由原來(lái)的5.2%的差值降低到3.45%。爐體規(guī)則，可消除介質(zhì)運(yùn)行現(xiàn)象，為智能技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)低鋁液位運(yùn)行提供保障;其實(shí)新型圓柱形固定容器可替代機(jī)械插板式固定容器，固定容積準(zhǔn)確，故障率低，為實(shí)現(xiàn)智能控制提供設(shè)備保障。

3.7新罐或檢修罐可節(jié)約能源，啟動(dòng)新工藝。新罐或大修后的罐需要經(jīng)過(guò)上電焙燒、啟動(dòng)和后期啟動(dòng)的過(guò)程，逐步進(jìn)入正常生產(chǎn)狀態(tài)。啟動(dòng)和后期啟動(dòng)期通常持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。由于啟動(dòng)后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)電壓遠(yuǎn)高于正極Marx產(chǎn)生的電壓，因此罐內(nèi)烘烤體過(guò)熱，溫度高。烘烤體表面不結(jié)殼，電解液表面通過(guò)輻射和對(duì)流損失大量熱能，因此啟動(dòng)槽比生產(chǎn)槽消耗更多電能。因此，在此期間，原鋁的品位很低，低于二、三級(jí)，甚至產(chǎn)生不合格產(chǎn)品，造成大量浪費(fèi)。如果采用新工藝，可以減少浪費(fèi)，并盡可能節(jié)約能源消耗。從儲(chǔ)罐子啟運(yùn)動(dòng)開始，儲(chǔ)罐內(nèi)電解液熔體表面強(qiáng)制形成一層外殼，類似于江流湖表面的一層冰，具有良好的保溫效果。

總結(jié)：當(dāng)前在“雙碳”目標(biāo)下，國(guó)內(nèi)正在大力推動(dòng)節(jié)能降耗，電解鋁等高耗能產(chǎn)業(yè)首當(dāng)其沖，成為節(jié)能降碳的重點(diǎn)，通過(guò)能源節(jié)能設(shè)備和電解節(jié)能技術(shù)引進(jìn)，能效優(yōu)化不斷提高電能利用率，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]硅熱煉鎂還原爐能耗分析，及節(jié)能措施探討[J]。冶金能源，2005，（3）：32-35

[2]周海洋。探索電解鋁生產(chǎn)的節(jié)能減排技術(shù)[J]?！吨袊?guó)金屬公報(bào)》，2018（03）：21+23

[3]陳偉，張寧。電解鋁節(jié)能降耗措施探討[J]。中國(guó)資源綜合利用，2017，35（11）：84-86

[4]劉萬(wàn)祥。電解鋁廠電氣設(shè)備節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究[J]。輕金屬，2015（04）：60-62