电解铝节能降耗生产的新工艺新技术

把握电解铝降耗脉搏在国内电解生产体系基础上,剖析现有生产工艺的弊端,吸收国外电解铝生产先进工艺体系经验,进行工艺创新,建立以电解质初晶温度为依据控制过热度的全新电解生产工艺,是改变目前电流效率低,生产效率差的现状的有效手段,把握住了电解铝节能降耗的“脉搏”。

当今国外先进电解铝厂采取高电解质温度,较高电解质初晶温度,低过热度,高电解槽稳定性,低电压,低效应,高电流效率的铝电解槽工艺操作技术路线,而国内各电解铝厂仍延用传统的低温、低电解质分子比来提高电流效率的方法组织生产。

实验研究表明,低温、低分子比的工艺,确实有降低铝在电解质溶液中的溶解度和溶解速度,减少铝损耗,提高电流效率的作用。但是,低温、低分子比使得电解质成分和热稳定性大大降低,容易产生沉淀,造成水平电流大,槽压不稳定,效应多等缺点,同时也容易降低电解槽温度,这些缺点使低温、低分子比操作无法达到理想的提高电流效率的目的。在不断工艺创新的基础上,借鉴国外先进的电解理念,过热度作为一种新概念为国内各个铝厂所接受。

所谓过热度即电解质温度与电解质初晶温度之差,目前国外大型预焙阳极电解槽的过热度一般在8~10℃,而国内电解槽电解质的过热度在6~20℃之间,与国外相比差别较大。而这种差异来源于国内电解工艺,我国各电解厂的电解工艺走分子比控制槽温的路线,而且采用低分子比来控制槽温,电解质分子比低,初晶温度低,这样就需要适当提高一点过热度来保证电解槽稳定运行,而如何控制合适的过热度成为电解生产首需解决的问题。有文献报道,电解温度每降低10℃,可以使电流效率在原有基础上提高2~3个百分点。

也就是说,如果我国各电解铝厂能有效的控制住过热度,将过热度降低到8~10℃,槽温也随之降低10℃,可以预见,我国电解铝厂电解槽电流效率将会打破现有水平,上升到一个新的水平。通过对多个电解厂的实测数据分析发现,利用分子比来控制槽温时会发生如下情况:分子比高时,电解槽温度不一定高;分子比低时,电解槽温度不一定低;相同分子比值时,所控制的槽温差异较大;在使用分子比值控制槽温过程中,过热度跨度为0.6℃~25.9℃。究其原因,主要在于初晶温度难以直接测量,导致工艺控制时对电解槽状态难以有效把握。新推出的自动初晶温度测量设备和智能槽温测量仪,是北京核心动力科技有限公司专为电解铝节能管理研制的新型设备,利用这些新型设备,有效的提高了对电解槽过热度的分析效率,减小了分析误差,对于提高节能效果具有显着的作用。

  大功率整流设备在冶炼行业已经被广泛应用，尤其在电解铝行业，要求的直流电流在日益增加，目前可达到35kA及以上。我国是资源相对匮乏的国家，能源消耗正急剧增加，能源危机正迫在眉睫。作为能源消耗大户的电解铝行业，如何进行节能已经成为一个重大问题。

    电解铝供电系统的心脏是整流所，降低整流所的损耗首先应在设计上做充分的考虑，设计整流所时，要遵循供电可靠、配置清晰紧凑、经济合理等因素，在满足生产需要的同时，充分考虑实际经济效益，节省无谓消耗的能量。具体说来应从以下几个方面来考虑。

提高整流效率

整流设备的效率是衡量其本身设计和结构上先进合理的重要指标，也是整流所运行中为降低电耗应予密切关注的一个运行指标。

整流设备的效率定义为：效率=输出功率/输入功率×100%

但以整流设备输出功率而论，因为整流设备直流输出电压为一脉动波；直流输出电流通常除平均值为Id的直流电流外，尚有为脉动数整数倍的谐波电流流过，所以整流设备输出功率除直流功率外，还有交流功率。直流侧总平均功率为Pd∑=Ud×Id+∑Udn×Idn×cosφn。

交流功率分量对一些直流负载而言是无用的，对有些直流负载而言（如铝电解槽的加温作用）可能有用，很难确认是有功功率或无功功率。是否计入交流功率分量，对于脉动数较少的整流电路，效率将有显著的区别。对于脉动数不同的整流电路，是否计入交流功率的结果如下：

表  直流侧交流功率对效率的影响

    对于6脉波以上的整流装置，采用直流侧额定输出平均功率代替直流侧输出总功率引起的误差是可以忽略不计的，因此可以明确指出，整流效率为功率效率。

如果我国各电解铝厂能有效的控制住过热度,将过热度降低到8~10℃,槽温也随之降低10℃,可以预见,我国电解铝厂电解槽电流效率将会打破现有水平,上升到一个新的水平。通过对多个电解厂的实测数据分析发现,利用分子比来控制槽温时会发生如下情况:分子比高时,电解槽温度不一定高;分子比低时,电解槽温度不一定低;相同分子比值时,所控制的槽温差异较大;在使用分子比值控制槽温过程中,过热度跨度为0.6℃~25.9℃。究其原因,主要在于初晶温度难以直接测量,导致工艺控制时对电解槽状态难以有效把握。新推出的自动初晶温度测量设备和智能槽温测量仪,是北京核心动力科技有限公司专为电解铝节能管理研制的新型设备,利用这些新型设备,有效的提高了对电解槽过热度的分析效率,减小了分析误差,对于提高节能效果具有显着的作用。