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铝电解生产工艺节能途径探究

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摘要:随着能源趋紧和价格的不断上涨以及环保要求日益提高,当今世界铝电解技术向具有良好的发展前景、技术先进、大电流、大容量、预焙化铝电解槽的方向发展。从企业自身利益来说,合理利用、节约能源资源可有效降低产品成本,提高经济效益和市场竞争力。本文分析了能源节约的必要性,探讨了铝电解生产工艺流程及电解工艺节能具体措施。

关键词:铝电解;节能工艺;能耗

1能源节约的必要性

能源是国民经济发展的物质基础,近年来国民经济快速增长,特别是高能耗产业发展迅速、城市化和工业化进程的加速、受居民消费结构升级换代等因素的影响,我国能源、资源消费快速增长。如果任由这种趋势发展,随着经济规模的不断扩大,能源、资源、生态环境对经济增长的约束将逐渐加大,必将影响到未来社会经济的可持续协调发展。因此,随着能源趋紧和价格的不断上涨以及环保要求日益提高,当今世界铝电解技术向具有良好的发展前景、技术先进、大电流、大容量、预焙化铝电解槽的方向发展,其目的在于提高劳动生产率,降低原料及能源消耗,解决环境污染问题,以求获得良好的经济效益。近几年来,随着我国铝工业的发展,铝电解技术进步很快。国内在经过多年的引进、消化、吸收、开发,电解铝行业已具有了从200~600kA等多种类型的大型预焙铝电解槽技术。从企业自身利益来说,合理利用、节约能源资源可有效降低产品成本,提高经济效益和市场竞争力。

2铝电解生产工艺流程及能耗

铝电解生产采用熔盐电解法,生产所需的原材料为氧化铝、氟化铝和阳极炭块。电解的结果是阴极上得到熔融铝和阳极上析出CO2。生产电解铝的设备称为电解槽,电解槽主要由炭素材料为主体的阳极、阴极以及钢结构组成。电解槽的能耗分为化学反应能耗(包括分解氧化铝等)和热损失能耗,热损失能耗包括导体热损、熔池热损及壳体热损等。一般大型预焙槽的能耗在13kW•h/kg-Al左右,以13kW•h/kg-Al的能耗为例,预焙槽能源有效利用率仅50%左右。

3电解工艺节能措施

为进一步降低能耗,节约能源,在电解工艺设计中采取了以下措施:

(1)减小导体的电阻,其途径是减小阴极钢棒、电解质、导电母线等的电流密度,增大其电导率。

(2)减小阳极效应系数、缩短效应持续时间。

(3)通过开槽阳极,减小阳极气泡电阻。

(4)采用高石墨化阴极炭块,减少阴极压降。

(5)通过采用大阴极结合磷生铁浇注钢棒技术,有效降低铝液层水平电流,减少铝液波动的幅度,从而降低极距。

(6)应用磁场模拟技术对母线断面和电流分布进行设计,目的是改善槽内熔体的磁场分布特性,保证电解槽熔体区域垂直磁场梯度的均匀性,提高流体动力学稳定性,同时节省铝母线投资和降低槽体系的电能消耗。

(7)对电解槽进行物理场模拟分析及优化设计,为稳定生产、节能降耗打下基础。

(8)区域内衬结构设计。针对电解槽中部和边部的不同环境和特点,考虑在电解槽内部不同区域采用不同结构的内衬设计,从而获得更为理想的全槽热平衡状态。

(9)采用“电解槽不停电开停槽技术”,有效避免开停槽的系列停电。

(10)采用智能化的控制技术。通过对铝电解槽基本状况的测试分析,调整铝电解槽的“静态平衡”相关参数,使之与“动态平衡”控制产生的参数相匹配,以提高铝电解槽的生产技术经济指标。

(11)排烟管网采用双排烟管系统。主排烟管负责电解槽正常运行(闭槽)时均匀稳定排烟,电解槽开槽操作时打开次排烟管加强排烟。双排烟管系统避免了单排烟管系统开槽时调节风量对相邻电解槽排烟的影响,提高了系统的集气效率和排烟可靠性,有效减小了排烟管道的阻力损失,降低了系统能耗。

(12)电解车间排烟管网采用自平衡计算程序。通过精确计算各排烟支管间的阻力损失,确定各排烟支管上调节元件的开度,从而实现电解槽间平衡排烟的要求。同时,采用新型的调节元件用于排烟管网的烟气平衡调节控制,自动实现管网烟气量的“自平衡”,避免了现场的人工干预,调节精度高,有利于提高电解槽的集气效率。

4节能效果分析

通过采用以上节能措施,对于一个年产50万吨电解铝的大槽型,铝液吨铝直流电耗可节约达130kW•h,就此一项,每年可节电6500万kW•h。综上所述,目前电解铝采用的相关节能措施具有显著节能效果,大大满足了国家节能减排工作的要求。

参考文献:

[1]刘业翔,李劼.现代铝电解[M].北京:冶金工业出版社,2008.

[2]杨玉卓,赵东方.论述铝电解节能降耗的措施[J].科技资讯,2013(9):124.

作者:陈颖 单位:贵阳铝镁设计研究院有限公司

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