王正榮

【摘 要】近年以來，隨著信貸資金收緊、電解鋁行業(yè)產能的不斷擴張和鋁產品成本結構的變化，鋁錠價格猛跌、電價一再調高，再加上國家出臺的相關節(jié)能減排政策，導致電解鋁成本急劇上升，甚至遠遠超出銷售價格。國內電解鋁企業(yè)正遭遇生死劫難。降低能耗已經成為高耗能行業(yè)的電解鋁企業(yè)的主流管理措施。如何采取有效的節(jié)能管理措施已經成為電解鋁企業(yè)生存的關鍵問題，本文針對近年來電解鋁企業(yè)采取的主要節(jié)能技術作以闡述。

【關鍵詞】電解鋁；節(jié)能；技術應用

近年來，黨中央、國務院高度重視企業(yè)節(jié)能減排工作，企業(yè)節(jié)能考核工作已納入對省級人民政府的節(jié)能目標責任評價考核內容當中[1]，要求鋁錠綜合交流電單耗到2015年降至13300千瓦時/噸，較2010年下降713千瓦時/噸[2]。電解鋁企業(yè)作為有色行業(yè)中的耗能大戶，企業(yè)的能耗管理不只是簡單的技術實踐過程，而是企業(yè)生存的重要途徑。

目前，國內各家企業(yè)的能耗指標參差不齊，各家采取的節(jié)能措施也不盡一致。企業(yè)的能耗管理策略要綜合自身的特點，合理實施節(jié)耗技術，最大化發(fā)揮管理效益。

1.節(jié)能工藝技術的應用

電解鋁企業(yè)的節(jié)能措施主要分為電解鋁工藝技術改進措施、用電設備技術改進措施、資源重復利用等。

1.1鋁電解槽的新型結構技術

電解槽內襯新型結構技術主要有非平面陰極、異型鋼棒、陰極底部垂直出電、獨立補償母線、開溝/開孔陽極等。以下主要針對非平面陰極與異型陰極鋼棒技術作以介紹。

（1）非平面陰極（異型陰極、曲面陰極、導流陰極等）。國內當前各類非平面陰極層出不窮，但其核心思路都是為了減緩鋁液波動，降低鋁液流速，從而實現(xiàn)低電壓節(jié)能。例如：

異型陰極的工藝思路是在陰極炭塊表面形成若干凸起，可以減緩電解槽內陰極鋁液的流動速度和降低鋁液的波動高度，實現(xiàn)有效提高金屬鋁液面的穩(wěn)定性，減少鋁液溶解損失，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

異型陰極示意圖

導流槽技術特點是在陰極上延長軸方向開匯流溝槽，在端頭設有與匯流溝槽聯(lián)通的蓄鋁池，共同構成一個導流系統(tǒng)，使生產的鋁水隨時流入蓄鋁池，有效降低極距，降低電解槽能耗。滲流槽技術特點是在陰極炭塊間設有藏鋁暗溝，暗溝設在陰極炭塊的間縫處，可以在陽極下的任何位置；電解槽陰極炭塊上開有數(shù)個凹槽，電解槽的大面和端部也開有凹槽，陰極炭塊上的凹槽以及電解槽上的凹槽深度均低于或平齊于陰極炭塊間的藏鋁暗溝，這些凹槽和藏鋁暗溝相互連通。

兩者皆為無鋁液生產，陰極炭塊直接作為陰極參與電解，陰極上表面為TiB2涂層或復合陰極，電解過程產生的鋁都匯集到蓄鋁池中；兩者的區(qū)別在于導流槽為單個或多個聚鋁溝，故對鋁液的容量有限，造成出鋁負擔；聚鋁溝的出現(xiàn)，將會大大降低陰極導電面積的利用率；滲流槽具備多個藏鋁溝，對鋁液的容量大大提高，且陰極的有效導電面積無明顯降低。

（2）異型鋼棒技術（含開槽鋼棒、雙鋼棒、復合鋼棒等）。

由于越靠近陰極鋼棒出口（即靠近槽大面邊部）電流流經的路徑上電阻越小，因此進入鋁液的電流因“自動選擇電阻最小的道路”而在鋁液和陰極中斜向流動，故沿著槽短軸方向產生了水平電流分量，形成垂直磁力，引起鋁液面變形和鋁液波動。異型鋼棒技術原理是沿著鋼棒長度方向調整“電流通道”的電阻，使鋁液中電流從陰極炭塊表面任意點進入陰極時電阻都基本相同，以減少鋁液中水平電流，提高鋁液穩(wěn)定性。

國內幾種異型鋼棒對于爐底壓降、鋁液水平電流的影響對比

1.2低電壓工藝控制技術

低電壓控制技術目前是國內鋁行業(yè)普遍應用的工藝技術之一。實施低電壓電解工藝的關鍵是：通過改變電解槽運行特性來改變電流效率與極距的關系曲線，降低臨界極距，使電解槽在低電壓下獲得高電效。傳統(tǒng)工藝下的臨界極距約：4.0～4.5cm；先進的低電壓工藝下的臨界極距可降至：3.5～3.8cm。

電流效率-積距變化曲線示意圖

低電壓工藝實施的主要措施有：

（1）低溫+低過熱度+較窄的溫度變化范圍（即較窄的熱平衡變化范圍）。

（2）低氧化鋁濃度（實現(xiàn)干凈的爐底）+較窄的氧化鋁濃度變化范圍（防止陽極效應發(fā)生，并實現(xiàn)較窄的物料平衡變化范圍）。

（3）較高的陰極電流密度（可采取“適當強化電流+收縮爐膛”兩個措施實現(xiàn)）。

（4）較高的槽電壓穩(wěn)定性（前提：規(guī)整的爐膛+干凈的爐底+較窄的熱平衡和物料平衡變化范圍）。

2.高壓變頻技術的應用

隨著現(xiàn)代電力電子技術和微電子技術的迅猛發(fā)展，高壓大功率變頻調速裝置不斷地成熟起來，原來一直難于解決的高壓問題，近年來通過器件串聯(lián)或單元串聯(lián)得到了很好的解決。在電解鋁企業(yè)中電解槽生產工藝用電為直流電，即鋁液直流電耗。鋁錠綜合電耗中還有部分交流電耗為高壓電機用電，電解鋁企業(yè)中高壓電機主要有電解槽凈化排煙風機，空壓站水泵，配套炭素系統(tǒng)的大窯引風機，除塵風機等設備。變頻技術的特點如下：

（1）變頻技術改造具有明顯的節(jié)能效果。以風機為例，風機在改造前流量通過調節(jié)閥來控制，在使用變頻后通過調節(jié)電源頻率按需輸出流量，大大降低風機的功耗，起到明顯的節(jié)能效果。

（2）變頻技術的軟啟動作用可降低啟動時的功耗，同時延長設備的使用壽命。

（3）變頻技術可以提高功率因數(shù)，通常功率因數(shù)可提高至0.95以上。

（4）變頻技術的投運可以減少電機在非正常條件下工作的時間，保證設備不損壞。降低設備的維修費用。

3.工業(yè)余熱利用

工業(yè)余熱利用是工業(yè)節(jié)能重要途徑，是工業(yè)二次能源的開發(fā)利用。余熱資源可分為高溫煙氣余熱、高溫爐渣余熱、高溫產品余熱、冷卻機余熱、可燃廢氣余熱、冷卻水余熱等。

隨著鋁電解工藝的發(fā)展，與其配套的炭素系統(tǒng)預焙陽極生產工藝也逐漸完善。在鋁用炭素行業(yè)中，石油焦在煅燒工序中排出大量高溫煙氣，煙氣溫度約在900-1100℃，大量的高溫煙氣為余熱發(fā)電提供了穩(wěn)定的余熱資源?？稍诨剞D窯窯尾安裝余熱鍋爐，回收余熱進行發(fā)電，從而避免了能源浪費。

余熱發(fā)電的工藝介紹。

陽極煅燒回轉窯中產生的高溫煙氣通過引風機負壓引入余熱鍋爐，與鍋爐給水進行熱交換，余熱鍋爐產生的過熱蒸汽大部分通過汽輪機發(fā)電，少部分通過減溫減壓設備后用于廠區(qū)生產用汽和生活供暖。

余熱發(fā)電工藝流程圖

余熱發(fā)電一般以自發(fā)自用為原則，以滿足炭素系統(tǒng)自身用電量為主，發(fā)電機輸出電壓為10kv，直接并入動力10kv配電系統(tǒng)。

4.結語

電解鋁企業(yè)的節(jié)能降耗工作是企業(yè)生存與發(fā)展的長期工作，本文針對目前行業(yè)內主要應用的節(jié)能技術作了介紹。 鋁電解節(jié)能技術是一項系統(tǒng)工程，依靠單項工藝控制技術改進難以取得持續(xù)、穩(wěn)定的節(jié)能效果。在制定企業(yè)節(jié)能管理策略時首先從優(yōu)化設計入手，在設計初期應用成熟的先進技術創(chuàng)造節(jié)能的先天條件，對于已經投運已久的企業(yè)主要從技術改造方面創(chuàng)造節(jié)能的條件。其次是選擇應用最適宜的后天技術（電解槽工藝條件擺布、電解槽控制及電解槽的管理等）。

【參考文獻】

[1]萬家企業(yè)節(jié)耗目標責任考核實施方案（發(fā)改辦環(huán)資[2012]1923號）.

[2]節(jié)能減排“十二五”規(guī)化 （國發(fā)〔2012〕40號）.