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        鋁電解的節(jié)能降耗措施及節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用

        2019-10-15 06:55:54張世全黃河鑫業(yè)有限公司
        數(shù)碼世界 2019年10期
        關(guān)鍵詞:鋁液電耗節(jié)電

        張世全 黃河鑫業(yè)有限公司

        1、概述

        電解鋁是用電大戶,電耗占噸鋁成本的40%左右,如果做好電解工藝和動力用電方面的節(jié)能降耗工作,降低噸鋁綜合交流電耗可有效提高公司的經(jīng)濟效益。該廠開展多種形式的節(jié)能宣傳活動,以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),以提高和優(yōu)化能源利用率為目標(biāo),按照“減量化、再利用、資源化”的原則,實現(xiàn)以盡可能少的能源消耗和盡可能小的環(huán)境代價,獲取盡可能大的經(jīng)濟和社會效益,建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會,堅持技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造節(jié)能與技術(shù)管理節(jié)能并重的原則,加大技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造節(jié)能的投入力度,強化技術(shù)管理節(jié)能為主的節(jié)能戰(zhàn)略。為此該廠特成立節(jié)能規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組,制定《能源標(biāo)準(zhǔn)量化管理實施細則》,強化管理,使廣大員工清楚地認識到能源的重要性,抓好、管好能源的利用,以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo),創(chuàng)建節(jié)約型企業(yè)。

        2、工藝節(jié)電措施

        工業(yè)鋁電解槽噸鋁的直流電單耗,與電解槽的平均電壓和電流效率兩個因素有密切關(guān)系,電流效率的提高哪怕是1%也是相當(dāng)困難,因此我們主要從降低平均電壓進行挖潛來降低電解生產(chǎn)過程中的電能消耗,我們目前主要采取的措施是通過保持合理的工藝技術(shù)條件,使槽況平穩(wěn),加強日常操作質(zhì)量,同時優(yōu)化改進電解槽計算機控制參數(shù)。繼續(xù)加強節(jié)能降耗工作,要做好工藝節(jié)電工作,主要是降低電解槽平均電壓,應(yīng)從以下幾個方面挖掘潛力,尋求可節(jié)電的空間:

        2.1 降低線路壓降

        (1)提高操作質(zhì)量,嚴肅工藝紀律,降低卡具壓降、端頭壓降、短路口壓降和爐底壓降。使用導(dǎo)桿清洗劑,降低導(dǎo)桿和陽極墊板接觸壓降;使用陽極鋼爪保護炭環(huán),降低陽極鋼-炭接觸壓降??ň邏航怠?mv;墊板壓降≤4mv;短路口壓降≤30mv;端頭壓降A(chǔ) 側(cè)≤18mv、B 側(cè)≤5mv。

        (2)優(yōu)化技術(shù)條件,目前該廠爐底壓降平均都在400mv 以上,與先進水平350mv 相比差距較大,力爭降低爐底壓降值20 mV 左右。因此,電解車間需加強操作質(zhì)量,對爐底壓降每周測量一次,對于爐底壓降大于400mV 的電解槽,及時調(diào)整分子比、槽溫、下料間隔等技術(shù)參數(shù),將爐底壓降控制在允許的范圍(槽齡低于800 天的電解槽不得大于380mv;槽齡在800 ~1200 天的電解槽不得大于400mv;槽齡高于1200 天的電解槽不得大于450mv)。

        2.2 降低效應(yīng)分攤電壓

        效應(yīng)電壓是指發(fā)生效應(yīng)的電壓分擔(dān)值(V 效應(yīng))如果陽極的質(zhì)量不過關(guān),效應(yīng)在鋁電解生產(chǎn)中也有一定的益處的。當(dāng)電解槽發(fā)生陽極效應(yīng)時,電解質(zhì)對炭渣濕潤性不良,利于炭渣從電解質(zhì)中分離出來,改善電解質(zhì)的性質(zhì)和補充熱平衡。在冰晶石-氧化鋁熔鹽電解中,陽極效應(yīng)是發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。當(dāng)其發(fā)生之時,槽電壓從4.1~4.2 V 左右升高到20 ~50V,因而能量消耗增加到5 ~12 倍。這是影響平均電壓的一個因素。

        陽極效應(yīng)分攤的電壓按照下式來計算:

        式中 k ——陽極效應(yīng)系數(shù),次。(槽.d)-1

        U效應(yīng)——陽極效應(yīng)發(fā)生時的槽電壓,V

        U槽——平時的槽電壓,V

        T——陽極效應(yīng)延續(xù)的時間,min

        如果 k=1.0 次/(槽.d),U效應(yīng)=30V,U 槽=4V,T=3min

        則 △U效應(yīng)=(30-4)×3/1440 =0.050(V)(即50mv)

        以160kA 電解槽為例,一臺電解槽發(fā)生一次陽極效應(yīng)要多消耗電能548.8MJ。

        從該式看來,減小k,縮短T,或降低U效應(yīng),都可以使△ U效應(yīng)減低。在一二十年以前,每槽每日陽極效應(yīng)次數(shù)為2 ~3 次,現(xiàn)在已減少到0.05~0.1次。采取模糊自動控制下料的電解槽的效應(yīng)系數(shù)大為降低。

        降低效應(yīng)分攤電壓,主要是控制陽極效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)持續(xù)時間。效應(yīng)的發(fā)生取決于兩個因素:氧化鋁濃度、槽溫。保證打殼、下料機構(gòu)和槽控機系統(tǒng)的正常運行,同時保持電解槽各種技術(shù)參數(shù)的合理搭配,確保電解槽的平穩(wěn)運行,因槽制宜延長陽極效應(yīng)等待周期。另外,對停開槽時間做出科學(xué)合理的安排,盡量減少停開槽次數(shù),且對在停開槽時發(fā)生的效應(yīng)要求及時熄滅。每班及時檢查電解槽打殼下料系統(tǒng),防止電解槽因缺料而發(fā)生突發(fā)效應(yīng)。加強對新開槽的管理,將定時下料時間由原來的42 天縮短為30 天,且將加料間隔縮短為290 ~310 秒,將新開槽效應(yīng)系數(shù)控制在≤0.5 個/槽.日。通過以上措施,力爭控制效應(yīng)系數(shù)≤0.05 次/槽.日,效應(yīng)持續(xù)時間≤3min,則效應(yīng)分攤電壓至少可降低6.5mv。

        2.3 降低平均電壓措施

        加強電解槽電壓的巡視看管,對于工作電壓持續(xù)高于設(shè)定電壓的電解槽及時分析原因,從根源上進行解決;嚴抓電解車間陽極保溫工作,形成統(tǒng)一的添加方法,避免電解槽能量的無償損失,確保電解槽能量平衡;杜絕病槽的出現(xiàn),避免因病槽產(chǎn)生高電壓而造成的電壓損失和效率損失。

        平均電壓由三個部分組成:V平均=V工作+V效應(yīng)+V黑

        V 黑 :也叫線路損耗電壓,降低黑電壓可以通過改善導(dǎo)體的接觸點和電解槽的絕緣性能,增加導(dǎo)電母線的截面積著手,但要增加對設(shè)備的投入資金,所以潛力不大。

        若電解槽使用絕緣條可取得較好的經(jīng)濟效益。如某公司電解母線黑電壓為50mV,若使用絕緣條后可將黑電壓降到36mV,平均電壓降了14mV(平均電流180KA,電流效率93%,整流效率95%),年可節(jié)約交流電量:

        121608t×14/(0.3355×0.93×0.95)kW.h/t=5743691kW.h

        年創(chuàng)效益:5743691kwh×0.3 元/kW.h =172 萬元。

        采取工藝節(jié)電措施后,2007 年直流電單耗由2006 年全年的13199kW.h/At-t 降低到13080kW.h/At-t,節(jié)約直流電單耗119kW.h/At-t。

        3、制定嚴格的動力節(jié)電措施

        動力設(shè)備用電及照明用電電耗占綜合交流電耗的2%左右,盡管節(jié)電量較小,但要抓好日常節(jié)電及動力節(jié)電,主要從以下幾個方面開展節(jié)能降耗工作:

        3.1 照明用電

        照明用電分為日常生活用電和生產(chǎn)廠房用電。根據(jù)季節(jié)和天氣情況,制定了嚴格的開、關(guān)燈時間,并對操作室、庫房照明用電做到人走燈滅;庫房、修理間照明總功率不得超過500W;休息室、操作室照明總功率不得超過200W,盡管節(jié)電量很少,但可增強員工的節(jié)電意識。

        3.2 動力設(shè)備節(jié)電措施

        (1)建立“安全、平穩(wěn)供電就是最大的節(jié)約”的思想,加強對配電室、配電箱、動力電纜、滑線等供電設(shè)備的點檢及定期檢查工作,對熔斷器、滅弧罩、電纜、刀閘等關(guān)鍵部件一經(jīng)發(fā)現(xiàn)異常立即處理;對電解槽短路口、母線絕緣、槽殼母線與地坪間隙處等部位定期檢查,清理雜物,盡可能降低電流空耗,發(fā)現(xiàn)異常立即處理,不得因此而發(fā)生短路、斷路、放炮等事故影響安全供電。

        (2)加強配電室管理,配電室規(guī)定三相負載電流最大之差不得超過10%,對超過規(guī)定10%的情況,每周調(diào)整一次三相負載電流達到提高電網(wǎng)功率因數(shù)節(jié)約電能的目的。

        (3)對于一些運行時間長,故障率較高或不能滿足生產(chǎn)需要的設(shè)備逐步進行大修改造,降低設(shè)備的無功損耗。

        (4)在全面推行設(shè)備專業(yè)點檢工作的基礎(chǔ)上,逐步開展風(fēng)機、水泵等設(shè)備的經(jīng)濟運行監(jiān)測工作,避免大馬拉小車和空載運行的現(xiàn)象;

        (5)按照電氣精細化管理工作要求開展工作,降低電氣設(shè)備故障,提高設(shè)備運轉(zhuǎn)率。對有備用設(shè)備的情形,要根據(jù)生產(chǎn)實際情況,在開一臺設(shè)備即可滿足工藝、生產(chǎn)需要的,絕不允許開兩臺或兩臺以上的備用設(shè)備。嚴格按照工藝條件操作設(shè)備,杜絕設(shè)備空運轉(zhuǎn);

        (6)要對電焊機的使用進行嚴格管理,在停頓間歇較長時(30 分鐘以上),需關(guān)閉電焊機主電源。

        (7)鑄造車間混合爐均在自動控溫狀態(tài)下工作,杜絕手動控制溫度。及時更換斷爐絲或調(diào)整負載情況,做到單臺爐三相負載平衡,達到全車間總負荷三相負載平衡,以達到提高功率因數(shù)節(jié)約電能的最終目的。加強對操作人員的工藝紀律檢查和考核,以防止?fàn)t溫過高而造成的不必要的浪費。加強對爐內(nèi)鋁液攪拌、扒渣工作,減少渣子的堆積,降低熱損失。同時還盡量縮短除渣時間,減少輻射熱損失。合理控制爐溫,不斷優(yōu)化鋁水溫度控制,在保證質(zhì)量、工藝要求的情況下,盡可能降低鋁水溫度,從而降低消耗,具體計算如下:

        目前混合爐設(shè)計功率為450kw,實際只開動了約200kw,如果合理安排抬包出鋁,及時倒料,減少熱能損失,電耗有望得到降低。我們用一臺混合爐做試驗150 天,目前混合爐內(nèi)鋁液的平均溫度為720℃,現(xiàn)確定混合爐鋁液溫度為700℃,當(dāng)達到700℃時,再手動斷電確保爐溫,對鑄造出的鋁錠質(zhì)量進行檢驗,試驗溫度為700℃時能否滿足生產(chǎn),如若可行,再向其它爐推廣。這樣把鋁液溫控制到700℃時,節(jié)省的電能:電能利用率按45%,鋁的比熱為900 焦/(千克.℃),計算鋁液溫度降低20℃,全年鋁錠產(chǎn)量按121608t 計算,則噸鋁電耗降低為:

        Q=cm△t/10%=900×121608×103×20/45%= 4.9×1012 焦

        則噸鋁電耗降低:4.9×1012/1000/24/150/121608 =11kw.h /t

        通過將鋁液溫度降低20℃(即鋁液溫控制到700℃)進行生產(chǎn),鋁錠噸鋁電耗有所降低,與計算結(jié)果基本相同,為此大力推廣在其它混合爐生產(chǎn)中控制鋁液溫度達到降低電耗的目的。

        采取有效措施后,動力電耗由2006 年的291kW.h/At-t 降低到269kW.h/At-t,動力電耗降低了22.5 kW.h/At-t。

        4、節(jié)能新產(chǎn)品的應(yīng)用

        該廠在采取有效的節(jié)能措施的同時,還應(yīng)用了新產(chǎn)品對設(shè)備進行節(jié)能改造,在節(jié)能降耗方面做出了突出的貢獻。鋁電解用可潤濕性陰極以取代現(xiàn)行的碳素陰極材料,以達到節(jié)能降耗和延長槽壽命的目的,并最終與惰性陽極配合,改變現(xiàn)行電解槽和電解工藝。TiB2 是最理想的鋁電解可潤濕性陰極材料,并且能被金屬鋁液良好潤濕。利用TiB2 和良好導(dǎo)電性及其與鋁液的良好潤濕性,以樹脂或無機物溶膠作粘結(jié)劑,涂覆于現(xiàn)行工業(yè)鋁電解槽碳陰極表面,達到改善鋁電解槽陰極工作狀態(tài),降低爐底壓降,實現(xiàn)節(jié)能增效和延長電解槽壽命的目的,陰極硼化鈦涂層同半石墨化陰極炭塊性能指標(biāo)的對比見表1,由表可見陰極硼化鈦涂層對鋁電解的重大意義。

        表1 陰極硼化鈦涂層同半石墨化陰極炭塊性能指標(biāo)的對比

        關(guān)于TiB2 涂層在現(xiàn)行工業(yè)電解槽上的作用,容易存在認識上的誤區(qū)。誤區(qū)之一是,TiB2 涂層壽命只有2~3 年,即使起作用也只有2~3年;誤區(qū)之二是,TiB2 消耗完畢后,電解槽陰極吸收電解質(zhì)和鈉滲透的總量依然未變,TiB2 因此沒有作用。存在這種認識上的誤區(qū)主要是未深入認識電解槽啟動和運行過程中一些因素的動態(tài)變化對槽壽命的影響。電解槽啟動及啟動后的前2 年(尤其是第一年)是對電解槽壽命具有決定性影響的時段,因為這一時段(尤其是第一年)中,電解質(zhì)和金屬鈉在碳塊中的滲透速率及滲透引起的陰極膨脹顯著大于后期。若這一時段利用TiB2 涂層與鋁液良好的潤濕性使得陰極表面緊緊地“抓住”鋁液,便避免了電解質(zhì)和金屬鈉直接接觸碳塊表面,從而顯著減緩了電解質(zhì)和金屬鈉在陰極炭塊中的滲透速度,對延長電解槽的壽命意義重大,這一點從該廠所停槽記錄可以看出,見表2,所停槽的槽齡在兩年以內(nèi)的占停槽總數(shù)的50%。

        表2 停槽的槽號與槽齡

        5、結(jié)束語

        通過采取了有效的節(jié)能措施,并對電解車間照明系統(tǒng)改造,以及高耗能設(shè)備排煙機采用高壓變頻器控制。通過技術(shù)改造,該廠的鋁錠綜合交流電由2005 年的14409kW.h/Al-t 降低到2007 年的14120kW.h/Al-t,相比降低了289kW.h/Al-t;其中直流電單耗由原來的13313kW.h/Al-t 降低到13080kW.h/Al-t,相比降低了233kW.h/Al-t。動力電由原來的311kW.h/Al-t 降低到269kW.h/Al-t,相比降低了42kW.h/Al-t,從這些數(shù)據(jù)可充分說明節(jié)能降耗工作是很有潛力可挖的,只要采用科學(xué)的管理方法,應(yīng)用新技術(shù),對設(shè)備進行節(jié)能改造,有方向有目的針對性地開展節(jié)能工作,就一定能達到節(jié)能降耗,增產(chǎn)增效的目的。

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