鋁電解低電壓綜合節(jié)能技術(shù)實(shí)施條件和典型應(yīng)用實(shí)例

1、鋁電解低電壓綜合節(jié)能技術(shù)實(shí)施條件和典型應(yīng)用實(shí)例背景氣候變化引發(fā)低碳經(jīng)濟(jì)，節(jié)能減排是低碳經(jīng)濟(jì)重要組成部分。 2009年3月，公司在蘭州召開部分電解鋁企業(yè)控虧增盈會議提出瓣開揉碎、全程對標(biāo)。 2009年5月，國務(wù)院發(fā)布有色金屬產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃 ，12500千瓦時已成為電解鋁新的能耗標(biāo)準(zhǔn)。 從2009年10月，中鋁公司接連召開了氧化鋁、電解鋁結(jié)構(gòu)調(diào)整專題會議，確定了效益優(yōu)先、創(chuàng)新優(yōu)先、存量優(yōu)先的原則。 2010年1月，熊總在人民日報(bào)刊發(fā)文章全方位推進(jìn)國有企業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。 明確提出指出：工藝技術(shù)向生產(chǎn)過程生態(tài)化、資源能源減量化轉(zhuǎn)變 2010年5月國務(wù)院、各部委密集出臺全面清理高耗能企業(yè)的優(yōu)惠電價措施。

2、 現(xiàn) 狀節(jié)能減排不再是一種義務(wù)，而成為企業(yè)生存的途徑國外低電壓節(jié)能技術(shù)背景現(xiàn) 狀 Hydro試驗(yàn)中心有6臺400kA試驗(yàn)槽。 我們有幸成為Hydro外，獲準(zhǔn)參觀該試驗(yàn)槽首批客人。 該試驗(yàn)槽目前運(yùn)行電壓，電流426kA。 陽極電流密度2，直流電耗12300kW.h/t(Al)左右，效應(yīng)系數(shù)次/槽日，效應(yīng)持續(xù)時間，是目前綜合指標(biāo)最優(yōu)的電解槽。 低碳經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)，國外以高電流密度、低電壓節(jié)能為主要目標(biāo)國內(nèi)低電壓節(jié)能技術(shù)國內(nèi)某廠200kA級槽運(yùn)行電壓情況背景現(xiàn) 狀國內(nèi)某廠300kA級槽運(yùn)行電壓情況國內(nèi)低電壓節(jié)能技術(shù)國內(nèi)低電壓節(jié)能技術(shù)背景現(xiàn) 狀國內(nèi)某廠400kA級槽運(yùn)行電壓情況低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)降低卡具

3、、立柱壓接壓降與換極操作、導(dǎo)桿矯直、打磨清理、車間環(huán)境相關(guān)一般有的節(jié)能空間低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)ABCDEFGHI210kA160kA200kA200kA90kA200kA280kA300kA300kA26.937.453.65646.555.135.155.742.6降低鋼爪壓降(mV)與鋼爪尺寸、腐蝕相關(guān)降低爐底壓降(mV)與材質(zhì)、操作、工藝、控制系統(tǒng)相關(guān)210kA160kA200kA200kA90kA200kA280kA300kA300kA370386.8378.6382.7355.5378.3383.6365.7291.8一般有的節(jié)能空間一般有的節(jié)能空間低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)降低鐵炭壓降7

4、854與磷生鐵配方、管理相關(guān)鐵碳壓降差24mV一般有的節(jié)能空間低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)減少陽極氧化，降低電解質(zhì)壓降一般有的節(jié)能空間 在電解槽陽極、陰極質(zhì)量相同的假設(shè)條件下，電流分布越均勻，在相同槽電壓情況下，電解槽最小極距則越大。 極距均勻，可降低極距，從而降低電解質(zhì)壓降。 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)降低電解質(zhì)壓降均勻極距，降低電解質(zhì)壓降一般有的節(jié)能空間使用開槽陽極，有利于陽極氣泡逸出 按照氣泡最短路經(jīng)逸出，陽極開槽，可以縮短氣泡逸出路徑，從而降低陽極氣膜壓降，開槽陽極可以降低氣膜壓降30-80mV。 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)降低陽極過電壓陽極開槽降低陽極過電壓一般有的節(jié)能空間低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)降低電解質(zhì)

5、壓降（深度節(jié)能）提高鋁液，降低電解質(zhì)壓降磁場好的電解槽極距可低達(dá)3cm以下。 一般有的節(jié)能空間 分子比每降低，電流效率提高1%左右，當(dāng)分子比為左右時，電流效率可達(dá)95%。 但分子比的降低，電解質(zhì)導(dǎo)電率降低。 最后追求的是系統(tǒng)平衡。 當(dāng)雜質(zhì)含量高時，需考慮氧化鋁溶解性能，不能引起爐底沉淀電解質(zhì)成分、電流效率低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn) 直流電耗不降低的情況下，電流效率與槽電壓之間的關(guān)系 （初始條件為槽電壓，電流效率92%） 槽電壓降低43mV，其電流效率不得降低1%，否則直流電耗反而會升高。 該結(jié)果也顯示在此條件下，要保持槽日產(chǎn)量不變，電流需強(qiáng)化1%。 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)能量平衡低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)能

6、量平衡 在散熱損失不變的情況下，電流效率變化1%，相當(dāng)于槽電壓變化，電流強(qiáng)化1%，相當(dāng)于槽電壓變化18mV，兩者相加為34mV左右，即在此條件下，電解槽依然會走冷行程。 而電解槽電壓變化10mV，對能量平衡的影響相對有限，因此，采用能量平衡的方法來判斷參數(shù)調(diào)整是否有效，存在不足。 電流效率快速檢測技術(shù)來判斷實(shí)施效果非常必要。 理論分析表明：提高鋁水，可以降低極距。 但是實(shí)際操作中，鋁水平的提高常常帶來許多負(fù)面影響。 如伸腿過長、爐膛內(nèi)型畸形等使電解槽鋁液中水平電流大幅增加，電解槽鋁液不僅沒有穩(wěn)定，反而引發(fā)其它問題。 因此，保持良好的爐膛內(nèi)型將是繼續(xù)降電壓的關(guān)鍵。 依據(jù)爐膛內(nèi)型情況，實(shí)施區(qū)域能量

7、平衡調(diào)整，是確保極距有效降低的重要手段。 極距有效降低的問題 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)能量平衡1、數(shù)據(jù)分析持續(xù)改進(jìn)法 利用數(shù)據(jù)挖掘方法，評價槽電壓等因素對電流效率的影響，如果槽電壓與電流效率的相關(guān)性很弱，則降低槽電壓可以適當(dāng)降低。 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)效果判斷低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)效果判斷 利用電流效率快速檢測方法，快速確定當(dāng)前情況下最佳極距 。 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)效果判斷2、電流效率快速檢測法 低電壓節(jié)能技術(shù)的要點(diǎn)效果判斷3、類比法 在槽型結(jié)構(gòu)相同的條件下，可以采用類比法確定槽電壓。 4、嘗試法（不推薦） 多數(shù)企業(yè)均采用嘗試法來確定槽電壓，即嘗試著降低槽電壓，觀察出鋁量、槽溫、鋁水平、電解質(zhì)水平

8、等的變化。 如果鋁水平不降低、槽溫不升高則認(rèn)為有效。 磁場：垂直磁場小于 Gs，對于350kA以上的電解槽磁場小于 Gs。 控制方面：分子比波動應(yīng)小于；氧化鋁濃度波動的標(biāo)準(zhǔn)差小于0.5%；電解溫度波動要小于5。 原材物料：符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求實(shí)施低電壓節(jié)能技術(shù)的條件 滿足上述條件的基礎(chǔ)上，槽電壓可以達(dá)到以下，按傳統(tǒng)電流效率計(jì)算方法測算的直流電耗可小于12500kW.h/t(Al)。 磁場不同，電解槽可獲得的指標(biāo)不同，電流密度、槽電壓密切相關(guān)，各企業(yè)應(yīng)根據(jù)效益最大化原則，匹配工藝技術(shù)條件 對電解槽保溫結(jié)構(gòu)需按照穩(wěn)定鋁液的基本要求來重新設(shè)計(jì)，所以，需要1-3萬元資金，對電解槽能量平衡進(jìn)行改造。 50

9、8#電解槽卡具壓降散點(diǎn)圖（Y軸單位為mV） 良好的換極與導(dǎo)桿管理下的卡具壓降散點(diǎn)圖 卡具壓降平均值為，可降低13mV節(jié)能潛力某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例殘極高度測試結(jié)果散點(diǎn)圖 標(biāo)準(zhǔn)殘極高度散點(diǎn)圖 殘極高度為11cm左右的占3.3%，其余96.7%的殘極高度均在13cm以上； 節(jié)能潛力某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例鋁水平/cm極距/cm極間壓降/mV分子比過熱度/電解溫度/相關(guān)度R20.03660.15240.2280.48780.05170.1134相關(guān)度排序632154影響幅度0.01440.74080.0019-1.97680.02510.02

10、84 極間壓降和極距，但影響幅度較小，如極間壓降變化1000mV，電流效率僅提高1.9%；極距變化1cm，即相當(dāng)于槽電壓變化350mV，電流效率變化0.74%。 分子比與電流效率的關(guān)系相關(guān)性最強(qiáng)，且影響幅度最大。 按照聚類分析的辦法分析可知，出鋁口鋁水平在27-29cm左右是比較適宜的。 節(jié)能潛力某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例跟蹤槽瞬時效率測試結(jié)果槽號電流效率/%電壓/V電流/kA電解溫度/鋁水平/cm電解質(zhì)水平/cm138 91.76 4.030 308.6936.026.0 18.0 238 93.27 3.990 308.5931.029.0 18.0 308 93

11、.50 4.033 308.6936.228.0 21.0 60892.59 4.045 308.9937.028.0 21.0 50890.09 4.015 308.9939.026.0 14.0 43888.34 4.070 308.7957.227.0 11.0 平均91.59 4.031 308.7939.4 27.3 17.2 扣除438、508后，平均電流效率92.78%。 過程跟蹤某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例實(shí)施效果某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例實(shí)施效果某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例2009年與2008年相比陽極

12、毛耗降低24.2kW.h/t(Al)實(shí)施效果某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例2009年與2008年相比電流效率約有升高實(shí)施效果300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例2009年與2008年相比能耗降低232.4kW.h/t(Al) （1）減少電能消耗產(chǎn)生的效益 通過本項(xiàng)目實(shí)施，在電流效率沒有受到影響的情況下，可以明顯降低鋁液直流電耗。 2009年鋁液直流電耗完成，較2008年平均下降了，系列產(chǎn)量按2009年實(shí)際產(chǎn)量萬噸、電價按元/度和實(shí)際整流效率計(jì)算，全年減少電能消耗節(jié)約電費(fèi)2287萬元。 （2）降低陽極毛耗產(chǎn)生效益 通過本項(xiàng)目實(shí)施，鋁液陽極毛耗得到明顯降低。 20

13、09年鋁液陽極毛耗完成，較2008年平均相比降低了，全年節(jié)約陽極4332噸，按照陽極價格2500元/噸、殘極價格1200元/噸計(jì)算，全年節(jié)約陽極產(chǎn)生效益萬元。 兩項(xiàng)合計(jì)，全年直接效益3004萬元。 實(shí)施效果某廠300kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例200kA電解槽實(shí)施事例低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例 2009年與2006年相比，槽日產(chǎn)量增加96kg，增產(chǎn)6.3%，陽極毛耗降低33kg，鋁錠綜合電耗降低，低達(dá)，2010年1-3月，槽電壓繼續(xù)降低，綜合能耗達(dá)到13717，但時間短，還有待進(jìn)一步考察。 20062007200820092010.1-32009-2006電流強(qiáng)度(kA)204.2

14、7 211.65 214.65 213.99 214.22 9.714 平均槽電壓(V)4.180 4.121 4.107 4.099 4.045 -0.081 槽日產(chǎn)量（噸/槽日）1.517 1.585 1.613 1.613 1.619 0.096 綜合電耗（kW.h/t-Al)14663 14096 13980 13901 13717 -762 陽極毛耗(kg/t-Al)517.7 493.7 480.8 484.6 484.6 -33.0 電流效率（%）0.9220 0.9297 0.9328 0.9358 0.9383 直流電耗（kW.h/t-Al)13510 13209 13118 13052 12848 綜合-直流（kW.h/t-Al)1153 887 862 849 869 低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的事例162kA實(shí)施效果陽極電流密度2，槽齡最長2900天。 電壓平衡情況兩端進(jìn)電陽極卡 具8.9鋁導(dǎo)桿20.9鋼 爪45陽極碳塊277.2小 計(jì)369.4母線合計(jì)267.1極間2889.5爐 底340.3總 計(jì)3866.3槽號槽電壓平均值標(biāo)準(zhǔn)差1073.853.60.11023.893.790.26極距槽號項(xiàng)目平均值兩端進(jìn)電電解質(zhì)18鋁水平23兩水平低電壓節(jié)能技術(shù)實(shí)施的