鋁電解槽節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)ppt

1、 鋁電解槽節(jié)能技術(shù)培訓(xùn)生產(chǎn)部技術(shù)室2012.8.231.歷史背景 “十二五”（2011-2015 年）是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要 戰(zhàn)略機遇期，也是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，加快建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型工業(yè)體系的關(guān)鍵時期。工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，經(jīng)濟增長的能源資源和環(huán)境約束日益強化，工業(yè)作為能源消耗的主要領(lǐng)域，是節(jié)能工作的重點和難點，編制并實施好工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃，對于促進工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，確保完成節(jié)能減排約束性目標(biāo)具有重要意義。 一、“十二五”期間國家對電解鋁企業(yè)的節(jié)能要求2.電解鋁行業(yè)的具體要求及目標(biāo) 2.1 推廣新型異型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽、新型導(dǎo)流結(jié)構(gòu)鋁電解槽、高陽極電流密度超大型電

2、解槽，到2015年新型電解槽普及率達80%以上。 2.2 鋁錠綜合交流電耗2010年達到14013kwh/t,2015年要達到13300kwh/t，下降目標(biāo)為5.1%。二、國家及鋁行業(yè)層面的節(jié)能技術(shù)推介1.目前中國電解鋁工業(yè)平均生產(chǎn)能源消耗接近國際先進水平2.電解鋁工業(yè)節(jié)能降耗的主要途徑2.1提高供電系統(tǒng)效率 推廣采用晶閘管整流裝置 對現(xiàn)有二極管整流系統(tǒng)進行技術(shù)提升改造 提高整流效率，降低供電過程中的電能損耗2.2降低電解槽平均電壓，減少無功能耗 降低e反，即主要是降低過電壓(陽極過電壓隨電流密度升高而升高，隨電流密度降低而減小。此外，過電壓也與a1zo；濃度有關(guān)，隨a1zo：濃度的增加而減小

3、。 ) 提高電解質(zhì)電導(dǎo)率，即減少電解質(zhì)電壓降 提高電解槽控制水平，降低陽極效應(yīng)系數(shù) 降低陰極電壓降 電解槽上陽極壓降 2.3 提高電流效率，降低電耗2.4 淘汰能耗較高的小型預(yù)焙鋁電解槽生產(chǎn)能力2.5 合理延伸產(chǎn)品鏈2.6 優(yōu)化工藝制度，提高作業(yè)效率 綜合優(yōu)化鋁電解槽焙燒、啟動和正常生產(chǎn)工藝技術(shù) 優(yōu)化陽極更換作業(yè)，盡可能縮短作業(yè)時間 集成創(chuàng)新電解槽大修技術(shù)，提高槽壽命 加強資源計量管理3.堅持自主創(chuàng)新，實現(xiàn)跨越發(fā)展3.13.1大力推廣應(yīng)用“賽爾”開關(guān)技術(shù)，保持生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定“賽爾”開關(guān)：多點分流；同步運行開關(guān)組；提高了電解鋁系；列生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 3.2開發(fā)鋁電解槽余熱回收與利用技術(shù) 余熱回收鋁電

4、解槽溫度場的優(yōu)化設(shè)計 合理選擇換熱介質(zhì)、電解槽鋼殼材料以及換熱介質(zhì)容器 電解槽的能源利用率由目前的48%提高到60%左右3.33.3集成創(chuàng)新低溫型鋁電解新工藝 掌握低溫鋁電解過程特性 采用數(shù)學(xué)模擬方法，研究分析低溫鋁電解槽溫度場、電磁場和流動場的變化規(guī)律 使電解溫度由目前的950左右降到電解溫度900以下，直流電耗降至12000-12400kwh/tal3.43.4優(yōu)化配置低電壓低排放電解鋁新工藝 創(chuàng)新開發(fā)全石墨化碳/硼化鈦復(fù)合陰極制備技術(shù) 抗氧化、高電導(dǎo)、電催化型炭素陽極制備技術(shù) 優(yōu)化配置新型電解槽上部集氣裝置，使集氣效率由目前的不足98%提高到99%以上 積極探索低極距鋁電解工藝和低電壓電

5、解條件下的過程控制技術(shù)，實現(xiàn)低工作電壓條件下的穩(wěn)定運行，陽極效應(yīng)系數(shù)小于0.05，cfn溫室氣體減排50%以上。3.53.5實現(xiàn)鋁電解槽固體廢棄物綜合利用技術(shù)產(chǎn)化采用浮選法回收炭粉和電解質(zhì)，浮選后回收的炭粉可用于制造陽極保護環(huán)、冷搗糊或陰極炭塊，實現(xiàn)廢舊陰極碳塊的綜合利用 采用物理與化學(xué)相結(jié)合的辦法，回收其中的電解質(zhì)和碳化硅粉，電解質(zhì)返回鋁電解槽使用，碳化硅粉用于制造電解槽側(cè)部碳化硅磚，實現(xiàn)碳化硅的綜合利用技術(shù) 廢舊耐火材料用于生產(chǎn)鋁硅合金等。電解鋁固體廢棄物總體回收利用率達到98。三、近些年我國鋁電解企業(yè)在節(jié)能工作上所取得的一些成績1 、歷史沿襲 2003-2008年：企業(yè)內(nèi)部挖潛降耗階段，

6、包括優(yōu)化電解質(zhì)成分、降低槽母線歐姆壓降及接觸壓降、改進焙燒啟動方法（燃?xì)夥ǎ?段法等）、運用節(jié)能設(shè)備等。2008-至今：在節(jié)能新技術(shù)倡導(dǎo)下，積極開展企業(yè)全方位的節(jié)能減排工作。其中兩大節(jié)能技術(shù)代表有：（1）東大馮乃祥與重慶天泰研發(fā)，并在浙江華東鋁業(yè)應(yīng)用成功的異型陰極結(jié)合低電壓技術(shù)，噸鋁錠電耗平均為12790kwh。2006-2007低電壓系列化生產(chǎn)技術(shù)，最早在中孚鋁業(yè)公司320ka電解槽系列實現(xiàn)，成功的印證了低電壓技術(shù)的可操作行并指明了對電解未來節(jié)能技術(shù)方向。 （2）由東北大學(xué)、中南大學(xué)、云鋁公司、中孚公司共同承擔(dān)的“十一五”國家科技支撐計劃“低溫低電壓鋁電解新技術(shù)”，項目于2010年1月28日

7、獲得了國家科技部的批復(fù) ，噸鋁直流電耗較2009年平均低1000kwh。 2、典型案例 河南萬基鋁業(yè)早在2003年萬基鋁業(yè)二分廠建設(shè)初期就高起點規(guī)劃建設(shè)國內(nèi)第一條石墨化陰極生產(chǎn)線，建設(shè)國內(nèi)第一條全石墨化陰極電解槽系列，2006年元月萬基鋁業(yè)二分廠第一條全石墨化陰極15萬噸電解槽系列啟動投產(chǎn)，2006年8月全部啟動完畢，2006年12月系列電流強化至335ka，2007年完成鋁錠產(chǎn)量18.36萬噸，增加產(chǎn)值3.3萬噸，節(jié)約投資約2億元以上。 3、1995-2006年我國電解鋁直流電耗和鋁錠綜合交流電耗變化圖四、(節(jié)能型)電解槽生產(chǎn)技術(shù)條件與操作1. 兩個水平電解質(zhì)水平與所有電解槽一致，應(yīng)保持18

8、cm 20cm，鋁水平的保持與磁場設(shè)計、電流強度高低、槽齡等相關(guān)。一般磁場狀況好，系列電流強度( 陽極電流密度) 小，槽齡短，鋁水平可低一些。原則是使電解槽能在低電壓狀態(tài)下長期處于平穩(wěn)狀態(tài)。陽極電流密度越大，鋁水平保持就越高。按電解槽設(shè)計電流強度、磁場狀況等不同，出鋁后鋁水平一般保持在18cm 25cm 之間。2. 分子比電解質(zhì)分子比越低，壓降越高。在低分子比狀態(tài)下降低槽電壓，就得大幅降低極距。極距的降低有一個界限，實驗表明: 當(dāng)極距低于3.5cm 時，電流效率將急劇下降。因此，最好的方法是保持足夠的有效極距，使電解質(zhì)中含lif 是一種有效方式。3. 操作3. 1 出鋁作業(yè)在低電壓低極距的狀態(tài)

9、下，為保證平穩(wěn)生產(chǎn)，所以對出鋁的準(zhǔn)確性要求更高，所謂準(zhǔn)確性是指產(chǎn)出多少鋁就抽出多少鋁，使電解槽中的鋁量基本穩(wěn)定，才可保持電解槽的熱平衡起落最小。3. 2 換極作業(yè)極距達到臨界值的電解槽，更怕外界的干擾，換極后電解槽電流分布產(chǎn)生了變化，物料平衡和能量平衡都被暫時打破。因此，需要通過精細(xì)化操作把電流分布，物料、能量的變化控制到盡可能低的程度。3. 3 保溫料的覆蓋添加極上保溫料看似簡單，但實際上很重要，要注意盡量減少因換極使氧化鋁無組織進入槽內(nèi)。其次，最大限度地減少熱量從電解槽殼面散發(fā)，必須要將保溫性能良好的細(xì)粉狀物料覆蓋在陽極和槽周圍加工面上，殼面各部位要避免無序冒火，塌殼處應(yīng)及時封堵，保持殼面

10、的完整和保溫料的充足。五、目前推行的新工藝技術(shù)及特點目前推行的新工藝技術(shù)及特點 1、1.1 適用槽型：具有節(jié)能型電解槽企業(yè)也適用于不改變電解槽結(jié)構(gòu)的前提下，通過優(yōu)化工藝與控制技術(shù)并強化電流的綜合創(chuàng)新型企業(yè)。 1.2 實現(xiàn)要件：要實現(xiàn)高電流效率，必須采用：低溫、低過 熱度、低氧化鋁濃度電解工藝；要實現(xiàn)減排與節(jié)能，要盡可能采用低效應(yīng)甚至“零效應(yīng)”電解工藝。2、目前完善氧化鋁濃度控制技術(shù)，以低氧化鋁濃度為前提； 適當(dāng)提高電流強度和鋁水平，低溫、低過熱度是關(guān)鍵； 根據(jù)電解質(zhì)成分確定分子比和過熱度，保證電解質(zhì)對氧化鋁的溶解能力，以建立爐膛并保持爐底基本干凈作為工藝控制目標(biāo)； 努力提高工人的操作水平，精細(xì)

11、化操作是持續(xù)穩(wěn)定的保證； 在電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上積極降低槽電壓，節(jié)能降耗才是根本！電壓波動和鋁液變形的原因分析 電壓不穩(wěn)定的直觀原因是鋁液變形造成極距不均勻，而鋁液變形分為離心力變形和電磁力變形。離心力變形是由流速場決定的，主要取決于水平磁場和垂直電流，其對鋁液變形的影響相對較?。浑姶帕ψ冃问怯呻姶艌鰶Q定的，主要取決于垂直磁場和水平電流。 當(dāng)一臺槽的磁場設(shè)計完成以后，電解槽的穩(wěn)定性則基本取決于極距和陰陽極內(nèi)部水平電流分布的均勻性，其中鋁液內(nèi)的水平電流是造成電壓不穩(wěn)定的罪魁禍?zhǔn)?。如果只有垂直磁場，沒有水平電流，再大的垂直磁場也不會產(chǎn)生向上的電磁力，但陰陽極碳塊內(nèi)部的水平電流是客觀存在的，唯一能改變的

12、是由于爐底沉淀和結(jié)殼所產(chǎn)生的水平電流，這就是我們提高現(xiàn)有電解槽穩(wěn)定性進一步降低槽電壓的努力方向。如何解決爐底沉淀和結(jié)殼的困擾呢？ 沉淀和結(jié)殼有很大的區(qū)別。沉淀是電解質(zhì)對氧化鋁的溶解不及時的結(jié)果，其中有過熱度偏低、分子比偏低的原因，更主要的是各種操作對過熱度和分子比的干擾，比如換極、加料等等；結(jié)殼是沉淀溶解不及時的結(jié)果，如果爐底陰極表面溫度長期偏低，沉淀中的冰晶石成分在電解槽的熱平衡波動中大部分返回到電解質(zhì)中，留在結(jié)殼中的基本上是氧化鋁，成分分析表明結(jié)殼中的氧化鋁約占70%左右，而沉淀中的氧化鋁只有40%左右，冰晶石約占50%。結(jié)殼沉積的時間越長，氧化鋁含量越高，比表面積越小，溶解越困難。 爐底

13、沉淀和結(jié)殼怎么溶解呢？ 爐底沉淀的溶解速率可用一級傳質(zhì)方程式表達： 溶解速率ka（c飽和c） k-傳質(zhì)系數(shù)（隨電解槽的測量位置不同而不同） a-電解質(zhì)與沉淀有效界面面積； c飽和-氧化鋁的飽和濃度； c-電解質(zhì)中的實際氧化鋁濃度。 要想溶解沉淀又不降低電流效率，唯一的辦法就是降低氧化鋁濃度。爐底結(jié)殼是不可能直接溶解的，結(jié)殼只有首先軟化為沉淀才能鋁液運動來回到鋁液與電解質(zhì)的接觸界面，從而被電解質(zhì)溶解。生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)爐底沉淀還與爐幫狀況密切相關(guān)，爐幫好的槽其爐底也非常干凈，爐幫薄的槽爐底沉淀和伸腿都難以控制，這又是為什么呢？爐底沉淀和結(jié)殼與爐幫狀況的關(guān)系 理想的爐幫不但能提高電解槽的熱平衡能力，而

14、且提高了陰極電流密度和垂直電流分量，從而提高陰極表明溫度和沉淀的自溶解能力，因此爐幫厚實的電解槽，其爐底狀況也很容易保持。 爐幫狀況差的電解槽，不但熱平衡能力差，陰極電流密度低、垂直電流分量小，而且由于爐幫狀況不穩(wěn)定，當(dāng)爐幫溶化的時候，爐幫中的部分氧化鋁在運動過程中沉入爐底形成沉淀，當(dāng)處理爐底沉淀的時候，往往是爐底沉淀還沒有溶解，爐幫就率先溶化了，這樣的電解槽將長期處于沉淀多、伸腿長、爐幫薄、效率低、電壓高的狀況，因此沒有一個理想的爐膛，就不可能實現(xiàn)低溫低電壓新工藝，就不可能有低電壓和高效率的結(jié)果。怎樣維持爐膛：1.穩(wěn)定槽內(nèi)液體電解質(zhì)量和在產(chǎn)鋁量（保持爐底基本干凈，把好出鋁關(guān)）2.穩(wěn)定電解質(zhì)的

15、分子比和過熱度（避免電解質(zhì)成分和初晶溫度的頻繁波動）3.貫徹“零效應(yīng)”管理思想（絕對不發(fā)生陽極效應(yīng)是不可能的，“零效應(yīng)”是指主觀上不人為等待效應(yīng)，并努力降低效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)持續(xù)時間）4.保持低濃度生產(chǎn)（提高電解質(zhì)對氧化鋁和沉淀的溶解能力，從而為降低電解質(zhì)過熱度和促進爐幫形成創(chuàng)造條件）5.降低換極操作對電解槽的干擾（完善換極作業(yè)后的能量補償和極距補償制度，提高操作質(zhì)量促進新陽極及時導(dǎo)電并防止陽極病變，為實現(xiàn)電壓穩(wěn)定和過熱度穩(wěn)定創(chuàng)造條件）熱平衡的穩(wěn)定是維持爐膛穩(wěn)定的首要條件鋁電解生產(chǎn)中熱平衡的主要影響因素： 1、效應(yīng)（5分鐘，25v，溫度升高30，因此要把效應(yīng) 持續(xù)時間控制于一分鐘以內(nèi)，溫度攀升5

16、左右） 2、大計量投料產(chǎn)生沉淀（大量投料會造成下料點局部溫度、過熱度和氧化鋁濃度的大幅度變化，我們要力爭保持加料前后溫降2以內(nèi)） 3、操作熱損失造成熱平衡和過熱度波動，（ ac前后溫降7.1，補償后降3.4 ，出鋁后溫升56 。） 4、分子比、電流與電壓頻繁變化。出鋁作業(yè)對熱平衡的影響 出鋁作業(yè)也是電解槽熱平衡波動的重要因素。由于出鋁后鋁水平降低從而減弱了電解槽的散熱能力，即表現(xiàn)為體系熱交換系數(shù)的降低，從而造成槽溫的上升。 一般而言出鋁半小時后槽溫會上升6左右，在兩小時后開始下降，在四小時后恢復(fù)到出鋁前的正常溫度。因此國內(nèi)目前的出鋁附加電壓實質(zhì)上不符合電解槽的熱平衡需求，應(yīng)當(dāng)及時地進行改進。出

17、鋁后提高電壓的目的是及時地進行爐底沉淀處理，這對于邊部加工的自焙槽而言是適宜的，但對于采用濃度控制的中心下料預(yù)焙槽來說則是不合理的。換極作業(yè)對熱平衡的影響： 應(yīng)該把換極附加電壓有效延長到2-4小時，同時把換極附加電壓提高到120150毫伏，然后分34個階梯逐步下降，根據(jù)過熱度的變化和新陽極逐步導(dǎo)電的特性逐步降低附加電壓，從而保持電解質(zhì)過熱度和極距基本穩(wěn)定。（理想目標(biāo)把電解質(zhì)溫度波動控制與3以內(nèi)） 新極安裝高度控制在510毫米內(nèi)，促進新陽極盡快達到全電流。（目標(biāo)是實現(xiàn)新極在1820小時內(nèi)達到全電流）3.10氧化鋁下料量對熱平衡的影響對熱平衡影響最頻繁的是氧化鋁加料作業(yè)，最劇烈的是更換陽極作業(yè)。雖

18、然自法鋁1975年開發(fā)點式下料技術(shù)以來加料作業(yè)的連續(xù)性得到了很大的提高，但理論計算表明，按240ka電解槽計算，下料量每日減少100kg則用于預(yù)熱氧化鋁的熱支出將減少56kwh，假定同日效率降低0.5%則二次反應(yīng)的潛熱還要增加39kwh，相當(dāng)于提高15mv電壓所增加的熱收入。因此我們必須力爭實現(xiàn)氧化鋁的平穩(wěn)添加和完全溶解，并通過過欠量加工形式的頻繁轉(zhuǎn)換來減弱過欠量加料對電解槽熱平衡體系的干擾 3.11保持下料點火眼暢通的必要性 1、下料點的火眼有利于加強局部的熱交換能力，提高下料點的電解質(zhì)流速，有利于氧化鋁的預(yù)熱和溶解。 2、下料點的火眼能使氧化鋁在電解質(zhì)表面鋪展和分散，擴大氧化鋁在電解質(zhì)中接

19、觸界面，擴大了熱交換界面，甚至以單個顆粒溶解，從而提高了氧化鋁的溶解速率并減弱了冷料對電解質(zhì)過熱度的影響。 3、有利于碳渣從火眼噴出，保持電解質(zhì)潔凈。低氧化鋁濃度控制技術(shù)與物料平衡 采用饑餓式濃度控制思想，保持欠量周期轉(zhuǎn)換到過量周期時濃度不低于1.5% ，過量周期轉(zhuǎn)換到欠量周期周期時濃度不高于2.5%。最佳濃度范圍最佳濃度范圍 1.52.5%al203% 飽和區(qū)r效應(yīng)區(qū)效應(yīng)區(qū)不敏感區(qū)可控區(qū)適當(dāng)提高鋁水是我國的槽型設(shè)計決定的。 雖然國際上大型預(yù)焙槽的鋁水平都處于20cm左右，但從以下磁場和流速數(shù)據(jù)分析，我們就能夠理解為什么要提高鋁水平。230ka槽型磁場bz,gs鋁液流速cm/s國外某設(shè)計方案3

20、.34.2國內(nèi)某設(shè)計方案9.1715.85我們對低過熱度的認(rèn)識 1、低過熱度往往是高鋁水工藝成功的必然結(jié)果 2、電解質(zhì)粘度偏高是低過熱度的顯著特征 3、低過熱度工藝對提高電流效率具有積極的意義 4、低過熱度降低了電解質(zhì)對氧化鋁的溶解度和溶解速率 3.15低過熱度的實現(xiàn) 1、低過熱度技術(shù)是一門非常精細(xì)的管理技術(shù)，需要可靠的濃度控制能力和熱平衡控制能力； 2、低過熱度是建立爐幫的必然條件，保持810的過熱度是可以實現(xiàn)的，但對于我們國內(nèi)的氧化鋁質(zhì)量和電解質(zhì)成分而言，1012 更有利于平穩(wěn)生產(chǎn)； 3、加大對換極作業(yè)的熱補償力度 ，才能提高對低過熱度的控制能力； 4、保持下料點火眼暢通 ，提高下料點局部對氧化鋁的溶解能力，為降低過熱度創(chuàng)造條件； 5、保持下料系統(tǒng)穩(wěn)定并實現(xiàn)均勻下料 。六、我廠鋁電解節(jié)能工作現(xiàn)狀分析 1.過程回顧：2010年年底開始低電壓并結(jié)合強化電流實驗開始，到2011年中旬全面推廣，到現(xiàn)在的多措并舉。（調(diào)整電解質(zhì)成分、控制效應(yīng)、繼續(xù)降低槽溫、加鈣加鎂實驗等） 2.取得成績： 項目項目原鋁產(chǎn)量（萬噸）效率效應(yīng)系數(shù)電壓鋁錠電耗電流強度2010年12.7294.53 0.364.149142833283202011年12.9293.780.214.077141423349592012.1-7月7.5392.720.094.05714199338522 3.影響進一步節(jié)能降耗工作