全电流不停电启、停槽技术的研究与应用

郭保军　王新元

摘要：针对电解铝生产过程中新槽启动需要系列停电，超温波动，产量减少，阳极效应增多等的缺点，研制开发出全负荷不停电启动装置，起到节约资源，提高效益的目的。

关键词：全电流 启停槽 节能

中图分类号：TF4 文献标识码：B 文章编号：1673-1069（2009）02-0000-00

0 引言

电解铝生产，一般都采用冰晶石—氧化铝熔盐电解法。该法是以冰晶石为熔剂，氧化铝为熔质，以碳素体做两极，然后在电解槽内通入强大的直流电。在940~960℃温度下，在电解槽内产生电化学反应，在阴极上析出铝，阳极上产生二氧化碳和一氧化碳的混合气体。电解过程中还产生大量的烟气及粉尘，直接排入大气会对环境造成污染。电解槽烟气采用干法烟气净化及氧化铝超浓相输送工艺。该工艺采用氧化铝做吸附剂，吸附电解烟气中的氟化氢以净化有害气体。吸附后的氧化铝除一部分做为吸附剂循环使用外，其余全部通过氧化铝超浓相输送系统输送到电解槽的料箱中，供电解生产使用，净化后的烟气排入大气。

1 阳极效应及对电解槽的影响

阳极效应是铝电解生产过程中阳极上发生的现象，其效应对铝电解生产既有正面影响，也有负面影响。

1.1 阳极效应的正面影响：①有利于电解质中炭渣的分离；②可以使黏附在阳极表面上的炭渣得到清理；③有利于熔化槽底的沉淀。

1.2 阳极效应的负面影响：①发生阳极效应时，阳极上会产生碳氟化合物气体CF₄和C₂F₆，并进入大气。虽不对大气的臭氧层有破坏作用，但它们是很强的温室效应气体，CF₄和C₂F₆温室效应分别是CO2气体的6500倍和9200倍；②阳极效应会熔化槽帮结壳，使电解质分子比增加；③阳极效应会增加电能消耗，提高电解质的温度；④阳极效应会增加铝的损失（特别是当使用鼓入空气或插入木棒的方法熄灭阳极效应时）；⑤阳极效应时，使阳极底表面附近电解质温度大幅升高，从而大大增加氟化盐的挥发损失。由以上可以看出，铝电解槽发生阳极效应对铝电解槽的负面影响大于正面影响。因此，先进的铝电解生产技术是努力降低电解槽阳极效应系数，一旦发生，要尽可能缩短效应时间。

2 问题提出

生产中，所用电解槽采用低压大电流直流电源供电，且多台电解槽串联，而电解铝生产要求定期或不定期将一台或多台槽停电大修。在一百多年的电解铝生产历史中，目标电解槽停电或通电时，只好将全系列断电，即其它非目标电解槽也需在这个时间内停止供电。这不仅会影响整个系列电解槽的生产管理，降低槽寿命；这种大负荷波动极易对电网安全运行造成危害。对于铝电合一的电解铝企业，还导致发电量降低、能耗大幅度增加；而且将目标槽短路后再断开和接入的方式，由于系列电流太大，直接短路操作会产生能量很高的直流电弧，甚至可能引起爆炸，威胁人身和设备安全。频繁停、启槽会使槽温波动，减少产量，随之带来的是槽内条件变化，阳极效应发生，使消耗增高。因此，寻求系列槽不停电停、启槽技术的开发研究从来没有停止过，但始终没有找到很好的解决办法。

3 可行性分析

290kA电解槽以往通槽都将负荷压到10kA后，再进行短路口操作（操作时，短路口的电压降到2V以下）。如果用两个气缸顶住短路口10个接触面中的4个（相当于4个大分流），同时再增加小分流的数量，这样，短路口其余6个面的压降就相当小，人工操作即可将其打开，然后，用气缸把压住的4个面也打开，就能实现对电解槽不停电通槽。可采用不压负荷的通槽方法。

3.1 分流量的大小按50%进行计算。

3.2 气缸的选型：行程>100mm 拉力>1000kg/cm²工作压力>0.6MPa。

3.3 将装置接上气源、电源，在未接入母线回路的槽上进行动作试验，观察动作是否良好。

3.4 在准备通电的槽上加装大分流，安装好装置，将负荷压到200kA，观察效果是否良好。如不打火花且冲击电压在2.5V以内，则进行第2次实验；将负荷压到250kA，再次观察，冲击电压在2.7V以内；可以进行第3次不压负荷，冲击电压在2.8V以内，短路口不再出现火花，即证明实验成功。

4 应用后的效益分析

4.1 节能效果（减少效应） 在应用不停电启动电解槽技术前，电解槽启动和停槽均需要系列停电或降低系列负荷（降至10kA）后再进行操作，每一次操作需要30min。这不仅影响系列运行的稳定性，造成减产，又增加了阳极效应。每次启动至少增加效应30个。这里所谓效应系数，定义为每天（24h）发生阳极效应的频率（次数）；每个效应电压升高30V；效应时间为6min。电解槽设计寿命为1500~1800d，就是说，电解槽至少每5a需要重新砌槽一次。意味着每年有20%的电解槽要停槽大修重新启动。不停电通槽技术操作已经作为一项工艺规程编入了公司技术规范，在以后的电解生产中熟练应用。公司现有268台电解槽，每年的停槽大修量有54台，每年要进行不停电操作108次，每年节约电耗：

单槽启动节电：290×0.1×30×30=26100kWh

大修启、停槽节电：26100×108＝2818800kWh（１）

新槽启动节电，则：26100×184=4802400kWh（２）

（１）+（２）＝7621200kWh

折合标煤：7621200×0.35/1000=2667.42t

4.2 增产效益 如停电通槽或降负荷通槽的每天按30min计算，平均电流按150kA，电流效率按93%计算，与不降负荷通槽相比，则少产铝为：(290kA×0.3356g/A.h×0.5h×184台×0.93-150 kA×0.3356×0.5h×184台×0.93)×46次=184.92t。

每吨按2万元算，不降负荷通槽多出产值：

184.92×20000=3698400元

若把全电流不停电启、停槽技术在全国进行推广普及应用，其效益非常巨大。

5 结语

要使铝电解生产取得很好的性能指标，不仅要保持技术条件的平稳性，而且要建立良好的热平衡，同时，要最大限度减少无效电压，提高电流效率，以有效降低吨铝电耗。平稳的电解生产是各项技术条件综合作用的结果，各项技术条件之间存在着一定关系。某一项条件发生变化，其他条件也会随之改变，并且发生病槽后电流效率下降，电耗增高。所以，确保技术条件的平稳性，最大限度提高电流效率，可以很好降低吨铝电耗。全电流不停电启、停槽技术的成功应用是电解铝生产工艺的一次突破。