电解铝整流器水风冷却存在的问题探讨

袁瑞敏

摘 要：在电解铝生产过程中，需要直流电流，因此需要使用大功率的整流器。但在具体使用过程中，会因整流器温度过高使电解铝工作被迫停止甚至引发安全事故，因此需要对电解铝的整流器进行冷却。在冷却中，“水风冷却”因成本低、运行稳定、节水性能突出受到了人们的欢迎，在电解铝发展中被广泛应用。本文主要分析电解铝整流器水风冷却存在的问题，并由此提出针对性的解决措施。

关键词：电解铝；整流器；水-风冷却

中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）05-0068-02

Discussion on Existing Problems of Water Cooling in Electrolytic

Aluminum Rectifier

YUAN Ruimin

（Henan Shenhuo Aluminum Company，Yongcheng Henan 476600）

Abstract： In the process of electrolytic aluminum production， a DC current is needed， so a high power rectifier is required. But in the specific use process， because of the high temperature of the rectifier， the electrolytic aluminum work is forced to stop or even cause a safety accident. Therefore， it is necessary to cool the rectifier of electrolytic aluminum. In cooling， "water air cooling" has been welcomed by people because of low cost， stable operation and water-saving performance. It is widely used in the development of electrolytic aluminum. This paper mainly analyzed the problems existing in the water air cooling of the electrolytic aluminum rectifier， and put forward the pertinent measures to solve it.

Keywords： electrolytic aluminum；rectifier；water-air cooling

電解铝就是通过电解得到的铝。现代电解铝在工业生产中主要采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。为了确保电解铝的安全性和可靠性，会使用大功率的整流器水风冷却方式。神火铝电公司永城铝厂目前也采用水风冷却装置，但在实际运行中，会面临夏季运行温度过高和冬季需要防冻等问题。为了解决这些问题，需要加强相关研究。

1 电解铝整流器的冷却

在电解铝生产过程中，需要直流电流，因此会使用整流元件，也就是通过二极管或者晶闸管来把交流电转换成直流电。在电流转换过程中，会产生大量热量，如果其超过了该系统的最大承受能力，整流元件就会因过热被击穿烧毁，导致事故的发生。为了保证整流元件正常工作，需要将整流元件产生的热量通过媒介带走，使运行温度控制在安全范围内。一般来说，在这个环节，会使用整流器中的整流桥臂水冷母线将热量带走，媒介为纯水，然后再利用板式散热器对纯水降温来实现散热的目的。板式散热器利用的降温媒介为工业循环水，工矿企业一般称之为“付水”。当前，在这个环节，国内外电解铝大功率整流器冷却使用的热交换器一般是“水风冷却”和“水水冷却”两种方式。

整流机组冷却系统包括变压器的“油风冷却”和整流柜的“水水冷却”两部分，本文主要阐述整流柜的“水水冷却”。水水冷却运行过程中会遇到以下问题：①水水冷却系统存在设计缺陷和阀门内在质量缺陷。付水系统给水泵密封损坏，形成内漏，因多处阀门不能完全关闭、逆流阀不起作用，水路不能有效截止，检修难度较大；系统水泵为卧式结构，水泵与电机采用连体设计，水泵或电机一旦出现故障，检修必须整体拆卸，作业时间较长，若进行强行修复，可能出现泵房严重积水从而淹没水泵。②单一的“水水冷却”，系统安全相对薄弱，存在较大安全风险，严重影响整流系统的安全运行。如果形成“水水冷却”和“水风冷却”两种方式，可以实现优势互补，增强抗风险能力，因而增加“水风冷却”装置势在必行[1]。

“水风冷却”热交换器使用的交换媒介是纯水和空气，二者分布在交换器内部的两侧。在将多余的热量带走时，热量会先经过纯水这一侧，然后再经过水风热交换器，通过风扇完成降温，将热量传送到大气中，该工艺是一个随着生产持续进行的过程。

2 水风冷却方式的优势

“水风冷却”的使用可以使整个整流系统的可靠性得到大大提高。因为“水风冷却”方式利用水和风之间的作用，使周围的气流快速变化，因此冷却效果比较好，从而提高了系统运行的可靠性。在这样的情况下，整个系统出现故障的概率较小，因此不需要在设备维护上消耗更多资金和费用。同时，该方式主要使用纯水和空气作为基本素材，因此不需要消耗大量能源，降低了冷却成本。

3 水风冷却方式存在的问题

“水风冷却”方式在安全性、节能性、稳定性和竞技性方面是比较突出的，但在使用中也存在一定的问题。在夏季，特别是在七八月份的时候，电解铝厂房的室外温度一般都比较高，如果达到了35℃以上，势必会加重电解铝整流器“水风冷却”的压力和负担。在这样的环境下，如果使用“水风冷却”的方式来对电解铝的整流器进行冷却，常常会出现整流器的出水温度高于运行要求导致警报响起的现象，从而影响电解铝生产的正常进行。针对这种情况，一般把水喷淋在水风冷却器的扇叶上，从而达到降温的目的，让整流器可以正常运转，但此方法违背了设备正常运行的要求，一般不可取。

在冬季，中原地区室外温度一般都比较低，为-5℃左右。如果采用“水风冷却”对整流器进行冷却，就需要对纯水管路进行防冻处理，如用保温棉对管路进行包裹，有时甚至需要用碳火进行烘烤。同时，为了使整流器能运行正常，需要在进行检修或者退出运行时做好防冻工作。

4 应对水风冷却存在问题的措施

4.1 夏季运行防过热的措施

整流器使用“水风冷却”的方法进行冷却时，可以改变整流器冷却水出口最高水温的设定值，从而改变报警定值，同时适当提高整流器桥臂母线过热跳闸信号的设定值。这种方式是解决夏季运行过热问题的关键所在。调整相关报警值，是为了避免整流元件因为出现过热的情况而被损坏。如果要提高相关数值，就需要考虑整流元件正常工作时的最高允许温度，如果不考虑这个问题，反而会引发火灾或者爆炸事故。

此外，还可对原有方案和装置进行改造。通过对比分析冷却容量数据可知，需要增加每套纯水冷却装置冷却电机的负荷，由20kW增加到22.5kW，从而提高冷却能力。“水风冷却”装置在河南神火铝电公司永城铝厂350KA系列的应用较为成功，即在原单机组整流柜“水水冷却”装置的基础上，将纯水管道接至“水风冷却”装置上[2]，二者可以随时切换。

4.2 冬季運行防冻的措施

调整参与工作的风扇数量是解决冬季整流器运行防冻问题的重要途径。对于电解铝来说，整流器在工作时所产生的热量大约有200J。因此，不管天气如何严寒，水风冷却装置依然会处于工作状态，因此我们不能关闭所有风扇，而应该根据实际情况调整风扇运行数量。此外，还应对水路的结构进行优化。对于不需要参与工作的散热器，可以关闭进出水端的阀门，且打开放水阀释放散热器中的纯水，使其可以重复利用，从而防止水路还未优化时散热器因为寒冷而出现管路结冰的情况[3]。

5 结语

河南神火铝电公司永城铝厂通过利用上述措施，使得水风冷却装置在实际生产中运行良好，对整流元器件起到了降温冷却的作用，有效延长了元器件的使用寿命，且明显降低了生产成本和能源消耗，同时解决了一系列运行难题，在行业内有较高的推广价值。

参考文献：

[1]徐方冰，徐煜.电解铝整流器水风冷却存在的问题分析与探讨[J].电力电子技术，2016（10）：105-108.

[2]刘万祥.整流器采用水风冷却存在问题探讨[J].轻金属，2015（3）：56-59.

[3]张六安.整流器纯水冷却系统调试问题分析及处理[J].轻金属，2014（10）：61-62.