電解鋁節能降耗措施探討

陳 偉，張 寧

（國家電投寧夏能源鋁業青銅峽鋁業分公司350kA電解車間，寧夏 青銅峽 751600）

電解鋁節能降耗措施探討

陳 偉，張 寧

（國家電投寧夏能源鋁業青銅峽鋁業分公司350kA電解車間，寧夏 青銅峽 751600）

我國屬于電解鋁大國，近年來，國內電解鋁產能規模不斷擴張，但其迅猛的發展勢頭也帶來了很多擔憂。一是電解鋁下游產業利潤空間減小，很多產業被迫停產，造成鋁錠積壓，資源出現大量浪費。二是電解鋁屬于高耗能產業，需要消耗很多能源，會產生較大污染，而近年來國家大力強調綠色發展，這與國家經濟發展政策相違背。為了確保電解鋁產業發展，如何確保節能降耗成為電解鋁行業需要重點探討的問題。

電解鋁；節能降耗；技術

當前，電解鋁產業不斷發展壯大，其在社會經濟發展及國家綜合實力提升中發揮了重大作用。電解鋁屬于高耗能產業，會排放較多廢物，電解鋁過程的節能降耗，對確保企業和整個社會的可持續發展來說都具有重要意義。同時，做好電解鋁節能降耗還是一項保護社會生態的有效舉措，本文首先分析了當前電解鋁節能降耗的主要技術，然后提出了電解鋁節能降耗的實施措施。

1 電解鋁節能降耗主要技術

1.1 異型陰極節能技術

異型陰極節能技術的主要目的是改變鋁電解槽槽底中傳統的平底特點，提高附帶凸臺以及相應的阻流作用的凸臺陰極，達到優化槽內鋁液流態、改善鋁液表面變形和優化極距的目的。異型陰極節能技術的主要工作原理為：鋁電解槽原鋁直流電單耗與槽工作電壓二者為相關關系，最終可以達到節能電解[1]。

國內外學者紛紛對該技術予以創新，先后開發出多種內容豐富的節能鋁電解槽技術，這些技術均有相同的目的——優化鋁液形態。當前已有錯位凸臺、圓弧形凸臺、矩開凸臺以及二級凸臺等技術。這些技術的配套技術主要有異型陰極加工制作技術、焙燒啟動技術、異型技術電解槽的大修筑爐技術等。目前，國內外已經有很多鋁業公司陸續將該項技術引入自身多條生產鏈中[2]。在應用異型陰極節能技術的最初階段，節能效益顯著，但是隨著使用時間的不斷延長，碳素材質凸臺逐漸被磨損消耗，其節能效益也不斷下降。縱觀當前應用于生產的應用槽情況，異型陰極節能技術節能效益很難與其槽齡相匹配。異型陰極節能技術已經在350 kA系列工業應用，槽平均電壓3.93 V，電流效率91.5%，直流電耗12 800 kW·h/t。

1.2 阻流塊技術

阻流塊技術主要指的是在傳統槽的槽底表面上放置特殊材質的凸臺塊，從而達到進一步優化鋁液流態的目的。從設計思路分析，阻流塊技術適用于線槽，因此可以在單槽多次放置阻流塊，這樣能夠在線槽的齡期限內將技術優勢充分發揮出來。但是，阻流塊技術也存在使用范圍有限和期限較短等問題，其主要原因有兩個。

1.2.1 阻流塊材質方面的因素

該技術對電解質體系的清潔度要求較高，但是很難找到合適或者清潔度達標的材料，以致于阻流塊存在漂移、過輕、斷裂、溶解等缺點，無法全面地滿足高溫不化解條件下的阻流技術要求。

1.2.2 槽底狀況技術方面的因素

對由計算機技術控制的大型鋁電解槽來講，雖然其對氧化鋁的濃度和生產技術的要求較高，但是若從理想的角度上看，在電解槽內數十平方米工作區域的模式依然存在問題，爐底和爐膛不規整，使得阻流塊失去了有利的基礎條件，在被放置后其在槽內的作用無法統一。若電機槽自身情況較好，其應用初期的效果是值得肯定的。

阻流塊技術經在350 kA系列工業應用，槽平均電壓3.9 V，電流效率91.5%，直流電耗12 700 kW·h/t。

1.3 導流槽技術

發明導流槽技術的最初目的是當電解槽陰極處于懶惰狀態時，能夠在槽底表面不保留或者很少保留鋁液。所以，該技術的主要原理是通過預留在槽底表面上的導流溝和導流槽將形成的鋁珠匯集到鉛端頭的蓄鋁池中。迄今為止，依然未出現應用惰性陰極的情況，人們在試驗槽內設置了硼化軟涂層。經過試驗發現，實驗槽的槽工作電壓可以維持在很低水平，但是考慮到槽體存在熱工分布的問題，再加上側部爐幫結殼很厚，最終確定鋁液應超過鋁水平10 cm[3]。導流槽技術的產生，為我國鋁電解節能技術發明提供了新方向和新思路，既可以降低試驗槽的熱支出，又可以減少熱收入，最終達到降低能耗的目的。導流槽技術經在350 kA系列工業應用，槽平均電壓3.88 V，電流效率91.8%，直流電耗12 600 kW·h/t。

1.4 異型陰極鋼棒技術

繼異型陰極技術之后，異型陰極鋼棒技術成為行業追逐的對象。該技術是將鋁電解槽陰極燕尾槽內的一整根通長鋼棒分為不相連的兩段，同時將每段進行“雙鋼棒”處理。“雙鋼棒”處理的結果是，槽周磁場平衡得到進一步優化，槽內鋁液流態得到優化，與異型陰極技術相同，因槽工作電壓有效降低，電解生產原鋁直流電解單耗得到明顯降低。同時，本技術只對鋼棒進行“雙鋼棒”處理，實施較易[4]。重要的是槽內底表面為平面底，有利于建立和保持規整槽膛。因而被快速接受。異型陰極鋼棒技術經在350 kA系列工業應用，槽平均電壓3.95 V，電流效率91%，直流電耗13 000 kW·h/t。

2 電解鋁節能降耗的實施措施

2.1 從原料著手

從原料著手，降低電解鋁所用氧化鋁、氟化鋁、陽極覆蓋料、炭陽極中雜質含量，避免對電解鋁過程產生影響。通過控制原材料質量、凈化陽極覆蓋料、提高炭陽極質量及優化電解生產工藝技術參數等，人們可以提升電解鋁質量。

2.2 降低線路電壓

線路電能損耗可能會對電能供應效率產生影響，倘若電路電壓高出正常范圍，可能會增加電能消耗。因此，在電解鋁過程中，要降低線路電壓，這樣可以在一定程度上減少直流電耗。另外，還要重視配電室管理工作，配電室三相負載電流之間差異盡量不要大于10%，若超過10%，應對三項負載電流進行適當調整，從而節約電能。

2.3 動力設備節電

人們應樹立穩定供電思想，正確認識穩定供電可以實現節約資源的目的，針對配電室、動力電纜等供電設備進行定期檢查，重點檢查電纜、刀閘等部位，若發現有問題應及時整改。另外，還要定期對母線絕緣、地坪間隙處位置進行檢查，對一些雜物進行清理，盡量減少電能消耗[5]。

2.4 煙氣回收利用

電解鋁在實施過程中會有煙氣排放，現階段我國在電解鋁過程中已經開始運用凈化系統，這樣可以顯著解決電解鋁產生的煙氣污染。加強電解鋁煙氣回收利用，既可以降低成本消耗，實現能源利用和經濟效益的最大化，又對貫徹落實電解鋁節能降耗理念有重要意義。

2.5 建設新型電解槽

電解槽是鋁電解必要設備，電解槽的工作效率也影響著鋁電解的能源損耗量。所以，要想實現電解鋁節能降耗，還要重視新技術的引進和應用，對電解槽進行優化，新型電解槽可以更好實現節能降耗的目的。

3 結語

我國鋁行業的發展潛力巨大，在電解鋁過程中，為了確保能源的有效利用，人們必須要最大程度地實現節能降耗。在發展電解鋁產業的同時，企業要加大對電解鋁節能降耗技術的研究和運用，改善電解鋁高耗能、高污染情況，從而實現自身的可持續發展。

1 工信部下達2017年電解鋁等行業重大工業專項節能監察任務[J].中國有色金屬，2017，（15）：23.

2 班劍鋒.電解鋁企業能源管理[J].中國有色金屬，2014，（11）：62-63.

3 黃海波，邱仕麟.富鋰氧化鋁對鋁電解生產的影響[J].輕金屬，2014，（8）：26-28.

4 馮文革.大型鋁電解槽節能技術分析[J].輕金屬，2013，（3）：31-33.

5 陳才榮，趙瑞敏，車立志，等.鋁電解槽節能技術的深度剖析研究[J].云南冶金，2016，45（6）：66-74.

Discussion on Energy Saving and Consumption Reduction of Electrolytic Aluminum

Chen Wei,Zhang Ning
(National Electricity Investment Ningxia Energy Aluminum Industry Qingtongxia Aluminum Branch 350kA Electrolysis Workshop,Qingtongxia 751600,China)

China is a big country of electrolytic aluminum.In recent years,the scale of domestic electrolytic aluminum production has been expanding,but its rapid development momentum has also brought a lot of worries.First,the profit margins of the downstream industries of electrolytic aluminum decreased,and many industries were forced to stop production,resulting in the overstock of aluminum ingots,and a large amount of waste of resources.Two is electrolytic aluminum belongs to high energy consuming industry,need to consume a lot of energy,will produce greater pollution,and in recent years,the state strongly emphasizes the green development,which is contrary to the national economic development policy.In order to ensure the development of electrolytic aluminum industry,how to ensure energy saving and consumption reduction has become a key issue in electrolytic aluminum industry.

electrolytic aluminum; energy saving; technology

TF821

A

1008-9500(2017)11-0084-03

2017-09-22

陳偉（1984-），男，寧夏青銅峽人，助理工程師，研究方向：電解鋁工業化生產。