電解鋁整流器水風冷卻存在的問題探討

袁瑞敏

摘 要：在電解鋁生產過程中，需要直流電流，因此需要使用大功率的整流器。但在具體使用過程中，會因整流器溫度過高使電解鋁工作被迫停止甚至引發安全事故，因此需要對電解鋁的整流器進行冷卻。在冷卻中，“水風冷卻”因成本低、運行穩定、節水性能突出受到了人們的歡迎，在電解鋁發展中被廣泛應用。本文主要分析電解鋁整流器水風冷卻存在的問題，并由此提出針對性的解決措施。

關鍵詞：電解鋁；整流器；水-風冷卻

中圖分類號：TM461 文獻標識碼：A 文章編號：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

電解鋁就是通過電解得到的鋁。現代電解鋁在工業生產中主要采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。為了確保電解鋁的安全性和可靠性，會使用大功率的整流器水風冷卻方式。神火鋁電公司永城鋁廠目前也采用水風冷卻裝置，但在實際運行中，會面臨夏季運行溫度過高和冬季需要防凍等問題。為了解決這些問題，需要加強相關研究。

1 電解鋁整流器的冷卻

在電解鋁生產過程中，需要直流電流，因此會使用整流元件，也就是通過二極管或者晶閘管來把交流電轉換成直流電。在電流轉換過程中，會產生大量熱量，如果其超過了該系統的最大承受能力，整流元件就會因過熱被擊穿燒毀，導致事故的發生。為了保證整流元件正常工作，需要將整流元件產生的熱量通過媒介帶走，使運行溫度控制在安全范圍內。一般來說，在這個環節，會使用整流器中的整流橋臂水冷母線將熱量帶走，媒介為純水，然后再利用板式散熱器對純水降溫來實現散熱的目的。板式散熱器利用的降溫媒介為工業循環水，工礦企業一般稱之為“付水”。當前，在這個環節，國內外電解鋁大功率整流器冷卻使用的熱交換器一般是“水風冷卻”和“水水冷卻”兩種方式。

整流機組冷卻系統包括變壓器的“油風冷卻”和整流柜的“水水冷卻”兩部分，本文主要闡述整流柜的“水水冷卻”。水水冷卻運行過程中會遇到以下問題：①水水冷卻系統存在設計缺陷和閥門內在質量缺陷。付水系統給水泵密封損壞，形成內漏，因多處閥門不能完全關閉、逆流閥不起作用，水路不能有效截止，檢修難度較大；系統水泵為臥式結構，水泵與電機采用連體設計，水泵或電機一旦出現故障，檢修必須整體拆卸，作業時間較長，若進行強行修復，可能出現泵房嚴重積水從而淹沒水泵。②單一的“水水冷卻”，系統安全相對薄弱，存在較大安全風險，嚴重影響整流系統的安全運行。如果形成“水水冷卻”和“水風冷卻”兩種方式，可以實現優勢互補，增強抗風險能力，因而增加“水風冷卻”裝置勢在必行[1]。

“水風冷卻”熱交換器使用的交換媒介是純水和空氣，二者分布在交換器內部的兩側。在將多余的熱量帶走時，熱量會先經過純水這一側，然后再經過水風熱交換器，通過風扇完成降溫，將熱量傳送到大氣中，該工藝是一個隨著生產持續進行的過程。

2 水風冷卻方式的優勢

“水風冷卻”的使用可以使整個整流系統的可靠性得到大大提高。因為“水風冷卻”方式利用水和風之間的作用，使周圍的氣流快速變化，因此冷卻效果比較好，從而提高了系統運行的可靠性。在這樣的情況下，整個系統出現故障的概率較小，因此不需要在設備維護上消耗更多資金和費用。同時，該方式主要使用純水和空氣作為基本素材，因此不需要消耗大量能源，降低了冷卻成本。

3 水風冷卻方式存在的問題

“水風冷卻”方式在安全性、節能性、穩定性和競技性方面是比較突出的，但在使用中也存在一定的問題。在夏季，特別是在七八月份的時候，電解鋁廠房的室外溫度一般都比較高，如果達到了35℃以上，勢必會加重電解鋁整流器“水風冷卻”的壓力和負擔。在這樣的環境下，如果使用“水風冷卻”的方式來對電解鋁的整流器進行冷卻，常常會出現整流器的出水溫度高于運行要求導致警報響起的現象，從而影響電解鋁生產的正常進行。針對這種情況，一般把水噴淋在水風冷卻器的扇葉上，從而達到降溫的目的，讓整流器可以正常運轉，但此方法違背了設備正常運行的要求，一般不可取。

在冬季，中原地區室外溫度一般都比較低，為-5℃左右。如果采用“水風冷卻”對整流器進行冷卻，就需要對純水管路進行防凍處理，如用保溫棉對管路進行包裹，有時甚至需要用碳火進行烘烤。同時，為了使整流器能運行正常，需要在進行檢修或者退出運行時做好防凍工作。

4 應對水風冷卻存在問題的措施

4.1 夏季運行防過熱的措施

整流器使用“水風冷卻”的方法進行冷卻時，可以改變整流器冷卻水出口最高水溫的設定值，從而改變報警定值，同時適當提高整流器橋臂母線過熱跳閘信號的設定值。這種方式是解決夏季運行過熱問題的關鍵所在。調整相關報警值，是為了避免整流元件因為出現過熱的情況而被損壞。如果要提高相關數值，就需要考慮整流元件正常工作時的最高允許溫度，如果不考慮這個問題，反而會引發火災或者爆炸事故。

此外，還可對原有方案和裝置進行改造。通過對比分析冷卻容量數據可知，需要增加每套純水冷卻裝置冷卻電機的負荷，由20kW增加到22.5kW，從而提高冷卻能力。“水風冷卻”裝置在河南神火鋁電公司永城鋁廠350KA系列的應用較為成功，即在原單機組整流柜“水水冷卻”裝置的基礎上，將純水管道接至“水風冷卻”裝置上[2]，二者可以隨時切換。

4.2 冬季運行防凍的措施

調整參與工作的風扇數量是解決冬季整流器運行防凍問題的重要途徑。對于電解鋁來說，整流器在工作時所產生的熱量大約有200J。因此，不管天氣如何嚴寒，水風冷卻裝置依然會處于工作狀態，因此我們不能關閉所有風扇，而應該根據實際情況調整風扇運行數量。此外，還應對水路的結構進行優化。對于不需要參與工作的散熱器，可以關閉進出水端的閥門，且打開放水閥釋放散熱器中的純水，使其可以重復利用，從而防止水路還未優化時散熱器因為寒冷而出現管路結冰的情況[3]。

5 結語

河南神火鋁電公司永城鋁廠通過利用上述措施，使得水風冷卻裝置在實際生產中運行良好，對整流元器件起到了降溫冷卻的作用，有效延長了元器件的使用壽命，且明顯降低了生產成本和能源消耗，同時解決了一系列運行難題，在行業內有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1]徐方冰，徐煜.電解鋁整流器水風冷卻存在的問題分析與探討[J].電力電子技術，2016（10）：105-108.

[2]劉萬祥.整流器采用水風冷卻存在問題探討[J].輕金屬，2015（3）：56-59.

[3]張六安.整流器純水冷卻系統調試問題分析及處理[J].輕金屬，2014（10）：61-62.