新型穩流保溫鋁電解槽節能技術在180kA槽型上的工業應用

衡茂林

（中國鋁業青海分公司，青海 西寧 810108）

中國是全球最大的原鋁生產國，2018年中國原鋁產量達到3430萬噸，占全球年總產量的一半以上。電解鋁工業則是有色行業中的傳統耗能大戶[1]，電解鋁高耗能的現狀與國家提出的綠色發展以及建設資源節約型、環境友好型社會、特別是習總書記在十九大報告提出的“綠水青山就是金山銀山”等發展理念不吻合。因此，鋁電解節能技術受到電解鋁行業的高度重視并成為本行業科研工作的重點和難點[2]。新型穩流保溫鋁電解槽節能技術從2016年起成為鋁電解行業引領性節能技術，在行業內知名度越來越大，推廣產能逐年攀升[3]。本文主要介紹了新型穩流保溫鋁電解槽節能技術在180kA槽型上的工業應用，為新型穩流保溫鋁電解槽節能技術工業應用提供借鑒和參考。

1 新型穩流保溫鋁電解槽節能技術簡介

新型穩流保溫鋁電解槽節能技術首先通過模擬仿真和理論計算，優化鋁液中的電流分布，降低鋁液的流速和界面變形，優化陰極碳塊中的電流分布，提高陰極鋁液的穩定性；其次優化陰極結構和材料選型，開發穩流高導鋼棒，結合低陰極壓降組裝技術，降低陰極壓降，降低槽電壓；然后根據電解槽區域能量自耗和電解質初晶溫度優化設計槽內襯，優化等溫線分布，形成理想爐膛，降低側下部散熱；最后合理匹配電解槽工藝技術參數，達到穩定鋁液波動、降低水平電流、降低槽電壓、減少側下部散熱的目的，確保電解槽低電壓高效率穩定運行，最終達到節能減排的目的[4]。

目前，新型穩流保溫鋁電解槽節能技術推廣產能約200萬噸，涉及產能將近1000萬噸，企業施用該技術后，原系列噸鋁直流電耗13000kWh/t-Al以上的系列較實施前均取得噸鋁節電500kWh以上的效果，原噸鋁直流電耗13000kWh/t-Al以下的系列均實現鋁液直流電耗小于12500kWh/t-Al。該技術于2016年榮獲中國有色協會科技進步一等獎，2017年被國家發改委列入國家重點節能低碳技術推廣目錄，2018年被國家發改委評為2018年度中國工業領域十佳節能技術，2019年獲河南省科技進步二等獎。

2 工業應用效果

某企業從2017年開始推廣應用新型穩流保溫鋁電解槽節能技術，該企業有180kA和200kA兩個系列，在180kA系列推廣應用力度較大，截至2019年4月，180kA已推廣100余臺，已有92臺進入正常期（啟動后第101天開始計算）。主要從運行電壓、電流效率、爐底壓降和能耗等方面做對比分析，闡述新型穩流保溫鋁電解槽節能技術在180kA槽型上的應用效果。

2.1 運行電壓對比

在運行電壓方面，主要從設定電壓、工作電壓和平均電壓幾個方面將新型穩流保溫鋁電解槽節能技術槽（FHEST槽）和系列普通槽進行對比分析，數據為正常期平均值，具體數據見表1。

表1 運行電壓對比（單位：V）

從表1可以看出，FHEST槽在設定電壓、工作電壓和平均電壓上都要低于系列普通槽，并且在壓差上也要低于系列普通槽，說明FHEST槽運行電壓更低、壓差更小，槽子運行相對更為平穩。

2.2 爐底壓降對比

爐底壓降每周測量一次，所有的電解槽都進行測量。選取10臺具有代表性的FHEST槽，將其最近10次爐底壓降測量值與系列普通槽進行對比分析，具體數據見表2。

從表2可以看出，FHEST槽爐底壓降平均值242mV，比系列普通槽平均值354mV低了112mV，并且FHEST槽爐底壓降基本保持穩定。說明FHEST槽爐底狀況良好，整體槽況較好，可以獲得較低的爐底壓降，有利于獲得良好能耗指標。

2.3 爐底板溫度對比

爐底板溫度可以反映出電解槽內襯設計和槽子運行狀態是否良好，對180kAFHEST槽最近6個月的爐底板溫度進行統計分析，并與系列普通槽做對比，結果如表3所示。

表2 爐底壓降對比（單位：mV）

表3 爐底板溫度對比（單位：℃）

從表3可以看出，FHEST槽爐底板溫度平均值在80℃，比系列普通槽平均值125℃低了45℃，說明FHEST槽內襯設計更為合理，電解槽熱平衡更好，有利于降低電解槽散熱和獲得良好能耗指標。

2.4 爐幫厚度對比

爐幫厚度是電解槽運行狀態的一個反映，特別在能量平衡方面。良好的爐幫可以減少電解槽散熱，維持電解槽良好的熱平衡狀態，同時可以縮小鋁液鏡面，有助于減少二次反應，提高電流效率。

對FHEST槽爐幫做跟蹤測量，發現其爐幫厚度均值在18cm～21cm，而系列普通槽爐幫厚度在13cm～15cm，FHEST槽爐幫比系列普通槽厚了5cm～6cm，說明FHEST槽在減少散熱、維持電解槽熱平衡、獲得高電流效率更有優勢。

2.5 電流效率及指標對比

電流效率是電解槽運行指標的直接體現，對正常期的FHEST出鋁效率進行統計分析，發現FHEST出鋁效率在91.5%～93.0%，平均值在92%以上，比系列普通槽高出1%左右。

對180kA電解槽FHEST槽與系列普通槽作綜合對比分析，發現FHEST平均電壓在3.847V左右，電流效率92%以上，平均直流電耗12460kWh/t-Al，噸鋁直流電耗低于12500kWh/t-Al，相比系列普通槽直流電耗12900kWh/t-Al噸鋁降低400kWh以上，節能效果非常顯著。

3 結論

本文詳細介紹了新型穩流保溫鋁電解槽節能技術在某企業180kA系列電解槽推廣應用情況，應用結果表明，180kA系列新型穩流保溫鋁電解槽節能技術電解槽運行電壓在3.85V左右，爐底壓降250mV以下，爐底板溫度在80℃左右，爐幫厚度在18cm～21cm，電流效率在92%以上，鋁液直流電耗在12500kWh/t-Al以下，比系列普通槽噸鋁節電400kWh以上，節能效果非常顯著。