鋁電解系列投產組織及能耗的差異分析

劉萬喜

摘 要 本文通過對鋁電解系列投產的分階段實踐分析，從生產組織到技術措施提出了優化方案，并針對能耗進行了詳細核算對比，對電解鋁企業系列投運的組織等有一定的借鑒作用。

關鍵詞 鋁電解;壓降;能耗;外補償母線

從2012年以來電解鋁產能的嚴重過剩也使中國資源環境的壓力日益增加。國家和鋁行業相繼推行了淘汰電解鋁落后產能、化解電解鋁過剩產能、產能置換以及對鋁行業準入條件、環保政策不斷修訂和完善，加強對電解鋁行業發展的管控和引導，特別是近幾年來，隨著《工業和信息化部關于電解鋁企業通過兼并重組等方式實施產能置換有關事項的通知》（工信部原〔2018〕12號）和《國務院關于化解產能嚴重過剩矛盾的指導意見》（國發〔2013〕41號）等政策的出臺和嚴格落實，加之資源和能源的競爭日益激烈，目前電解鋁行業正在經歷著再一次的產能大轉移，國內各大電解鋁企業通過優化結構布局，產能置換，整體搬遷等方式，向氧化鋁資源豐富和具有水電等綠色清潔能源優勢、環境容量優勢、沿海港口等優勢區域轉移，云、貴、川、桂、內蒙古成了電解鋁生存和發展的重點區域。

電解鋁企業在產能轉移、置換及新建過程中，為了盡快實現生產能力，降低投資成本和增加經濟和社會效益，必然要經歷分階段建設和分階段生產的過程，具體針對電解鋁生產系列就是分區分批次投產，這個階段可能持續半年、一年或更長時間，對這個特殊時期生產能源分析是很有必要的，通過某電解鋁企業的建設投產過程能耗分析，從而為其他企業投產生產組織提供優化依據和借鑒。

1項目概況

某電解鋁企業設計建設45萬噸500KA系列電解鋁生產系統，系統主要包括建設主要內容包括鋁電解車間、鑄造車間、氧化鋁供料輸送及煙氣凈化脫硫系統、陽極組裝車間等主體車間及配套的供電、供排水、供氣等輔助車間和輔助設施。該系列建設500KA電解槽328臺，分兩個廠房各八個工區，每區41臺電解槽;配備兩套供料干法凈化脫硫系統，母線結構采用陰極外補償，具體如圖所示[1]。

2項目投產安排及能耗狀況

該企業建設和投產計劃分為兩個階段，第一階段為前160臺槽建設投產，第二階段為后續槽投產，由于后期產能核定為30萬噸，后續投產電解槽為64臺。

該項目于2018年12月12日正式通電投運，2019年1月27日完成81臺500KA鋁電解槽啟動投運，由于春節假期因素，2019年2月16日開始第二階段投運電解槽啟動，平均每天通電啟動兩臺電解槽，截至3月26日完成77臺槽通電投運，由于磁場影響等因素2、7區各留三臺電解槽后續二期投運（在5月15日通電兩臺余各兩臺槽）一期共通電投運160臺。

二期該系列電解槽投產從2019年7月15日開始，以每天兩臺進度通電啟動，到8月16日完成后續64臺電解槽通電投運。

該500KA鋁電解系列30萬噸224臺電解槽分兩期投產，持續時間近九個月。500KA系列電解槽在其投運期及初期具體能耗數據指標如表1所示，目前基本進入正常生產期，系列運行平穩，其直流電單耗均值12800kW.h/t-AL以下[2]。

3電解鋁系列投產組織與能耗分析

回顧該項目投產過程，結合投運期及生產初期能耗指標和電解總用電量綜合分析，從生產精益化管理理念看其投產計劃并非最佳方案，有很大的優化空間，從系列投運能耗節約方面逐步分析，可為其他電解鋁企業系列投運提供借鑒。

為了客觀實際分析電解鋁系列能耗，需要了解和掌握系列黑電壓分布及變化，該公司對500KA系列母線黑電壓在不同時期進行了測量，其測量數據如表2所示。

按照該系列實際投產在一期投運母線回路通過三通廊臨時短路母線（含補償母線）壓接形成1、2、7、8區母線導通。該四個區電解槽投運用時104天，其中1、8區用時42天，2、7區持續時間62天，實際用時41天。按精益化生產理念進行價值流分析，查找浪費源，力行節約的目標，可分區分批緊湊推進。該公司系列投產方案可優化為三個階段。

3.1 系列投運第一階段能耗差異分析

第一階段以1、8區通過2通廊臨時短路母線連接形成導通回路，此階段由于是系列投運初期，生產槽臺數少，啟槽用電解質及鋁液供應因素可按每天兩臺進度投槽，首批4臺槽按干法啟動，1、8區各留兩臺區未槽在第二階段，共通電投運78臺槽，以此計劃可用時38天，較該系列第一階段實際用時少8天，同時減少了2、7區母線（工作及補償）黑電壓46天所產生的無功電量。按表-2測量壓降數據核算如下：

3.2 系列投運第二階段能耗差異分析

第二階段可在第一階段完成后，連接三通廊臨時短路母線及補償母線，及時斷開二通廊臨時短路母線（含補償母線），使1、2、7、8區形成導通回路，在前期生產槽保證基礎上可充分提供鋁液和電解質，可實現每天4臺電解槽以上投產進度，2、7區區末端余留各二臺電解槽，第二階段按每天4臺進度通電投運82臺電解槽計劃可用時21天。故與實際第二階段持續時間對比減少了37天，較實際用時少了20天，同時優化方案在第一階段時期2、7區未產生無功電耗，而實際投運中2、7區停槽、補償均在持續時間每天都在不斷地產生無功電耗。

第三階段為3、6區電解槽投運，及時連通四通廊臨時短路母線（含補償母線），斷開三通廊臨時短路及補償母線，使1、2、3、6、7、8區形成回路導通，實際投運因后期人員緊缺以及物料等因素按每天兩臺進度完成后續64臺槽通電投運，歷時32天;

3.3 系列投運第三階段能耗差異分析

第三階段優化方案要充分考慮3、6區因產能核定的特殊性，預見性考慮系列母線的長期導電性能，盡可能減少系列無功能耗。在該區域母線未通電前提下超前優化改造拆除槽母線焊接短接，通廊臨時母線截面積及連接方式優化;同時充分準備，緊湊安排，達到短時間完成投運[3]。按此優化原則，以每天四臺的進度16天可完成64臺電解槽投運。同時經過前期一系列改造措施，停槽壓降可控制在0.16V之內，通廊母線壓降可維持在1.5V以內。

而實際該系列從設計和建設均以45萬產能完成，從供電設備設施配置到系列電解槽數都是按45萬噸實施的。后期由于產能限制，該企業僅有30萬噸產能指標，故經核定后造成該系列3、6區有22臺槽需拆除，其母線和短路口長期24小時空載，同時四通廊原設計為臨時短路母線變成永久性回路母線。且未對其進行導電性能優化改造。實際投運與優化方案能耗比較如下：

第三階段投運期間經優化技術措施和組織進度較實際至少節約投運資金94.726萬元。同時長期停產槽和臨時回路母線的優化改造將是一項長期節能措施，既消除了該鋁電解系列重大安全隱患，又可實現年節約能耗1581.6萬度，年降低生產運行成本474.48萬元。

綜上所述，通過對該500KA鋁電解系列投產分階段對比分析，按照精益化理念組織該系列投產，在充分準備，超前預見，精心統籌，科學合理安排，達到極具有操作實用性又具有強的經濟性，依據精益化生產流程組織理念，通過一系列計劃流程組織優化和技術優化，該系列電解槽投運可節能達2620萬度電，節約投產資金約為785.818萬元。

參考文獻

[1] 邱竹賢.預焙槽煉鋁[M].北京：冶金工業出版社，2008：31.

[2] 文義博，成庚.500KA大型鋁電解槽生產技術管理與病事槽處理[M].北京：冶金工業出版社，2017：101.

[3] 中國有色金屬工業協會.中國有色金屬工業指標體系[M].北京：冶金工業出版社，2005：59.