鋁電解生產中均衡調節電解槽負壓分析

蘇義鵬

（黃河鑫業有限公司，青海 西寧 811600）

干法凈化技術作為一種新技術，其優勢為高效、穩定、經濟和效率高，因此，在鋁電解生產領域的應用極為普遍。這種方法的原理是將氧化鋁做吸附劑，對鋁電解煙氣中HF等有害成分進行吸附，同時對載氟氧化鋁進行回收，并使其重新返回到電解槽用于生產。目前，這種方法的成熟度較高，因此，國內多數電解鋁企業對這種方法進行了采用。研究結果表明，均衡調節電解槽負壓有利于控制污染、減少電解槽熱損失和改善作業環境。

1 促進煙氣凈化系統集氣效率提升的方法

現階段，國內公司設計的凈化系統，其集氣效率普遍超過98%，但由于電解槽負壓管理方面存在缺陷，其實際效率與設計效率之間存在一定的差距，具體為8%左右。提升集氣效率，需要以均衡電解槽負壓為切入點，為此，本文提出了以下幾點建議：第一，對電解槽操作管理進行規范，如通過密閉槽蓋板的方式，對電解槽煙氣泄漏量進行控制；第二，均衡調節電解槽負壓，將負壓控制在合理的范圍內，實現對氟化物等有害氣體的高效捕捉；第三，做好除塵器的維護工作，在規定時間內檢查其濾袋，確保有效過濾面積保持不變；第四，保證排煙風氣的運行穩定性，工作人員可以對風門開啟角度進行調整，使其與設計排煙量需求相符；第五，對供配料系統進入凈化系統的正壓氣體進行控制，這里所說的氣體主要包括電解質、超濃相輸送氣體等[1]。

2 均衡調節電解槽負壓研究

2.1 電解槽負壓調節現狀

在查閱文獻資料后得知，當前國內的電解鋁生產企業，其電解槽在容量、排煙量、煙氣凈化系統等方面存在極為顯著的差異，對電解槽負壓適用作出明確規定的企業相對較少，在調節電解槽負壓時，多數企業主要依據近小遠大的原則，將目測電解槽無煙氣直接泄漏到廠房作為調節標準，這種調節方法雖然較為簡單，卻沒有考慮電解槽風量間的差異。長此以往，會導致電解生產效率下降，嚴重時，甚至會引發嚴重的安全事故。

本文對某企業電解槽檢測點負壓進行了測量，結果如表1所示。通過觀察下表可知，部分電解槽檢測點的負壓高達600Paa以上，而有的僅為80Pa，其高低差值高達6倍以上，這種情況的存在，使集氣效率受到了不利影響，與設計要求相距甚遠，散發到廠房內的無組織煙氣量也因此而增加，制約了電解槽生產企業的發展[2]。

表1 某企業電解槽檢測點負壓檢測結果 單位：Pa

2.2 均衡調節電解槽負壓的作用

均衡調節電解槽負壓的作用主要體現在以下方面。

第一，有利于提升集氣效率。在電解槽并未被均衡調節的情況下，凈化系統集氣效率相對較低，無法在最大限度上對電解槽熔煉產生的氟化物進行收集，導致氟化物回收總量減少，返回到電解車間使用的氧化鋁載氟含量也會同時減少，在這種情況下，電解槽氟化鋁的單耗指標會顯著提升，導致鋁電解生產成本增加，不利于企業的發展。第二，有利于控制電解槽的溫度。假設電解槽的型號和生產技術等條件不變，鋁電解生產中所排放的氟化物，在濃度上不會存在過大的差異。但隨著負壓檢測點壓力的增加，電解槽膛內的負壓就會增加，在低溫空氣進入后，保溫層的溫度會持續下降，最終使槽溫控制效果受到不利影響。在這種情況下，工作人員需要通過調高電壓或增加保溫材料等方式，使熔煉溫度滿足正常生產的需求，但這些措施的使用，必然會提高生產成本，不利于企業獲取更高的經濟效益。第三，有利于滿足排煙管網的設計要求。在查閱文獻資料后得知，電解槽膛內壓力與支煙管負壓檢測點壓力存在密切的關聯，二者具有正比關系。均衡調節電解槽負壓，可以使電解槽膛內負壓保持在合理的范圍內，因而有利于滿足排煙管網的設計要求。

2.3 電解槽生產所需的理論負壓-以420kA電解槽為例

（1）在開啟角度不同時負壓及流速變化。以某電解鋁廠的電解槽設備負壓檢測為例，首先，試驗人員將平臺電解槽支煙管閥門關閉，但關閉時間較為短暫，在關閉后，煙氣沿著蓋板縫隙朝著廠房的方向移動，然后對支煙管閥門開度進行緩慢的調節，從而獲取在開啟角度不同時，負壓及流速變化的數值，如表2所示。在開啟角度為45°時，少量煙氣會通過電解槽蓋板縫隙，朝著槽罩板外的方向散發；在開啟角度為37°時，煙氣散發現象幾乎停止；在開啟角度為30°時，外散的煙氣完全沒有，此時的廠房十分明亮。

表2 開啟角度不同時的負壓及流速變化數據

（2）單臺電解槽理論排煙量的計算。目前，相關領域在電解槽排煙量的計算方面尚未形成統一的看法，從理論意義上來看，生產1000kg鋁水，所排放的煙氣量不存在任何差異，但在考慮槽體長度和槽蓋板密閉情況后，發現在上述因素的影響下，進入槽內的空氣量會出現差異。在計算時可采用的計算方法分為兩種，如下所述。

方法1：以管道氣體流量標準計算公式為標準，對排煙量進行計算。假設條件為電解槽的實際槽膛管道內徑為600mm，槽膛長度為17.5m，寬度為4.2m。

在上述公式中，標準狀態下氣體的體積流量由V表示，其單位是Nm3/h；管道內徑由d表示，單位m；管內氣體在標準狀態下的流速由ω表示。將這個公式作為計算標準，所得到的計算結果如下：出口流速為14.78m?s-1，流量為15036Nm3/h。

方法2：以實際生產量作為標準，對排煙量進行計算。如果電解槽對傘形排煙集氣罩進行了使用，在實際電解生產中所排出的煙氣量相對較小，通常僅為總排煙量的1%，因此，槽體結構是排煙量大小的決定性因素。國內學者在經過多年研究后，得到了一個簡單的計算公式。

在上述公式中，單槽排煙量由Q表示，單位是m3/h；槽膛長度由L表示，單位是m；槽膛寬度由W表示，單位是m；槽罩集氣效率由η表示，其取值為0.98；槽罩內排煙道抽風口控制風速，根據經驗將其取值為每秒0.125m。在結合上述計算條件后，得知單臺電解槽排煙量為每小時9964m3。

（3）計算電解槽生產需求的負壓值。壓力和煙氣溫度會對電解槽排煙量造成影響，在實際計算過程中，需要對溫度和壓力進行修正，以滿足實際工況要求，計算公式如下：

在上述公式中，單槽排煙量由Q表示，單位是m3/h；管道內徑由d表示，單位m；管內氣體在標準狀態下的流速由ω表示，單位是m/s；氣體在載流截面處的壓力由N表示，單位是MPa；絕對溫度由T表示；氣體在載流截面處的實際溫度由t表示。

將上述公式作為依據，在140℃的條件下，對不同負壓電解槽的流量進行計算，其結果如表3所示。

表3 電解槽排煙量

通過觀察表3中的數據可知，如果電解槽整體密封條件較為良好，且負壓為左右時，在對其進行溫度和壓力修正后，煙氣流量為每小時9676m3；在負壓為240Pa時，煙氣流量為每小時9045m3；因此，從理論上看，電解槽負壓為介于300Pa～350Pa的范圍內，電解槽的集氣效率最高。

2.4 均衡調節電解槽負壓的應用建議

以某企業所使用的420kA電解槽為例，經過上述計算可知，電解槽在負壓為300Pa～350Pa時，集氣效率最高，但考慮到凈化系統集氣效率會受到多種因素的影響，并且，每臺電解槽支煙管與凈化系統排煙干管存在連接，在實際調節時可能會相互影響，并出現此消彼長的現象。因此，想要使每臺電解槽負壓相同，在現階段無法實現，只能對其進行控制，使其處在合理的區間范圍內。

（1）均衡調節電解槽負壓的方法。在調節電解槽負壓時，首先要測量全部的電解槽負壓測試點，并將其作為初始數據，然后嘗試第一次調節，在運行7-15天后，通過復測的方式，確定電解槽負壓，然后對較高或過低的負壓進行調節，調節方式為調整電解槽負壓支煙管的開度。然后繼續測量和調整。在經過4次測量后，技術人員最終確定了合理負壓，這個負壓為270Pa～300Pa，在這個負壓條件下，廠房排煙效果最為顯著，集氣效率也隨之提升。在后續檢查時，也沒有發現煙道積料現象，這表明，將負壓控制在270Pa～300Pa之間，能夠滿足企業的生產需要。企業要求作業人員遵守技術標準，同時，在進行換極作業的過程中，每個工區的電解槽數量應少于2臺，并且單臺槽開啟蓋板的數量不能超過4塊。在全部作業完成后，蓋實蓋板，使縫隙不超過0.5mm，且避免漏氣現象的出現，最終實現了負壓的充分利用。

（2）注意事項。技術人員在調節負壓的過程中，不僅需要對電解槽生產負壓要求進行考慮，還要控制廠房之間負壓總值，使兩個廠房之間的差值保持在合理的范圍內，在調節之前，需要分析電解槽負壓的數據。為確保實測數據真實有效，在進行支煙管閥門開度調節的過程中，應主動避開電解車間更換陽極或打開槽板作業等情況。

3 結論

實踐結果表明，在均衡調節電解槽負壓后，載氟氧化鋁載氟含量明顯增加，同時噸鋁氟化鋁單耗也同步下降，證實了本文的研究結果。建議相關企業安排技術人員，對電解槽進行定期的檢測和調節?？紤]到電解鋁企業所使用的電解槽，在容量上存在差異，因此，技術人員必須將測量數據作為調節的依據，保證每臺電解槽的負壓始終處在合理的范圍內，從而發揮出均衡調節電解槽負壓的優勢作用。