淺談全電流不停電啟和停槽技術(shù)的研究與應用的論文
論文鍵詞：全電流啟停槽節能
論文摘要：針對電解鋁生產(chǎn)過(guò)程中新槽啟動(dòng)需要系列停電，超溫波動(dòng)，產(chǎn)量減少，陽(yáng)極效應增多等的缺點(diǎn)，研制開(kāi)發(fā)出全負荷不停電啟動(dòng)裝置，起到節約資源，提高效益的目的。
0引言
電解鋁生產(chǎn)，一般都采用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法。該法是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)，以碳素體做兩極，然后在電解槽內通入強大的直流電。在940~960℃溫度下，在電解槽內產(chǎn)生電化學(xué)反應，在陰極上析出鋁，陽(yáng)極上產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳的混合氣體。電解過(guò)程中還產(chǎn)生大量的煙氣及粉塵，直接排入大氣會(huì )對環(huán)境造成污染。電解槽煙氣采用干法煙氣凈化及氧化鋁超濃相輸送工藝。該工藝采用氧化鋁做吸附劑，吸附電解煙氣中的氟化氫以?xún)艋泻怏w。吸附后的氧化鋁除一部分做為吸附劑循環(huán)使用外，其余全部通過(guò)氧化鋁超濃相輸送系統輸送到電解槽的料箱中，供電解生產(chǎn)使用，凈化后的煙氣排入大氣。
1陽(yáng)極效應及對電解槽的影響
陽(yáng)極效應是鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中陽(yáng)極上發(fā)生的現象，其效應對鋁電解生產(chǎn)既有正面影響，也有負面影響。
1.1陽(yáng)極效應的正面影響：①有利于電解質(zhì)中炭渣的分離；②可以使黏附在陽(yáng)極表面上的炭渣得到清理；③有利于熔化槽底的沉淀。
1.2陽(yáng)極效應的負面影響：①發(fā)生陽(yáng)極效應時(shí)，陽(yáng)極上會(huì )產(chǎn)生碳氟化合物氣體CF4和C2F6，并進(jìn)入大氣。雖不對大氣的臭氧層有破壞作用，但它們是很強的溫室效應氣體，CF4和C2F6溫室效應分別是CO2氣體的6500倍和9200倍；②陽(yáng)極效應會(huì )熔化槽幫結殼，使電解質(zhì)分子比增加；③陽(yáng)極效應會(huì )增加電能消耗，提高電解質(zhì)的溫度；④陽(yáng)極效應會(huì )增加鋁的損失（特別是當使用鼓入空氣或插入木棒的方法熄滅陽(yáng)極效應時(shí)）；⑤陽(yáng)極效應時(shí)，使陽(yáng)極底表面附近電解質(zhì)溫度大幅升高，從而大大增加氟化鹽的揮發(fā)損失。由以上可以看出，鋁電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應對鋁電解槽的負面影響大于正面影響。因此，先進(jìn)的鋁電解生產(chǎn)技術(shù)是努力降低電解槽陽(yáng)極效應系數，一旦發(fā)生，要盡可能縮短效應時(shí)間。
2問(wèn)題提出
生產(chǎn)中，所用電解槽采用低壓大電流直流電源供電，且多臺電解槽串聯(lián)，而電解鋁生產(chǎn)要求定期或不定期將一臺或多臺槽停電大修。在一百多年的電解鋁生產(chǎn)歷史中，目標電解槽停電或通電時(shí)，只好將全系列斷電，即其它非目標電解槽也需在這個(gè)時(shí)間內停止供電。這不僅會(huì )影響整個(gè)系列電解槽的生產(chǎn)管理，降低槽壽命；這種大負荷波動(dòng)極易對電網(wǎng)安全運行造成危害。對于鋁電合一的電解鋁企業(yè)，還導致發(fā)電量降低、能耗大幅度增加；而且將目標槽短路后再斷開(kāi)和接入的方式，由于系列電流太大，直接短路操作會(huì )產(chǎn)生能量很高的直流電弧，甚至可能引起爆炸，威脅人身和設備安全。頻繁停、啟槽會(huì )使槽溫波動(dòng)，減少產(chǎn)量，隨之帶來(lái)的是槽內條件變化，陽(yáng)極效應發(fā)生，使消耗增高。因此，尋求系列槽不停電停、啟槽技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)，但始終沒(méi)有找到很好的解決辦法。
3可行性分析
290kA電解槽以往通槽都將負荷壓到10kA后，再進(jìn)行短路口操作（操作時(shí)，短路口的電壓降到2V以下）。如果用兩個(gè)氣缸頂住短路口10個(gè)接觸面中的4個(gè)（相當于4個(gè)大分流），同時(shí)再增加小分流的數量，這樣，短路口其余6個(gè)面的壓降就相當小，人工操作即可將其打開(kāi)，然后，用氣缸把壓住的4個(gè)面也打開(kāi)，就能實(shí)現對電解槽不停電通槽�？刹捎貌粔贺摵傻耐ú鄯椒�。
3.1分流量的大小按50%進(jìn)行計算。
3.2氣缸的選型：行程>100mm拉力>1000kg/cm2工作壓力>0.6MPa。
3.3將裝置接上氣源、電源，在未接入母線(xiàn)回路的槽上進(jìn)行動(dòng)作試驗，觀(guān)察動(dòng)作是否良好。
3.4在準備通電的槽上加裝大分流，安裝好裝置，將負荷壓到200kA，觀(guān)察效果是否良好。如不打火花且沖擊電壓在2.5V以?xún)�，則進(jìn)行第2次實(shí)驗；將負荷壓到250kA，再次觀(guān)察，沖擊電壓在2.7V以?xún)�；可以進(jìn)行第3次不壓負荷，沖擊電壓在2.8V以?xún)�，短路口不再出現火花，即證明實(shí)驗成功。
4應用后的效益分析
4.1節能效果（減少效應）在應用不停電啟動(dòng)電解槽技術(shù)前，電解槽啟動(dòng)和停槽均需要系列停電或降低系列負荷（降至10kA）后再進(jìn)行操作，每一次操作需要30min。這不僅影響系列運行的穩定性，造成減產(chǎn)，又增加了陽(yáng)極效應。每次啟動(dòng)至少增加效應30個(gè)。這里所謂效應系數，定義為每天（24h）發(fā)生陽(yáng)極效應的頻率（次數）；每個(gè)效應電壓升高30V；效應時(shí)間為6min。電解槽設計壽命為1500~1800d，就是說(shuō)，電解槽至少每5a需要重新砌槽一次。意味著(zhù)每年有20%的電解槽要停槽大修重新啟動(dòng)。不停電通槽技術(shù)操作已經(jīng)作為一項工藝規程編入了公司技術(shù)規范，在以后的電解生產(chǎn)中熟練應用。公司現有268臺電解槽，每年的停槽大修量有54臺，每年要進(jìn)行不停電操作108次，每年節約電耗：
單槽啟動(dòng)節電：290×0.1×30×30=26100kWh
大修啟、停槽節電：26100×108＝2818800kWh（１）
新槽啟動(dòng)節電，則：26100×184=4802400kWh（２）
�。ǎ保�+（２）＝7621200kWh
折合標煤：7621200×0.35/1000=2667.42t
4.2增產(chǎn)效益如停電通槽或降負荷通槽的每天按30min計算，平均電流按150kA，電流效率按93%計算，與不降負荷通槽相比，則少產(chǎn)鋁為：(290kA×0.3356g/A.h×0.5h×184臺×0.93-150kA×0.3356×0.5h×184臺×0.93)×46次=184.92t。
每噸按2萬(wàn)元算，不降負荷通槽多出產(chǎn)值：
184.92×20000=3698400元
若把全電流不停電啟、停槽技術(shù)在全國進(jìn)行推廣普及應用，其效益非常巨大。
5結語(yǔ)
要使鋁電解生產(chǎn)取得很好的性能指標，不僅要保持技術(shù)條件的平穩性，而且要建立良好的熱平衡，同時(shí)，要最大限度減少無(wú)效電壓，提高電流效率，以有效降低噸鋁電耗。平穩的電解生產(chǎn)是各項技術(shù)條件綜合作用的結果，各項技術(shù)條件之間存在著(zhù)一定關(guān)系。某一項條件發(fā)生變化，其他條件也會(huì )隨之改變，并且發(fā)生病槽后電流效率下降，電耗增高。所以，確保技術(shù)條件的平穩性，最大限度提高電流效率，可以很好降低噸鋁電耗。全電流不停電啟、停槽技術(shù)的成功應用是電解鋁生產(chǎn)工藝的一次突破。
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