穩流保溫鋁電解槽節能技術及工業應用范文

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摘要：論文簡單介紹了新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的開發思路和基本內容，著重從電壓優化、電解槽散熱減少和效率提高方面分析該技術的應用效果和優勢。本技術優化了電解槽的陰極結構，對電解槽的內襯結構進行了更加精細的設計。現場的技術人員對筑爐質量嚴格把關，確保電解槽長期穩定運行，并根據現場具體情況配套了工藝技術參數，實現電解槽的高效率低能耗運行。新型穩流保溫電解槽平均槽電壓3.853V，電流效率91.9%，鋁液直流電耗12493.9kWh/tAl，較同系列普通槽降低959.1kWh/tAl。

關鍵詞：節能；電壓；散熱；電流效率；穩流

1新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的開發思路

本技術以高導電穩流鋼棒為核心，優化了電解槽的陰極結構，大幅降低了水平電流，保證了電解槽可以在更低電壓下穩定運行。槽電壓的降低減少了電解槽的能量輸入，為了保持電解槽的能量平衡，對電解槽的內襯結構進行了更加精細的設計，減少了電解槽的熱損。現場的技術人員對筑爐材料、筑爐質量嚴格把關，確保電解槽長期穩定運行，并根據現場具體情況配套了新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的工藝技術參數，實現電解槽的高效率運行。

2新型穩流保溫鋁電解槽節能技術基本內容

2.1電壓平衡優化和穩流技術

本技術通過開發高導電鋼制材料降低電解槽上導體壓降，同時根據計算機仿真模擬研究工作[1]，優化陰極結構，水平電流降低了40%左右，爐底壓降大幅降低，優化前爐底壓降在300mV以上；優化后槽內焊爐底壓降240mv，槽外焊220mv。在降低爐底壓降的同時，提高電解槽的穩定性，更利于獲得高電流效率。穩流技術是新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的核心之一，該技術可以提高鋁液面的穩定性。提高陰極鋁液面的穩定性，減小陰極鋁液面的波動，不僅可以減少陰極鋁的溶解損失，提高電解槽的電流效率。而且可以使電解槽的有效極距增加，從而為更深一步地降低槽電壓提供一定空間[2]。

2.2能量平衡優化和保溫技術

根據槽內襯優化思路，對電解槽的內襯材料（包括側部和底部）的種類、尺寸就行了重新計算和設計。設計后的槽內襯優化前后電解槽等溫線分布（陽極電流密度0.74A/cm2）。槽內襯優化后電解槽等溫線分布合理，基本上可使陰極免受電解質凍結破壞作用。與以前的電解槽內襯設計相比，采用新技術設計的電解槽保溫效果更好，為電解槽在更低電壓下運行打下堅實的基礎。

2.3工程質量把關和工藝技術參數配置

在新型穩流保溫鋁電解槽節能技術推廣過程中，根據企業的具體特點（主要指槽型、電解質、輔助裝備、環境）結合新技術理論，制定相應的筑爐規程、焙燒啟動、工藝參數匹配、標準化操作方案。現場的技術人員對筑爐材料、筑爐質量嚴格把關，確保電解槽長期穩定運行，并根據現場具體情況配套了新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的工藝技術參數，實現電解槽的高效率運行。

3新型穩流保溫鋁電解槽節能技術應用效果

為了評估新型穩流保溫鋁電解槽節能技術的應用效果，對某企業350kA系列新型穩流保溫槽和對比槽進行了對比。主要比較了不同技術槽型的電壓優化、散熱狀況、電流效率等方面技術參數[3，4]。

3.1電壓優化

從表1可以看出，某企業350kA對比槽平均卡具壓降較高，有降低的空間；新型穩流保溫槽卡具壓降13.3mV，較對比槽低6.5mV。外圍母線壓降相差不大。新型穩流槽爐底壓降與對比槽相比降低91.3mV。新型穩流槽體系壓降與對比槽相比降低236.7mV；極間壓降與對比槽相比降低145.5mV；新技術平均槽電壓與對比槽相比降低226.7mV；體系壓降降低幅度與槽電壓降低幅度基本吻合。極間壓降的減少的可能原因是極距降低，或電解質電阻降低。根據極距測試結果，新型穩流電解槽極距4.20cm，對比槽極距4.56cm，較對比槽平均極距降低3.6mm。采用新技術的電解槽和對比槽所用電解質成分基本相同，說明極間壓降的降低主要因為極距降低所致。從電壓平衡看，新型穩流保溫槽槽電壓較對比槽低較多，主要原因是新型穩流電解槽爐底壓降和極間壓降有大幅度降低。

3.2散熱減少

槽殼表面溫度是電解槽運行狀況的間接體現，本部分通過對新型穩流保溫槽和對比槽的電解槽鋼窗口溫度和爐底溫度的測試，來定性比較兩種槽型的側下部保溫性能優劣。新型穩流保溫槽鋼窗口平均溫度213℃，對比槽鋼窗口溫度254℃。新型穩流保溫槽鋼窗口平均溫度較對比槽低41℃。根據傳熱學原理，相同條件下，表面溫度越低散熱量越小。新型穩流保溫槽爐底板各測試點溫度大部分在60℃~100℃，平均90℃，無異常點，說明爐底保溫性能較好。對比槽中測試點溫度高于100℃的相對多，平均溫度也高出10℃，說明爐底保溫效果遜于新型穩流保溫槽。另外新型穩流保溫槽爐底板各測試點溫度均一性較好，說明了筑爐、焙燒啟動等作業質量高。從槽殼表面溫度測試結果來看，新型穩流保溫槽鋼窗口溫度和爐底溫度明顯低于對比槽，說明新型穩流保溫槽在側下部保溫效果優于對比槽，這為新技術節能奠定了基礎。根據行業標準方法[5]對電解槽能量平衡進行了測試，結果表明，普通槽總散熱689.1kW，折合電壓1.942V；新型穩流保溫槽總散熱588.4kW，折合電壓1.658V。新型穩流保溫槽總散熱較普通槽降低100.7kW，折合電壓284mV。新型穩流保溫槽總散熱較普通槽降低主要因為陰極區散熱大幅降低。

3.3能耗降低

本次測量采用陽極氣體分析法進行電流效率測試。氣體分析法的原理是根據陽極氣體中的CO2濃度與電流效率之間的關系，通過采集電解過程中逸出的氣體，分析氣體濃度來得到某一時刻的電流效率。本次測試新型穩流保溫槽平均電流效率為91.9%，對比槽電流效率分別為88.6%。新型穩流保溫槽平均鋁液直流電耗12493.9kWh/tAl，對比槽平均鋁液直流電耗13453.0kWh/tAll，新型穩流保溫槽鋁液直流電耗較對比槽低959.1kWh/tAl。

4結論

（1）新型穩流保溫槽槽電壓大幅降低，主要因為極間電壓和陰極壓降的降低。極間電壓的降低主要因為穩流技術的作用，而陰極壓降的降低主要因為采用新型高導鋼棒和陰極結構。（2）新型穩流保溫槽鋼窗口溫度和爐底溫度明顯低于對比槽，說明新型穩流保溫槽在側下部保溫效果優于對比槽。新型穩流保溫槽總散熱較普通槽降低100.7kW，折合電壓284mV。新型穩流保溫槽總散熱較普通槽降低主要因為陰極區散熱大幅降低。電解槽總散熱量的減少為新技術節能奠定了基礎。（3）新型穩流保溫槽平均電流效率為91.9%，對比槽電流效率分別為88.6%。新型穩流保溫槽平均鋁液直流電耗12493.9kWh/tAl，對比槽平均鋁液直流電耗13453.0kWh/tAll，新型穩流保溫槽鋁液直流電耗較對比槽低959.1kWh/tAl。

作者：王俊青 李昌林 周云峰 汪艷芳 方斌 侯光輝 柴登鵬 史志榮 單位：中國鋁業鄭州有色金屬研究院有限公司