电解槽强化保温与节能降耗的研究.pdf

第９卷第３期２０１５年９月材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＶ０１．９．Ｎｏ．３Ｓｅｐｔ．２０１５——文章编号：１６７３９９８１【２０１５）０３０１９７－０５电解槽强化保温与节能降耗的研究姜海涛，周平，汤昌廷，阎昭辉南山铝业股份有限公司，山东烟台２６５７１３摘要：通过对电解槽能量收入、支出情况分析，研究了增加角部阳极垒墙、保温料高度、保温型槽盖板、℃减少烟道负压等强化电解槽保温手段，减少电解槽体系热损失．研究结果表明，电解质过热度由１１．１降℃低至１０．３，过热度适中，铝水平提高１．６ｅｍ、吨铝直流电耗降低８４ｋＷ・ｈ、平均电压降低１８．５ｍＶ．关键词：电解槽；能量平衡；保温；节能降耗中图分类号：ｌｒｌＹ８２１文献标识码：Ａ目前我国对钢铁、水泥及电解铝等高耗能和过剩行业的能源消费总量进行严格控制．使得电解铝产业发展与节能目标矛盾更加凸显，项目能效评估及技术标准提高．为完成节能降耗的目标，南山电解铝厂与中南大学进行合作，进一步对电解槽进行优化改进．本研究在分析南山电解铝厂电解槽能量收入与支出情况后，选取强化电解槽保温等手段减少电解槽体系热损失。对电解槽节能降耗进行了研究．１强化保温预期目标南山电解铝厂与中南大学合作，分别于２００４年１０月、２００７年９月和２０１２年４月对南山铝电解厂的３００ｋＡ铝电解槽物理场进行了综合测试．期望实现铝电解槽结构与操作参数的优化及生产过程的有效控制，系统地了解该电解铝厂３００ｋＡ电解槽的槽电压构成、母线及阳极与阴极电流的分配、各区域能量损失、槽内磁感应强度的分布及熔体流速分布和流动图象，以便对铝电解槽的母线配置、工艺技术条件和加工操作制度的合理性及电解槽槽况进行定量分析和评价，为提高铝电解主要技术经济指标。采取有针对性的技改措施——收穗日期：２０１５０８０３作者简介：姜海涛（１９８５一），男，山东烟台人，助理工程师，硕士提供科学依据．表１为电解槽能量收入与支出情况．铝电解槽能量平衡误差一般应在供入总能量的±５％以内．由表１可知：三次测试结果显示能量差额均值分别为３．３５％，２．１６％和３．３３％，均在允许的误差范围内，表明测试结果具有参考价值与指导意义；铝电解反应能耗是衡量铝电解槽能量利用效率的重要指标，三次测试结果中反应能耗所占的百分比分别为４２．６ｌ％，４２．４６％和４３．４５％，可见该电解铝厂存在的主要问题是电能利用效率低、热损失偏大。表明该厂３００ｋＡ电解槽工艺条件仍有进一步调整优化的潜力．与国外高电流密度的散热型电解槽相比，国内设计使用的大型预焙铝电解槽槽型侧重于加强侧部散热及底部的保温，所以在一定程度上可通过槽体系散热损失来衡量铝电解槽阴极设计及加工操作的合理性【ｌ－ｚ１．为了减少散热损失状况、提高电能利用效率、降低槽工作电压及吨铝电耗，该电解铝厂选取４台３００ｋＡ电解槽进行强化保温实验。预期目标在加工操作方面使阳极上部有一个合理的保温料覆盖层、减少电解槽热损失，并在对电流效率影响不大的前提下降低电解槽平均电压和吨铝直流电耗．万方数据１９８材料研究与应用２０ｌ５２强化保温手段２．１实验槽热平衡现状表２为电解槽热损失情况－由表２可知．电解槽的热损失主要集中于烟气带走热和槽体系散热两方面．２．２实验槽保温实验措施２．２．１角部阳极垒墙保温在低电压运行期间，电解槽趋冷，存在角部伸腿肥大等现象．角部阳极垒墙保温是在电解槽Ａ１，Ａ１０，Ｂｌ和Ｂ１０位置装入新极后，用尺寸２００ｃｍｘ１０ｃｍｘ０．３ｃｍ的薄铁皮沿电解槽角部槽立板围好、固定。边部用拳头大小的料块垒墙，垒墙高度以不影响槽盖板安装为上限．垒墙后用电解质将边部浇实以防止氧化铝粉从边部漏出．最后添加足量氧化铝保温料．预期通过减少角部阳极处散热量．控制伸腿生长情况．图１及图２分别为阳极角部伸腿肥大现场实物图和电解槽增加角部阳极垒墙保温图．表２电解槽热损失情况分析Ｔａｂｌｅ２Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｅａｔｌｏｓｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌ图１阳极角部伸腿肥大现象Ｆｉｇ．１Ｔｈｅａｎｏｄｅａｎｇｌｅｌｅｇｇｒｏｗｔｈｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ图２电解槽增加角部阳极垒墙保温Ｆｉｇ．２Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅａｎｏｄｅｖａｌｌｕｍ万方数据第９卷第３期姜海涛，等：电解槽强化保温与节能降耗的研究２．２．２增加保温料覆盖层高度及加工保温型槽盖板实验前电解槽氧化铝保温料覆盖层厚度的标准为１６～１８ｃｍ，实验过程中要求增加保温料覆盖层的厚度，实验槽保温料覆盖层的厚度以接近钢爪横梁上部为准．预期通过增加保温料覆盖层厚度来减少电解槽阳极钢爪散热及电解槽体系散热．图３电解槽侧角部槽盖板外观Ｆｉｇ．３Ｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｉｄｅａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｎ２．２．３减小烟道负压及降低电解槽设定电压目前该电解铝厂３００ｋＡ电解槽烟道内烟气带走热量占电解槽热损失总量的４０％～５０％．故实验槽选取工区靠近通道处的电解槽。并将烟道阀门开合度减半．预期通过降低烟道内烟气流速．在不影响电解槽烟气净化效果的前提下减少烟气带走的热量．增加保温料厚度等保温措施将对电解槽过热度造成一定影响．相关资料中证明【娴，增加保温料覆盖层厚度等方式将增大电解槽过热度．通过降低槽电压及加强散热会减小过热度的值．为保持适宜过热度，实验期间根据电解槽运行状况对电解槽设定电压进行调整．预期在不影响电流效率的前提下．通过调整电压达到降低吨铝直流电耗的目的．目前３００ｋＡ电解槽使用的槽盖板采用薄铝皮与铝管材的焊接组合形式，其保温效果差．实验期间将原有盖板进行加工改造，增加一层保温石棉布与铝皮，以强化盖板保温效果．预期通过加工保温型槽盖板．减小电解槽体系散热量．图３及图４分别为电解厂侧角部槽盖板外观和电解槽使用的保温型槽盖板．图４电解槽使用的保温型槽盖板Ｆｉｇ．４Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｔｙｐｅｇｒｏｏｖｅｃｏｖｅｒｆｏｒｔｈｅｕｓｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌ３强化保温实验的数据统计及分析３．１电解槽烟道负压与风速—于２０１４年４６月分四次对四台电解槽烟道负压、风速进行测量，并选取两组不同位置的电解槽进行对比，测量均值列于表３．由表３可知，调整后负压均值降低约２１％左右、风速均值降低约１１％左右．从电解槽运行及维护情况看。调整后未对电解槽烟气净化造成较大影响．实验槽保温料覆盖层的厚度由原先１６～１８ｃｍ—调整至２２２４ｃｍ，实验槽的盖板使用改造后的盖板．表３电解槽热损失情况分析Ｔａｂｌｅ３Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｅａｔｌｏｓｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌ万方数据材料研究与应用２Ｏ１５实验前后对四台电解槽的阳极表面温度进行多天跟踪测量，测量结果列于表４．从表４可以看出，阳极保温料覆盖层表面平均温度在加强保温后提高１８．５℃，基本达到保温效果．表４阳极保温料覆盖层表层温度测量结果Ｔａｂｌｅ４Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｎｏｄｅｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌ℃温度，——编号保温前（三月）保温后（五月）３．２电解技术指标统计情况于２０１４年３月对四台实验槽保温前的电解质进行取样化验，其结果列于表５．由表５可知，电解质℃℃的平均初晶温度为９５４．２．过热度为１１．１．由此可知，电解质的初晶温度偏高，过热度适中．表５保温前电解质取样化验结果Ｔａｂｌｅ５Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅ于２０１４年５月对四台实验槽保温后电解质进行取样化验，其结果列于表６．由表６可知。电解质的℃’℃平均初晶温度为９４６．１，过热度为１０３．由此可知，电解质的初晶温度适中，过热度适中．实验前后℃℃电解质过热度的均值由１１，１降至１０．３．表明．在强化保温与降低电压同步进行的过程中，电解质过热度保持情况良好，未出现过热度偏高或偏低的问题．表６温后电解质取样化验结果Ｔａｂｌｅ６Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅａｆｔｅｒｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ于２０１４年３月和５月对四台电解槽的电压、铝水平、吨铝直流电耗进行测量，其结果列于表７．由表７可知，保温前后设定电压降低２７ｍＶ，平均电压降低１８。５ｍＶ，铝水平提高１．６ｃｍ，吨铝直流电耗降低８４ｋＷ・ｈ．ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ４结论电解质过热度会受到槽电压、电解槽散热情况及电解质成分的影响．降低过热度可以通过降低电解槽运行电压及增加电解槽散热来实现．通过开展电解槽强化保温工作，减少热损失、提高电能利用效率。能够增大电解质过热度，但同时降低槽工作电压也会使电解质过热度降低．从实验结果来看，电解质℃℃过热度由１１．１降低至１０．３，过热度保持适中，实验未对电解质过热度造成较大的影响．对四台实验电解槽进行强化保温、降低电压等措施后。铝水平提高了１．６ｃｍ、吨铝直流电耗降低了８４ｋＷ・ｈ、平均电压降低了１８．５ｍＶ。表明，通过减少电解槽热损失、万方数据第９卷第３期姜海涛，等：电解槽强化保温与节能降耗的研究２０１—————————————————————————————————————————————————————————一一表７保温前后电解指标对比ＴａｂＩｅ７Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｉｎｄｅｘｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ—————————————————————————————————————————————————————————一一项目设定电压厂ｖ工作电压，ｖ平均电压，ｖ铝水平／ｃｍ吨铝直流电耗／ｋＷ・ｈ三月份平均值３．８４５３．８５７３．８６２２２．６１２６８０五月份平均值３．８１８３．８３３３．８４３２４．２１２５９６两月差值０．０２７０．０２３７０．０１８５１．６８４保持电解槽能量平衡，定运行的目的．有助于实现电解槽低电压稳【２】梁学民，张松江．现代铝电解生产技术与管理【Ｍ】．长沙：中南大学出版社，２０１１．参考文献：（１】刘业翔，李劫．现代铝电解（Ｍ】．北京：冶金工业出版社，２００８【３】肖劲，王民，王平，等．电解质过热度对铝电解生产影响的—评述叽．矿业工程，２００８，２８（４）：４９５２．【４］李贤，刘民章．浅谈低电压下保持电解槽能量平衡的措施ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｅｌｌｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔａｎｄｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪＩＡＮＧＨａｉｔａｏ，ＺＨＯＵＰｉｎｇ，ＴＡＮＧＣｈａｎｇｔｉｎｇ，ＹＡＮＺｈａｏｈｕｉＮａｎｓｈａｎＡｌｕｍｉｎｕｍＬｉｍｉｔｅｄＣｏｍｐａｎｙ．，Ｙａｎｔａｉ２６５７１３，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｃｅｌｌ’ｅｎｅｒｇｙｓｉｎｃｏｍｅａｎｄｅｘｐｅｎｄｉｔｕｒｅ，ｗｅｓｔｕｄｙｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｃｅｌｌｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎａｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅａｎｇｌｅａｎｏｄｅｖａｌｌｕｍ，ｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｈｅｉｇｈｔ，ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｇｒｏｏｖｅｃｏｖｅｒ，ｒｅｄｕｃｅｆｌｕｅｓｕｂｐｒｅｓｓｕｒｅ．ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｈｅａｔｌＯＳＳｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓｕｐｅｒｈｅａｔｄｅｃＩ．ｅａｓｅｓｆｒｏｍ１１。１ｏＣｔｏ℃１０．３，ｍｏｄｅｒａｔｅｈｅａｔｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍｌｅｖｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｄ１．６ｃｍ．ｔｏｎｓｏｆａｌｕｍｉｎｕｍＤＣｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｅｄｕｃｅｄａｔ８４ｋＷ・ｈ，ａｖｅｒａｇｅｖｏｌｔａｇｅｒｅｄｕｃｅ１８．５ｍＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｃｅｌｌ；ｅｎｅｒｇｙｂａｌａｎｃｅ；ｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ；ｓ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