論文鍵詞：全電流 啟停槽 節能

　　論文摘要：針對電解鋁生產過程中新槽啟動需要系列停電，超溫波動，產量減少，陽極效應增多等的缺點，研制開發出全負荷不停電啟動裝置，起到節約資源，提高效益的目的。
　　
　　
　　0 引言
　　電解鋁生產，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，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，在電解槽內產生電化學反應，在陰極上析出鋁，陽極上產生二氧化碳和一氧化碳的混合氣體。電解過程中還產生大量的煙氣及粉塵，直接排入大氣會對環境造成污染。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凈化有害氣體。吸附后的氧化鋁除一部分做為吸附劑循環使用外，其余全部通過氧化鋁超濃相輸送系統輸送到電解槽的料箱中，供電解生產使用，凈化后的煙氣排入大氣。
　　

　　1 陽極效應及對電解槽的影響

　　陽極效應是鋁電解生產過程中陽極上發生的現象，其效應對鋁電解生產既有正面影響，也有負面影響。

　　1.1 陽極效應的正面影響：

①有利于電解質中炭渣的分離；

②可以使黏附在陽極表面上的炭渣得到清理；

③有利于熔化槽底的沉淀。

　　1.2 陽極效應的負面影響：

①發生陽極效應時，陽極上會產生碳氟化合物氣體CF4和C2F6，并進入大氣。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陽極效應會熔化槽幫結殼，使電解質分子比增加；

③陽極效應會增加電能消耗，提高電解質的溫度；

④陽極效應會增加鋁的損失（特別是當使用鼓入空氣或插入木棒的方法熄滅陽極效應時）；

⑤陽極效應時，使陽極底表面附近電解質溫度大幅升高，從而大大增加氟化鹽的揮發損失。由以上可以看出，鋁電解槽發生陽極效應對鋁電解槽的負面影響大于正面影響。因此，先進的鋁電解生產技術是努力降低電解槽陽極效應系數，一旦發生，要盡可能縮短效應時間。

　　
　　2 問題提出

　　生產中，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，而電解鋁生產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歷史中，目標電解槽停電或通電時，只好將全系列斷電，即其它非目標電解槽也需在這個時間內停止供電。這不僅會影響整個系列電解槽的生產管理，降低槽壽命；這種大負荷波動極易對電網安全運行造成危害。對于鋁電合一的電解鋁企業，還導致發電量降低、能耗大幅度增加；而且將目標槽短路后再斷開和接入的方式，由于系列電流太大，直接短路操作會產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、啟槽會使槽溫波動，減少產量，隨之帶來的是槽內條件變化，陽極效應發生，使消耗增高。因此，尋求系列槽不停電停、啟槽技術的開發研究從來沒有停止過，但始終沒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，再進行短路口操作（操作時，短路口的電壓降到2V以下）。如果用兩個氣缸頂住短路口10個接觸面中的4個（相當于4個大分流），同時再增加小分流的數量，這樣，短路口其余6個面的壓降就相當小，人工操作即可將其打開，然后，用氣缸把壓住的4個面也打開，就能實現對電解槽不停電通槽。可采用不壓負荷的通槽方法。

　　3.1 分流量的大小按50%進行計算。

　　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，在未接入母線回路的槽上進行動作試驗，觀察動作是否良好。

 
　　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，觀察效果是否良好。如不打火花且沖擊電壓在2.5V以內，則進行第2次實驗；將負荷壓到250kA，再次觀察，沖擊電壓在2.7V以內；可以進行第3次不壓負荷，沖擊電壓在2.8V以內，短路口不再出現火花，即證明實驗成功。

　　
　　4 應用后的效益分析

　　4.1 節能效果（減少效應） 在應用不停電啟動電解槽技術前，電解槽啟動和停槽均需要系列停電或降低系列負荷（降至10kA）后再進行操作，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，又增加了陽極效應。每次啟動至少增加效應30個。這里所謂效應系數，定義為每天（24h）發生陽極效應的頻率（次數）；每個效應電壓升高30V；效應時間為6min。電解槽設計壽命為1500~1800d，就是說，電解槽至少每5a需要重新砌槽一次。意味著每年有20%的電解槽要停槽大修重新啟動。不停電通槽技術操作已經作為一項工藝規程編入了公司技術規范，在以后的電解生產中熟練應用。公司現有268臺電解槽，每年的停槽大修量有54臺，每年要進行不停電操作108次，每年節約電耗：

　　單槽啟動節電：290×0.1×30×30=26100kWh
　　大修啟、停槽節電：26100×108＝2818800kWh（１）
　　新槽啟動節電，則：26100×184=4802400kWh（２）
　　 （１）+（２）＝7621200kWh
　　折合標煤：7621200×0.35/1000=2667.42t

　　4.2 增產效益 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，則少產鋁為：(290kA×0.3356g/A.h×0.5h×184臺×0.93-150 kA×0.3356×0.5h×184臺×0.93)×46次=184.92t。
　　每噸按2萬元算，不降負荷通槽多出產值：
　　184.92×20000=3698400元
　　若把全電流不停電啟、停槽技術在全國進行推廣普及應用，其效益非常巨大。

　　
　　5 結語

　　要使鋁電解生產取得很好的性能指標，不僅要保持技術條件的平穩性，而且要建立良好的熱平衡，同時，要最大限度減少無效電壓，提高電流效率，以有效降低噸鋁電耗。平穩的電解生產是各項技術條件綜合作用的結果，各項技術條件之間存在著一定關系。某一項條件發生變化，其他條件也會隨之改變，并且發生病槽后電流效率下降，電耗增高。所以，確保技術條件的平穩性，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、停槽技術的成功應用是電解鋁生產工藝的一次突破。