铝电解生产技术中能耗的控制研究

时间:2022-05-18 07:17:44

铝电解生产技术中能耗的控制研究

摘要:近年来,尽管我国铝电解行业有了大步跨越,但仍未摆脱能耗高、排放高的现状,有待企业管理者进一步研究和改进。本文就铝电解企业在生产控制技术层面低耗、减排作了简要的探讨。

关键词:铝电解;企业生产;高产低耗;节能减排;措施

Abstract: in recent years, although China's aluminum smelting industry have the big step across, but still not get rid of high energy consumption and high emissions, the current situation of enterprise managers to further research and improvement. This paper aluminium electrolysis enterprise in production control technology level low consumption, emissions are briefly discussed.

Keywords: aluminum electrolytic; Enterprise production; High yield low consumption; Energy conservation and emission reduction; measures

中图分类号:O646 文献标识码:A 文章编号:

1 铝电解企业生产技术上低耗、减排的控制

1.1开发计算机控制技术,实现“能量平衡”管理

铝电解槽的控制包括物料平衡及热平衡两方面,不管是计算机的控制还是人工控制,我们最终要达到的目的是使电解槽同时在物料和热量方面达到一个平衡点,希望其在最小热投入及最小化物料浪费的基础上产生最大化的产出。在计算机控制方面,先后开发了铝电解槽“自适应控制技术”、“模糊控制技术”、“中温寻优控制技术”和铝电解“专家系统”技术等,这些控制技术的成功应用使我国的预焙槽整体水平得到明显提高。但这些技术主要解决了电解槽“物料平衡”中的氧化铝浓度控制,而“能量平衡”的管理和控制在电解生产过程中起着更为重要的作用。因此,开发双平衡控制系统是铝电解行业亟待解决的问题。其实计算机主要解决三个方面的问题:其一是自动加料功能,关键在于如何保持氧化铝稳定的低浓度生产;其二是电阻控制功能,关键在于如何把电阻控制与过热度控制结合起来,提高操控机的智能性;其三是其他辅助作业的规划并为组织安全生产提供保障。计算机控制的中心任务就是协助工艺管理人员实现热量和物料的动态平衡。绝对的平衡是不存在的,我们的目标是根据生产设备的现状最大限度的降低两个平衡的波动幅值。

目前国内很多铝厂已成功开发了“多变量寻优控制技术”,实现了铝电解槽两平衡的控制,不仅在电流效率及电耗方面有很好的提高,同时在减少电解槽阳极效应方面也有很好的效果,在节能的同时也实现了对环境的保护。

1.2进一步探索添加剂的研究与应用

添加剂的应用对节能具有很大的意义,一方面通过添加剂的应用,可以降低电解质初晶温度,不仅提高了电解槽的电流效率,同时随着电解温度的降低,使电解槽排放有害气体的可能性降低,保护了环境;另一方面,添加剂能改善电解质的性能,提高其导电性,降低吨铝电耗。现实生产中的添加剂则包括氟化钠、氟化铝、氟化钙、氟化镁和氟化锂,理论界的研究也主要局限于这几种。氟化锂作为铝电解添加剂在这两方面的效果较明显,现国内已有部分铝厂逐渐推广应用,只是各厂试验推广结果都具较大差异性,其原因为锂盐含量的控制及相应配套工艺技术参数的匹配问题,且在相对较低温度下进行电解作业,其灵敏性增加,抗热冲击能力减弱,且随电解温度的降低,整个电解质熔盐体系热容减少,电解槽的计算机控制及操作的稳定性,可以避免其负面影响。NaCl添加剂也是铝电解一种很好的添加剂,但由于其具有吸潮性,对电解车间设备有腐蚀作用而未能得到推广应用。

近年来发展起来的复合盐的应用是铝电解的一项节能新技术,有报导称通过对锂盐和镁盐、氯化钠和镁盐等复合添加剂的应用,从而在电耗及电效方面取得较好的效果。由于节能的要求,铝电解厂不得不去挖掘铝电解槽在节能方面的潜能,尽管铝电解厂近年来在铝电解槽电解质压降方面取得了显著的效果,但对添加剂的研究与应用还将继续探索。

1.3加强铝水平的控制,降低电耗,节约能耗成本

铝水平是铝电解生产中最重要的设计参数和工艺参数,理论上认为铝电解槽应保持一定的铝水平,同时认为偏高的铝水平比偏低的铝水平危害性更大,因为偏高的铝水平容易使炉底出现沉淀、结壳及长伸腿,使电解槽不稳定,容易出现病槽;但从另一方面讲,相对高的铝水平也有好处,即相对厚的铝液层可以削弱磁场作用力,减少因铝的波动而产生的溶解损失。在相同条件下降低铝的溶解损失,可以认为是提高电流效率,因为铝电解生产中电流效率不能达到100%的原因,即为铝的再溶解损失。如何控制铝水平的高度,笔者认为对不同的铝电解厂或铝电解系列,甚至同一铝电解系列在不同时期都应不同。从节能的角度出发,可能相对低的铝水平更合理,因为一方面相对低的铝水平可以保持较低的极距,从而可以降低电耗,可以节约能耗成本。

目前国内已经研究并开发了许多铝电解新型电解槽,旨在明显降低电解槽铝水平,达到降低极距,从而实现节能的目的,包括邱竹贤提到的“泄流式电解槽”。

1.4加强阳极效应的控制,减少温室气体的排放

阳极效应的发生对铝电解的影响主要有:消耗能量;电解过程基本停止,电流效率降低;破坏炉膛内型;氟盐挥发损失增加;阳极消耗增加(氧化燃烧)五个方面,同时会产生大量的全氟化碳(PFC)温室效应气体--CF4和C2F6,这些气体进入大气产生很大的温室效应。因此,当前在铝电解生产中必须加强阳极效应的控制,尽快实现“零效应”控制的技术革新。

1.5优良净化系统的配备

铝电解槽在电解过程中将散发出大量的气态和固态污染物,气态物质主要有氟化氢和二氧化硫,发生阳极效应时还有CF4、C2F6气体;而固态物质有氧化铝、炭和冰晶石及一些细颗粒的电解质蒸气凝物等。上述物质不能直接排空,一方面对人体及环境有害;而如氧化铝、氟等可回收再利用。铝电解厂在投产时都配备有电解烟气收集净化系统。近年来铝电解槽的容量在不断扩充,铝产量也在不断的提高,产生的污染物也势必成倍增加,因此,随着铝电解技术的不断提高,铝电解厂也应更加重视烟气净化技术的提高,以满足对环境保护的要求。

2 良好的焙烧启动技术及平稳、正常的电解槽运行是延长电解槽寿命的关键

铝电解槽槽寿命的延长,无疑将是实现铝电解生产节能减排最重要的途径,这是铝电解生产永无止境的目标。前面已提到,阴极质量的提高,将是实现槽寿命延长的一个重要途径,但良好的焙烧启动技术及平稳、正常的电解槽运行也很关键。

2.1不断完善焙烧技术,降低生产成本,保护环境

目前,在国内最常用的电解槽焙烧技术主要有铝液焙烧、焦粉焙烧。通过实际生产的应用,笔者认为从节能及槽寿命方面考虑,焦粉焙烧明显优于铝液焙烧。铝液焙烧由于高温铝水对阴极炭块的强烈热冲击,容易产生裂纹,在后期的生产中,一方面炉底压降较高;另一方面阴极容易破损,槽寿命不高。因此,目前许多铝厂都倾向于使用焦粉焙烧技术,当然,焦粉焙烧速度快也是一个很重要的指标,需要不断探讨的。燃气焙烧法在槽寿命方面有很好的效果,但由于其操作复杂,真正大量应用于工业生产的并不多。目前还有固体铝焙烧法等,都是在原有焙烧方法的基础上产生的。笔者认为铝电解厂应对这些新技术进行尝试,不断完善原有焙烧技术的缺陷,不仅降低自身的生产成本,同时也是保护环境的一种要求。

2.2提高管理水平,保证平稳、正常的电解槽运行

高效低耗的铝电解生产,在拥有良好焙烧技术的同时,应辅之以优良的正常管理。正常管理即对铝电解槽的电压、槽温、两水平及分子比等控制,使这些技术参数达到一个最佳平衡状态点,最终实现电解槽的平稳运行。笔者认为铝电解槽正常期的管理,最重要的前提是稳定。电解槽出现早期破损最主要的原因就是铝电解槽运行波动。

3 结束语

低耗、减排是一个持续不断的过程,也是铝电解工作者们一直努力的方向,就目前铝电解行业的现状来看,可以挖掘的空间很大。面对挑战,笔者认为,只要充分挖掘自身潜力,调动员工主观能动性,群策群力,高产低耗、节能减排的目标就一定能够达到一个新的高度。

参考文献

[1]邱竹贤.预焙槽炼铝[M].北京:冶金工业出版社,2005.

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