铝电解节能降耗技术研究及应用

铝电解节能降耗技术研究及应用

闫智勇

河南中孚铝业有限公司   河南 郑州  451200

摘要：电解铝是通过电解得到的铝。现代电解铝工业通常采用冰晶石-氧化铝熔盐电解法。具体来说，熔融冰晶石用作溶剂，氧化铝用作溶质，碳体用作阳极。作为阴极，经强直流电在(950~970)℃对电解槽内的两个电极进行电化学反应(即电解)后得到的最终铝产品也称为“原铝”。

关键词：铝电解；电解槽；节能降耗；电流效率

前言

随着生产技术的不断提高，我国的电解铝工业取得了比较大的发展。铝作为能源消费的“大户”之一，节能减排首当其冲;就电解铝而言，目前电解铝生产每吨碳排放量是每吨钢铁碳排放量的6倍多。电解铝行业是高耗能行业的重点领域。国家发展改革委于2021年8月发布《关于完善电解铝行业分级电价政策的通知》(法改价[2021]1239号)。电价分为几类。2022年分级标准为铝液交流综合耗电量13650kWh/吨，2023年分级标准为13450kWh/吨，2025年分级标准为13300kW/吨kW·h，超过分级标准每吨增加20kW·h，电费增加0.01元/kW·h。节能降耗、降低生产成本是企业生存和增强市场竞争力的有力措施。

1电解铝行业的节能降耗背景

1)以电解铝为例，电解铝作为典型的高碳排放行业，受冲击最大，产能首先受到控制。2017年，在供给侧改革期间，发改委等四部委开展了电解铝行业违规项目清理整顿专项行动，淘汰了大量制约电解铝行业增长势头的落后产能。2020年碳峰值碳中和目标提出后，作为高碳排放行业的电解铝产能增长将更加有限。在此背景下，二次铝将成为重要的补充来源，行业景气度将持续提升。2)2021年10月21日，国家发展改革委等部门发布《关于严格能效约束推进重点领域节能减碳的若干意见》和《冶金建材重点行业严格能效约束推进节能减碳行动计划(2021-2025年)》，指出要循序渐进、有序推进，以重点行业节能减碳为重点，大力推进钢铁、电解铝、水泥、平板玻璃等重点行业绿色低碳改造，确保碳峰值如期实现。在高政策压力下，电解铝行业将加快绿色转型;3)电解铝节能降耗是电解铝行业的重要方面。在后危机经济和铝行业进入微利和成本竞争时代的今天，节能降耗在企业战略管理中变得越来越重要。电解铝企业应以提高和优化能源利用为目标，遵循减量化、循环利用、资源化的原则，不断加大节能技术创新和技术改造的投入，加强以节能技术管理为基础的节能战略，以获得最大的经济效益和社会效益。

2铝电解节能降耗技术优化

2.1内衬设计

通过内衬的重新设计、石墨化阴极技术、加铜钢棒技术等的应用，预计铝电解槽直流功耗在现有30%或50%阴极的基础上降低100kWh/tAl。新型阴极结构技术(全石墨化阴极+磷生铁铸造)，主要技术方向是新型定流保温铝电解槽的节能改造，通过改变阴极钢棒和阴极碳块(磷生铁铸造)的连接方式和组装形式，优化了阴极的导电结构，使电解槽内铝液中的水平电流和阴极压降大大降低。一方面进一步降低铝液中的水平电流，另一方面降低阴极压降，可降低约90mV(基于石墨加碳糊夯实的电流法，阴极压降为300mV)，从而提高电解槽磁流体的稳定性，达到节能降耗的目的。

2.2新型节能钢爪技术

节能钢爪制作主要包括四个方面：材料、熔炼、铸造工艺及新材料各项检测。技术应用后，具有如下收益：①优化炭碗结构，减少铁碳压降；②钢爪结构改进，优化阳极电流分布；③阳极涂层，减少碳渣，延长阳极周期1d；④钢爪压降降低15mV。

2.3智能剥壳切割技术

智能剥切技术的核心功能是:判断堵塞，如果堵塞，可以尝试清除几次，如果无法清除，它会及时报警并手动处理。

2.4燃气焙烧代替焦炭颗粒焙烧

电解池早期破裂的重要原因之一是焦炭颗粒受热不均匀引起的热冲击。采用气体焙烧技术，由于电解池受热更加均匀，可以减少电解池早期破裂的发生。此外，采用煤气焙烧比传统焦炭焙烧更具成本效益。如果铝厂有条件(有天然气来源)，建议考虑这种选择。

3综合节能

3.1将二极管整流改为晶闸管整流

从供电安全角度看，切换到晶闸管整流对电解系列电压波动具有较高的对应速度和优越的控制效果，可最大程度满足电解系列平稳运行的要求，减少调压开关的动作次数，增加调压开关的寿命，减少维护工作量。在能耗方面，将二极管整流改为晶闸管整流后，可取消整流变压器的饱和电抗器。除去饱和电抗器后，整流变压器的输出电压虽然略有增加，但幅度仍在整流的可控范围内。单个整流柜增加10kw的损耗。以百合铝业二期为例，10个整流柜合计增加100kw的损耗。单台整流变压器总损耗较去除饱和电抗器前减少120kW,5台整流变压器总损耗减少600kW。

3.2自平衡排烟技术

净化系统的直接耗电量很容易被电解铝企业发现并整改，但净化系统的间接耗电量一般被忽略。电解烟气带走的热量约占电解铝生产总能耗的20%。目前，电解铝企业做了更多的烟气余热利用等节能技术改造，没有考虑如何节电。如果这部分用电量能降低5%，每吨铝的能耗可降低约145kW·h。远高于净化系统的直接耗电量。从烟气净化的角度来看，最具潜力的节能技术是在保证环保的前提下，直接降低单罐排烟量。

3.3定制高效风机，最大限度降低引风机功耗

通过对运行风机进、出口管道上的压力、流量、温度进行详细、准确的测量，确定风机的节能目标值，并对整个工作范围的性能进行准确的分析和评估，根据运行条件定制高效风机。，提高节能空间。风机的效率主要通过以下几个方面来提高:①根据现场工况，设计定制与系统运行工况相匹配的高效风机。流量损失，从而提高风机的整体效率;②通过改进阀门和进气口的密封结构，减少了风机的泄漏，进一步提高了风机的整体效率;③通过更换低能耗输送工艺和高效排风机，节电潜力为(20-50)kWh/t·Al范围。

3.4空压站节能

以某企业为例，生产32万吨/年电解铝产能，共配置4台300Nm3/min离心式空压机，单台空压机功率为1680千瓦;压力机每吨铝的耗电量为102千瓦时/t·Al。相比之下，目前一些企业有空压站，每吨铝的耗电量在50kW/t·Al以内，因此这部分有很大的空间。压缩空气的消耗主要在电解车间、氧化铝运输、电解液运输、装配车间等。通过技术升级改造，很多企业空压站都有(40~50)kWh/t·Al的还原空间，这是非常可观的。

结束语

节能减排已成为电解铝行业的基本共识。随着电解槽节能技术研究的不断深入，研究范围已扩展到电解槽本体、生产过程控制等各个方面。新思想、新技术、新方法不断出现。这些进步深刻地影响和改变了我国的电解铝工业，同时也使人们的思想更加解放，视野更加开阔，创新思维更加活跃。只要大家共同努力，一定能取得更大的技术进步，为我国电解铝行业的持续健康发展做出更大的贡献。

参考文献

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