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淺談全電流不停電啟、停槽技術的研究與應用

2018-02-25 19:48:49 大云網  點擊量:895 評論 (0)
  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

    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。 

 

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責任編輯:電力交易小郭

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