衡茂林

（中國鋁業(yè)青海分公司，青海 西寧 810108）

中國是全球最大的原鋁生產(chǎn)國，2018年中國原鋁產(chǎn)量達到3430萬噸，占全球年總產(chǎn)量的一半以上。電解鋁工業(yè)則是有色行業(yè)中的傳統(tǒng)耗能大戶[1]，電解鋁高耗能的現(xiàn)狀與國家提出的綠色發(fā)展以及建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會、特別是習(xí)總書記在十九大報告提出的“綠水青山就是金山銀山”等發(fā)展理念不吻合。因此，鋁電解節(jié)能技術(shù)受到電解鋁行業(yè)的高度重視并成為本行業(yè)科研工作的重點和難點[2]。新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)從2016年起成為鋁電解行業(yè)引領(lǐng)性節(jié)能技術(shù)，在行業(yè)內(nèi)知名度越來越大，推廣產(chǎn)能逐年攀升[3]。本文主要介紹了新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)在180kA槽型上的工業(yè)應(yīng)用，為新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)工業(yè)應(yīng)用提供借鑒和參考。

1 新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)簡介

新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)首先通過模擬仿真和理論計算，優(yōu)化鋁液中的電流分布，降低鋁液的流速和界面變形，優(yōu)化陰極碳塊中的電流分布，提高陰極鋁液的穩(wěn)定性；其次優(yōu)化陰極結(jié)構(gòu)和材料選型，開發(fā)穩(wěn)流高導(dǎo)鋼棒，結(jié)合低陰極壓降組裝技術(shù)，降低陰極壓降，降低槽電壓；然后根據(jù)電解槽區(qū)域能量自耗和電解質(zhì)初晶溫度優(yōu)化設(shè)計槽內(nèi)襯，優(yōu)化等溫線分布，形成理想爐膛，降低側(cè)下部散熱；最后合理匹配電解槽工藝技術(shù)參數(shù)，達到穩(wěn)定鋁液波動、降低水平電流、降低槽電壓、減少側(cè)下部散熱的目的，確保電解槽低電壓高效率穩(wěn)定運行，最終達到節(jié)能減排的目的[4]。

目前，新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)推廣產(chǎn)能約200萬噸，涉及產(chǎn)能將近1000萬噸，企業(yè)施用該技術(shù)后，原系列噸鋁直流電耗13000kWh/t-Al以上的系列較實施前均取得噸鋁節(jié)電500kWh以上的效果，原噸鋁直流電耗13000kWh/t-Al以下的系列均實現(xiàn)鋁液直流電耗小于12500kWh/t-Al。該技術(shù)于2016年榮獲中國有色協(xié)會科技進步一等獎，2017年被國家發(fā)改委列入國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄，2018年被國家發(fā)改委評為2018年度中國工業(yè)領(lǐng)域十佳節(jié)能技術(shù)，2019年獲河南省科技進步二等獎。

2 工業(yè)應(yīng)用效果

某企業(yè)從2017年開始推廣應(yīng)用新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)，該企業(yè)有180kA和200kA兩個系列，在180kA系列推廣應(yīng)用力度較大，截至2019年4月，180kA已推廣100余臺，已有92臺進入正常期（啟動后第101天開始計算）。主要從運行電壓、電流效率、爐底壓降和能耗等方面做對比分析，闡述新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)在180kA槽型上的應(yīng)用效果。

2.1 運行電壓對比

在運行電壓方面，主要從設(shè)定電壓、工作電壓和平均電壓幾個方面將新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)槽（FHEST槽）和系列普通槽進行對比分析，數(shù)據(jù)為正常期平均值，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 運行電壓對比（單位：V）

從表1可以看出，F(xiàn)HEST槽在設(shè)定電壓、工作電壓和平均電壓上都要低于系列普通槽，并且在壓差上也要低于系列普通槽，說明FHEST槽運行電壓更低、壓差更小，槽子運行相對更為平穩(wěn)。

2.2 爐底壓降對比

爐底壓降每周測量一次，所有的電解槽都進行測量。選取10臺具有代表性的FHEST槽，將其最近10次爐底壓降測量值與系列普通槽進行對比分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

從表2可以看出，F(xiàn)HEST槽爐底壓降平均值242mV，比系列普通槽平均值354mV低了112mV，并且FHEST槽爐底壓降基本保持穩(wěn)定。說明FHEST槽爐底狀況良好，整體槽況較好，可以獲得較低的爐底壓降，有利于獲得良好能耗指標。

2.3 爐底板溫度對比

爐底板溫度可以反映出電解槽內(nèi)襯設(shè)計和槽子運行狀態(tài)是否良好，對180kAFHEST槽最近6個月的爐底板溫度進行統(tǒng)計分析，并與系列普通槽做對比，結(jié)果如表3所示。

表2 爐底壓降對比（單位：mV）

表3 爐底板溫度對比（單位：℃）

從表3可以看出，F(xiàn)HEST槽爐底板溫度平均值在80℃，比系列普通槽平均值125℃低了45℃，說明FHEST槽內(nèi)襯設(shè)計更為合理，電解槽熱平衡更好，有利于降低電解槽散熱和獲得良好能耗指標。

2.4 爐幫厚度對比

爐幫厚度是電解槽運行狀態(tài)的一個反映，特別在能量平衡方面。良好的爐幫可以減少電解槽散熱，維持電解槽良好的熱平衡狀態(tài)，同時可以縮小鋁液鏡面，有助于減少二次反應(yīng)，提高電流效率。

對FHEST槽爐幫做跟蹤測量，發(fā)現(xiàn)其爐幫厚度均值在18cm～21cm，而系列普通槽爐幫厚度在13cm～15cm，F(xiàn)HEST槽爐幫比系列普通槽厚了5cm～6cm，說明FHEST槽在減少散熱、維持電解槽熱平衡、獲得高電流效率更有優(yōu)勢。

2.5 電流效率及指標對比

電流效率是電解槽運行指標的直接體現(xiàn)，對正常期的FHEST出鋁效率進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)FHEST出鋁效率在91.5%～93.0%，平均值在92%以上，比系列普通槽高出1%左右。

對180kA電解槽FHEST槽與系列普通槽作綜合對比分析，發(fā)現(xiàn)FHEST平均電壓在3.847V左右，電流效率92%以上，平均直流電耗12460kWh/t-Al，噸鋁直流電耗低于12500kWh/t-Al，相比系列普通槽直流電耗12900kWh/t-Al噸鋁降低400kWh以上，節(jié)能效果非常顯著。

3 結(jié)論

本文詳細介紹了新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)在某企業(yè)180kA系列電解槽推廣應(yīng)用情況，應(yīng)用結(jié)果表明，180kA系列新型穩(wěn)流保溫鋁電解槽節(jié)能技術(shù)電解槽運行電壓在3.85V左右，爐底壓降250mV以下，爐底板溫度在80℃左右，爐幫厚度在18cm～21cm，電流效率在92%以上，鋁液直流電耗在12500kWh/t-Al以下，比系列普通槽噸鋁節(jié)電400kWh以上，節(jié)能效果非常顯著。