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节能减排新突破:高效节能铝电解槽

发布时间:2008-12-04 来源:中国自动化网 类型:案例分享-协会 人浏览
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节能减排 铝电解槽

导  读:

9月10日,由东北大学冯乃祥教授发明、东北大学和重庆天泰铝业有限公司共同试验的《新型阴极结构高效节能铝电解槽试验与研制》及与此相配套的《铝电解槽火焰—铝液二段焙烧新技术》两个项目研究成果通过了中国有色金属工业协会组织的鉴定。

  2008年初,重庆天泰铝业有限公司与冯乃祥教授合作,在168千安大型预焙槽系列上,采用冯乃祥教授的专利技术,构筑三台新型阴极结构电解槽进试验。到目前为止,已稳定运行半年以上。从5月1日至8月31日,对四个月稳定运行的技术经济指标进行考核:槽电压比对比系列电解槽的槽电压降低0.3伏,达到3.80伏(包括效应分摊电压);电流效率平均提高1.36%;直流电耗达到12281千瓦时/吨铝,比系列127台电解槽的平均直流电耗13393千瓦时/吨铝降低了1112千瓦时/吨铝,节能效果十分显著。同时,三台试验槽在四个月的运行期间,氟化物减排2吨多,二氧化碳减排580多吨,二氧化硫减排0.23吨。该项技术国内专家鉴定意见是:国内外首创,整体技术达到国际领先水平。

  与此技术相配套的铝电解槽火焰—铝液二段焙烧新技术也获得试验成功,并顺利通过专家鉴定。该项技术国内专家鉴定意见是:该技术属国内外首创,整体技术达到国际先进水平。该技术集中了铝液和火焰焙烧的优点,不仅提高了电解槽的焙烧质量,而且大大缩短了焙烧时间,降低了能耗和焙烧费用。对168千安电解槽该方法火焰焙烧24小时,天燃气消耗约2500立方米,铝液全电流焙烧24小时,消耗电能约12400千瓦时,按电价0.45元/千瓦时,天然气2元/立方米计算,共计焙烧费用10580元,比焦粒焙烧节省1万元以上;如果再将焦粉和电解槽打捞炭渣所造成的电解质损失计算在内,则比焦粒焙烧节省2万元以上,节能效果显著。同时,二氧化碳减排50%以上。

  铝电解生产20多年来取得了重大的技术进步,传统落后、污染重、能耗高的自焙阳极电解槽炼铝技术基本已被淘汰,取而代之的是大型预焙阳极电解槽炼铝技术,预焙阳极电解槽的容量从上世纪七八十年代的100—200千安发展到现在的300—500千安。电解槽的基础理论、设计技术、工艺技术以及自动化控制技术都有了很大的提高,但铝电解生产的直流电耗一直徘徊在13000—13300千瓦时/吨铝之间。工业铝电解生产大幅度节能减排技术久攻不破,已成为制约铝电解工业发展的瓶颈。

  降低铝电解生产的电能消耗,需要从两个方面入手:一是通过提高铝电解槽电流效率来实现铝电解生产电耗的降低,电流效率每提高1%,可使铝电解生产的直流电耗降低150千瓦时/吨铝左右。目前,国内外先进的铝电解技术已经使电解槽的电流效率从过去的88%%—90%提高到现在的94%%—95%。二是通过降低电解槽的槽电压实现电耗降低,按照铝电解生产的理论,如果电解槽的槽电压降低0.1伏,对目前的铝电解槽而言,直流电耗可降低320—330千瓦时/吨铝。目前我国电解铝厂电解槽的阳极电流密度较低,槽电压一般在4.05—4.15伏,国外电解铝厂铝电解槽的阳极电流密度较高,槽电压一般在4.15—4.25伏之间。

  法国皮施涅500千安大型槽铝电解技术被世界公认为最先进的铝电解技术,其电解槽的电流效率为95.9%,槽平均电压为4.31伏,直流电耗为13390千瓦时/吨铝。可能会有人说,电解槽槽电压降低0.1伏,就可使电耗降低320—330千瓦时/吨铝,要实现铝电解生产能够有较大幅度地降低,比如降低1000千瓦时/吨铝,将槽电压降低0.3伏不就可以了吗?但这对铝冶金工作者来说并非易事,他们将毕生精力都投入到这项研究工作中,昼思夜想,在不影响电流效率的情况下将槽电压再降低一些,哪怕是0.1伏也好,但都不敢奢望在现行的工业铝电解槽上能将槽电压降低0.3伏。在熔盐电解炼铝的现行工业铝电解槽上降低槽电压何以如此之难,原因在于,现行的工业铝电解槽经过长期的基础研究和技术攻关,已使槽电压达到了极限,再降低将会严重影响铝电解槽的电流效率和电解槽的操作。原因是电解槽的槽电压是与电解槽的极距相一致的,降低槽电压就是降低极距,极距的降低会引起槽电压的摆动并增加铝的二次反应,使电流效率降低。但是,东北大学冯乃祥教授发明的新型阴极结构电解槽在重庆天泰铝厂实现了这个目标,解决了这个重大技术难题,这令我国铝厂和铝冶金工作者甚为震惊。

  铝是仅次于铁的第二大金属。目前,全世界的铝都是用熔盐电解法生产。中国是世界产铝第一大国,其生产能力已经达到1500万吨/年,占世界铝产量的1/3左右。铝电解生产消耗大量电能,其直流电耗在13000—13300千瓦时/吨铝之间。在我国有色金属的生产中,铝电解生产所消耗的电能占整个有色金属生产总能耗的86%以上,占全国电力消耗的5.5%左右。因此,铝电解工业的节能减排对实现有色金属乃至全国的节能减排目标具有举足轻重的作用,是国家节能减排的重大需求。冯乃祥教授发明的国内外首创的新型阴极结构高效节能铝电解槽是电解铝行业的一次革命,是电解铝有史以来最显著的单项节能技术。该项技术如在全国推广,按吨铝电耗降低1000度电、全国电解铝产量1500万吨/年计算,可节电150亿度/年,氟化物减排7.5万吨/年,二氧化碳减排1140万吨/年,二氧化硫减排0.576万吨/年。这对全面贯彻落实科学发展观,建设资源节约型、环境友好型社会,实现经济又好又快发展将做出重大贡献。

  目前我国电解铝厂按电解铝电流强度大小等级进行划分,基本上可分为如下几种类型的电解槽:电流强度为160千安左右的大型预焙阳极电解槽;200—240千安的大型预焙阳极电解槽;280—300千安的大型预焙阳极电解槽和350—400千安的大型预焙阳极电解槽。作为下一个目标,东北大学冯乃祥教授正在筹划与企业合作,进一步在240千安以上大型电解槽上完善新型阴极结构电解槽的理论和技术,在国家科技部和行业主管部门等有关部门的领导和支持下,为全面推广新技术,为中国铝工业的科技进步和节能减排做出更大贡献。

  冯乃祥教授,博士生导师。1964年考入东北工学院(现东北大学)轻金属冶金专业学习;1970年毕业后被分配到抚顺铝厂工作,1978年考入东北大学研究生班,师从于已故国内著名铝冶金专家邱竹贤院士;1980年研究生毕业后留校至今,一直从事教学和科研工作;1984年至1986年以访问学者的身份分别师从于已故世界著名铝冶金专家挪威奥斯陆大学格罗泰姆(K.Grjotheim)教授和铝冶金工业界著名铝电解炭素专家挪威特隆赫姆工业大学欧耶(H.A.Oye)教授。八年的抚顺铝厂和长期科研经历使他积累了丰富的铝电解科研生产实践经验,为今天的成功夯实了坚实的基础。

  近些年来,冯乃祥教授承担“十一五”国家支撑计划子课题1项;作为主要负责人承担863计划1项;完成国家自然科学基金项目2项;高等学校博士学科点专项科研基金1项;与企业合作完成项目10余项;发表论文160余篇;出版专著2部。其科研成果获得国家和省部级奖励6项。

  目前,冯乃祥教授带领他的科研团队,正致力于进一步完善新型阴极结构高效节能电解槽理论与技术的研究,为使新型阴极结构电解槽产生更大的节能减排效果并向全国推广而努力。

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