新型稳流保温铝电解槽节能技术在180kA槽型上的工业应用

新型稳流保温铝电解槽节能技术在

180kA槽型上的工业应用

衡茂林

（中国铝业青海分公司，青海　西宁　８１０１０８）

etallurgical smelting

电解铝属于高耗能行业，铝电解节能技术受到电解铝行业的高度重视并成为本行业科研工作的重点和难点。摘 要：

新型稳流保温铝电解槽节能技术从２０１６年起成为铝电解行业引领性节能技术，在行业内知名度越来越大，推广产能逐年攀升。本文主要介绍了新型稳流保温铝电解槽节能技术在１８０ｋＡ槽型上的工业应用，应用结果表明，通过该技术的应用铝电解槽平均炉底压降２５０ｍＶ以下，平均电压３．８５Ｖ左右，电流效率９２．０％以上，平均直流电耗１２５００ｋＷｈ／ｔ－Ａｌ以下，取得了良好的工业应用效果，本研究可以为新型稳流保温铝电解槽节能技术工业应用提供借鉴和参考。

新型稳流保温节能；铝电解槽；平均电压；炉底压降；直流电耗关键词：

ＴＦ８２１　　Ａ　　１００２－５０６５（２０１９）０９－０００９－２中图分类号：文献标识码：文章编号：

Application of energy saving technology based on steady flow and

heat preservation on the 180kA aluminum reduction cells

HENG󰀁Mao-lin

（Ｑｉｎｇｈａｉ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈａｌｃｏ，Ｘｉｎｉｎｇ　８１０１０８，Ｃｈｉｎａ）

Abstract: Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｉｓ　ａ　ｈｉｇｈ　ｅｎｅｒｇｙ－ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｖａｌｕｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｆｏｃｕｓ　ａｎｄ　ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｌｅａｄｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｓｉｎｃｅ　２０１６．　Ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｆａｍｏｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ，　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｙｅａｒ　ｂｙ　ｙｅａｒ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｎ　１８０　ｋＡ　ｃｅｌｌ．　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｂｏｔｔｏｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｃｅｌｌ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　２５０　ｍＶ，　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｓ　ａｂｏｕｔ　３．８５Ｖ，　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｓ　ｏｖｅｒ　９２．０％，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ＤＣ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　１２５００　ｋＷｈ／ｔ－Ａｌ．　Ｇｏｏｄ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．　Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｃａｎ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ．

Keywords:　Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ；　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ　ｃｅｌｌ；　Ｃｅｌｌ　ｖｏｌｔａｇｅ；　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｒｏｐ　ｉｎ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｏｔｔｏｍ；　ＤＣ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

中国是全球最大的原铝生产国，2018年中国原铝产量达到3430万吨，占全球年总产量的一半以上。电解铝工业则是有色行业中的传统耗能大户[1]，电解铝高耗能的现状与国家提出的绿色发展以及建设资源节约型、环境友好型社会、特别是习总在十九大报告提出的“绿水青山就是金山银山”等发展理念不吻合。因此，铝电解节能技术受到电解铝行业的高度重视并成为本行业科研工作的重点和难点[2]。新型稳流保温铝电解槽节能技术从2016年起成为铝电解行业引领性节能技术，在行业内知名度越来越大，推广产能逐年攀升[3]。本文主要介绍了新型稳流保温铝电解槽节能技术在180kA槽型上的工业应用，为新型稳流保温铝电解槽节能技术工业应用提供借鉴和参考。

1 新型稳流保温铝电解槽节能技术简介

新型稳流保温铝电解槽节能技术首先通过模拟仿真和理论计算，优化铝液中的电流分布，降低铝液的流速和界面变形，优化阴极碳块中的电流分布，提高阴极铝液的稳定

性；其次优化阴极结构和材料选型，开发稳流高导钢棒，结合低阴极压降组装技术，降低阴极压降，降低槽电压；然后根据电解槽区域能量自耗和电解质初晶温度优化设计槽内衬，优化等温线分布，形成理想炉膛，降低侧下部散热；最后合理匹配电解槽工艺技术参数，达到稳定铝液波动、降低水平电流、降低槽电压、减少侧下部散热的目的，确保电解槽低电压高效率稳定运行，最终达到节能减排的目的[4]。

目前，新型稳流保温铝电解槽节能技术推广产能约200万吨，涉及产能将近1000万吨，企业施用该技术后，原系列吨铝直流电耗13000kWh/t-Al以上的系列较实施前均取得吨铝节电500kWh以上的效果，原吨铝直流电耗13000kWh/t-Al以下的系列均实现铝液直流电耗小于12500kWh/t-Al。该技术于2016年荣获中国有色协会科技进步一等奖，2017年被国家列入国家重点节能低碳技术推广目录，2018年被国家评为2018年度中国工业领域十佳节能技术，2019年获河南省科技进步二等奖。

2 工业应用效果

某企业从2017年开始推广应用新型稳流保温铝电解槽节能技术，该企业有180kA和200kA两个系列，在180kA系列推广应用力度较大，截至2019年4月，180kA已推广100余台，已有92台进入正常期（启动后第101天开始计算）。主要从运行电压、电流效率、炉底压降和能耗等方面做

2019年 5月上 世界有色金属

２０１９－０５收稿日期：

衡茂林，男，生于１９７２年，甘肃天水人，本科，高级工程师，作者简介：

研究方向：有色金属冶炼。

9

M冶金冶炼

etallurgical smelting

运行相对更为平稳。2.2 炉底压降对比

炉底压降每周测量一次，所有的电解槽都进行测量。选取10台具有代表性的FHEST槽，将其最近10次炉底压降测量值与系列普通槽进行对比分析，具体数据见表2。

从表2可以看出，FHEST槽炉底压降平均值242mV，比系列普通槽平均值354mV低了112mV，并且FHEST槽炉底压降基本保持稳定。说明FHEST槽炉底状况良好，整体槽况较好，可以获得较低的炉底压降，有利于获得良好能耗指标。

2.3 炉底板温度对比

炉底板温度可以反映出电解槽内衬设计和槽子运行状态是否良好，对180kAFHEST槽最近6个月的炉底板温度进行统计分析，并与系列普通槽做对比，结果如表3所示。

对比分析，阐述新型稳流保温铝电解槽节能技术在180kA

槽型上的应用效果。2.1 运行电压对比

在运行电压方面，主要从设定电压、工作电压和平均电压几个方面将新型稳流保温铝电解槽节能技术槽（FHEST槽）和系列普通槽进行对比分析，数据为正常期平均值，具体数据见表1。

表1  运行电压对比（单位：V）

设定电压

FHEST槽

系列普通槽

3.8303.880

工作电压3.8413.5

平均电压3.8473.918

压差（平均电压-设定电压）

0.0170.038

从表1可以看出，FHEST槽在设定电压、工作电压和平均电压上都要低于系列普通槽，并且在压差上也要低于系列普通槽，说明FHEST槽运行电压更低、压差更小，槽子

表2  炉底压降对比（单位：mV）

槽号123456710

12212352452312292112239267245

22202342472332282152652382652492018.11

FHEST槽系列普通槽

78.5115.5

3225236241230230214261240265246

42242352452342292162652422692482018.1277.5118.5

52272382432382312172632462712452019.179125

6226234242235231218261241272249

72292392432362292192602452732502019.280127

8230239248237234219267241280253

922924024923523122022512792512019.382128

102272392482342332202612482782572019.485135

平均值80125

差值45

242

354

112

平均值

系列普通槽平均值

差值

表3  炉底板温度对比（单位：℃）

从表3可以看出，FHEST槽炉底板温度平均值在80℃，

比系列普通槽平均值125℃低了45℃，说明FHEST槽内衬设计更为合理，电解槽热平衡更好，有利于降低电解槽散热和获得良好能耗指标。2.4 炉帮厚度对比

炉帮厚度是电解槽运行状态的一个反映，特别在能量平衡方面。良好的炉帮可以减少电解槽散热，维持电解槽良好的热平衡状态，同时可以缩小铝液镜面，有助于减少二次反应，提高电流效率。

对FHEST槽炉帮做跟踪测量，发现其炉帮厚度均值在18cm~21cm，而系列普通槽炉帮厚度在13cm~15cm，FHEST槽炉帮比系列普通槽厚了5cm~6cm，说明FHEST槽在减少散热、维持电解槽热平衡、获得高电流效率更有优势。

2.5 电流效率及指标对比

电流效率是电解槽运行指标的直接体现，对正常期的FHEST出铝效率进行统计分析，发现FHEST出铝效率在91.5%~93.0%，平均值在92%以上，比系列普通槽高出1%左右。

对180kA电解槽FHEST槽与系列普通槽作综合对比分析，发现FHEST平均电压在3.847V左右，电流效率92%

10

世界有色金属 2019年 5月上

以上，平均直流电耗12460kWh/t-Al，吨铝直流电耗低于

12500kWh/t-Al，相比系列普通槽直流电耗12900kWh/t-Al吨铝降低400kWh以上，节能效果非常显著。

3 结论

本文详细介绍了新型稳流保温铝电解槽节能技术在某企业180kA系列电解槽推广应用情况，应用结果表明，180kA系列新型稳流保温铝电解槽节能技术电解槽运行电压在3.85V左右，炉底压降250mV以下，炉底板温度在80℃左右，炉帮厚度在18cm~21cm，电流效率在92%以上，铝液直流电耗在12500kWh/t-Al以下，比系列普通槽吨铝节电400kWh以上，节能效果非常显著。[1]󰀡刘业翔，李劼.现代铝电解[M]．北京：冶金工业出版社，2008.

[2]󰀡杨文杰，史志荣，焦庆国．铝电解节能技术现状与思考[J]．轻金属，

2012，第5期：26-30．

[3]󰀡曹永峰，秦宝军，焦庆国．新型稳流节能技术在林丰铝电400kA系列

电解槽的应用[C]．全国2016年轻金属学术年会论文集,2016.10:150-154.

[4]󰀡史志荣，柴登鹏等.新型稳流保温铝电解槽节能技术开发及应用

[N].2016年有色行业协会成果鉴定报告.