簡介：未來鋁電解計算機(jī)控制技術(shù)不僅應(yīng)實(shí)現(xiàn)低窄氧化鋁濃度的精確控制，更重要的是應(yīng)對鋁電解過程的能量平衡進(jìn)行高效控制。為此，應(yīng)開發(fā)鋁電解過程過熱度的控制技術(shù)，進(jìn)而有效控制鋁電解溫度并提高電流效率。研究表明，過熱度與過量氟化鋁濃度有密切關(guān)系，因而可以對氟化鋁添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過熱度控制。過熱度的在線或快速監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)過熱度控制的重要技術(shù)，因此也應(yīng)加快開發(fā)應(yīng)用。鋁電解過程過熱度控制水平的提高將進(jìn)一步改善鋁電解運(yùn)行的熱穩(wěn)定性，從而提高電流效率，實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能。
電解鋁工業(yè)節(jié)能與環(huán)保技術(shù)發(fā)展方向
(1)計算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)化升級
未來鋁電解計算機(jī)控制技術(shù)不僅應(yīng)實(shí)現(xiàn)低窄氧化鋁濃度的精確控制，更重要的是應(yīng)對鋁電解過程的能量平衡進(jìn)行高效控制。為此，應(yīng)開發(fā)鋁電解過程過熱度的控制技術(shù)，進(jìn)而有效控制鋁電解溫度并提高電流效率。研究表明，過熱度與過量氟化鋁濃度有密切關(guān)系，因而可以對氟化鋁添加量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)過熱度控制。過熱度的在線或快速監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)過熱度控制的重要技術(shù)，因此也應(yīng)加快開發(fā)應(yīng)用。鋁電解過程過熱度控制水平的提高將進(jìn)一步改善鋁電解運(yùn)行的熱穩(wěn)定性，從而提高電流效率，實(shí)現(xiàn)鋁電解節(jié)能。
(2)新型陰極結(jié)構(gòu)鋁電解槽技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用
為進(jìn)一步降低電耗，需要優(yōu)化應(yīng)用新型結(jié)構(gòu)電解槽等重大節(jié)能技術(shù)，主要優(yōu)化方向和目標(biāo)是降低水平電流和提高電流效率。表4-1列出了降低水平電流和提高電流效率所需開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。我國鋁電解技術(shù)界已經(jīng)把這些技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用作為今后研發(fā)工作的主要方向。
(3)大力開發(fā)應(yīng)用提高電流效率的技術(shù)
電流效率低是我國鋁電解工業(yè)與國外相比存在的主要差距。為進(jìn)一步降低電耗，需要優(yōu)化應(yīng)用新型結(jié)構(gòu)電解槽等重大節(jié)能技術(shù)，目標(biāo)是降低水平電流和提高電流效率。提高電流效率的方法主要包括：提高鋁電解槽運(yùn)行穩(wěn)定性的技術(shù)，優(yōu)化鋁電解槽結(jié)構(gòu)、改進(jìn)磁場和水平電流分布、先進(jìn)高效的控制系統(tǒng)及高質(zhì)量的氧化鋁和炭陽極等。
(4)提高鋁電解槽的電流密度并保持電流效率的新技術(shù)
提高電流密度必須解決鋁電解槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、炭陽極質(zhì)量的提高及控制系統(tǒng)的升級等技術(shù)難題。因此，提高鋁電解電流密度是一個綜合性的技術(shù)，也是我國鋁電解行業(yè)應(yīng)予開發(fā)應(yīng)用的重要技術(shù)。
我國大型槽進(jìn)一步節(jié)能的重要方向是提高電流密度并同時盡可能保持較低的槽電壓。從國外先進(jìn)鋁電解技術(shù)和鋁電解運(yùn)行原理上看，在一定程度上提高電流密度對電流效率具有正面作用，但是在提高電流密度之后，如何保持電解槽的熱穩(wěn)定性和運(yùn)行穩(wěn)定性，盡可能保持較低的槽電壓，需要進(jìn)一步開發(fā)相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。
提高電流密度與降低槽電壓存在著相互影響和相互制約的關(guān)系，因?yàn)樘岣唠娏髅芏葘碛欣谔嵘娏餍实目赡苄?，但同時也會產(chǎn)生提高槽電壓的不利結(jié)果。我國鋁電解工業(yè)傳統(tǒng)上采用較低電流密度，主要因?yàn)椋孩傥覈瓉砼c預(yù)焙槽配套的各種材料、設(shè)備的質(zhì)量不高，只得采用較低的電流密度;②低電流密度可帶來較低的槽電壓及電耗，有利于節(jié)電。特別是電價較高時，較低的電流密度可實(shí)現(xiàn)更低的電耗和生產(chǎn)成本。因此在適當(dāng)提高電流密度時應(yīng)該綜合比較和考慮。
表4-2為提高電流密度、同時保持盡可能低的槽電壓所需要開發(fā)應(yīng)用的重大技術(shù)。
實(shí)施這些技術(shù)的主要目的是在高電流密度下，提高鋁電解槽內(nèi)磁流體穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和氧化鋁濃度均勻性，從而保證在此條件下的盡可能低的槽電壓、高電流效率并節(jié)能。為此所采用的主要方法是優(yōu)化設(shè)計、改進(jìn)控制、采用優(yōu)質(zhì)原材料。
(5)高質(zhì)量炭陽極及新型陽極生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用
目前炭陽極生產(chǎn)的能耗主要在于炭陽極焙燒工序。每噸炭陽極的天然氣消耗達(dá)到80~90m3，使生陽極塊中的煤瀝青在焙燒過程充分燃燒并利用其中所含的熱能，是降低焙燒能耗的主要方向，同時減少炭陽極焙燒爐的散熱損失，也可達(dá)到同樣目的。炭陽極生產(chǎn)過程的余熱利用不僅可節(jié)能，而且有利于實(shí)現(xiàn)減排。石油焦煅燒如采用先進(jìn)的罐式煅燒爐，煙氣余熱采用余熱鍋爐及發(fā)電設(shè)備，可將石油焦煅燒余熱充分利用。高效節(jié)能的炭陽極焙燒技術(shù)及石油焦罐式煅燒爐余熱利用是降低炭陽極生產(chǎn)能耗的主要技術(shù)發(fā)展方向。
炭陽極的理論消耗量約為334kg/t，而目前我國鋁電解炭耗高達(dá)400kg/t以上，主要原因是部分炭陽極中的成分在電解過程生成炭渣掉入電解質(zhì)中而消耗，這不但提高了炭耗，而且破壞了鋁電解的穩(wěn)定運(yùn)行。高質(zhì)量炭陽極是指高性能低消耗的碳素陽極。生產(chǎn)高質(zhì)量炭陽極需要從原材料性質(zhì)、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備等方面進(jìn)行研究，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)炭耗低于380kg/t。惰性陽極的研究仍然是一項(xiàng)前瞻性研究工作，主要目標(biāo)是開發(fā)出一種高穩(wěn)定性、抗腐蝕性、高電導(dǎo)率的新型陽極材料。技術(shù)難度大，可能還需要與電解質(zhì)的改進(jìn)、電解槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化相結(jié)合。
(6)降低效應(yīng)系數(shù)及效應(yīng)時間的技術(shù)
陽極效應(yīng)是排放多氟化碳的主要來源，開發(fā)降低陽極效應(yīng)的清潔生產(chǎn)技術(shù)，主要是通過優(yōu)化電解槽控制，合理添加氧化鋁，保持電解槽穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到降低陽極效應(yīng)的目標(biāo)。目前中國鋁電解企業(yè)的陽極效應(yīng)系數(shù)已降低到0.2次/(槽d)以下。降低陽極效應(yīng)持續(xù)時間也是降低多氟化碳排放的有效途徑?？梢酝ㄟ^開發(fā)陽極效應(yīng)快速和自動熄滅技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。
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