一座节能和环保型的电解铝厂—新安铝厂.pdf

一座节能和环保型的电解铝厂一新安铝厂 余海波 沈阳铝镁设计研究院，辽宁沈阳1 1 0 0 0 1 摘要介绍一种新型的s v l 劬O a k A 型预焙阳极电解擅及相关技术，该槽型自投产2 年以 来，各项技米经济指标达到或超过设计值；采用这种技术的新安铝厂成为一座节艋和环保型的电解 错厂．获得显著的经济效益和社会效益． 关键词节能环保；电解糟；氧化铝超浓相输送电解烟气净化；智能多模式控制 中圈分类号T F 8 2 1文赫标识码B 新安铝厂位于河南省洛阳市新安县． 1 9 9 6 年，新安电力集团公司决定利用电厂的优 势，采用铝电联合方式，投资建设一座电解铝 厂．一期工程年产电解铝2 ．5 万t ，二期工程最 终设计能力为年产电解铝5 ．6 万t ．该项目采 用大型预焙阳极电解槽，电解烟气干法净 化、氧化铝超浓相输送、智能多模式控制和 二极管加饱和电抗器自动稳流等技术，具有 低能耗和良好的环境保护等特点，设备全部 国产化，主要技术指标达到国际先进水平． 一期工程于1 9 9 7 年建成投产；二期工程于 1 9 9 9 年建成投产，基建周期共2 2 个月．工 厂总占地面积2 2 ．3 2 万平方米．设计系列电 流1 6 0 k A ，电流效率9 1 ％；投产后生产系列 电流1 6 2 k A ，电流效率9 3 ％以上．按电流效 率9 3 ％计算，年生产能力可达5 ．8 万t 以 上，工程总投资5 ．8 亿元 一期工程3 ．8 亿 元；二期工程2 亿元 ，实际吨铝投资不到i 万元，低于同期建设同等规模的电解铝厂． 1 技术装备概况 1 ．1 铝电解技术 1 ．1 lS Y l 6 0 1 0 0 k A 预焙阳极电解槽 I S Y l 6 0 预焙阳极电解槽的主要技术参数 设计值见表1 ． 表1 主要参数设计值 序号项目名称单位参数 电流强度 k A 阳极电流密度A ／e r a 2 阳极炭块尺寸 r a m 阳极组数组 单槽日产量k g 电流效宰 ％ 氯化铝单耗k 舭A l 氟化铝单耗k 计A l 冰晶石单耗k 矾A l 嶷阳极单耗 毛／净耗 k g ／t A l 直流电耗k W h ／t A l 电解槽集气效率％ 1 6 0 n 6 W 1 4 5 0 x 6 6 0 X 5 4 0 2 电解槽的上部结构每台电解槽安装4 套打壳加料装置，选用新一代1 ．8 k g 筒式定 容下料器 - - 期的电解槽选用1 ．2 k g 筒式定 容下料器 ，由计算机 槽控机 根据工艺状 况自动控制．阳极升降装置采用螺旋丝杠升 降机构，它由电机、齿轮减速机、伞齿轮换向 器，螺旋起重器、软轴，计数器、起重器支架 和阳极母线吊挂等组成．电解槽的上部结构 的重量均由钢制的腹板粱或桁架梁 - - 期的 电解槽采用桁架结构 和门形立柱承担．电 解槽密闭排风系统由排烟管道、槽顶密闭板 和倒部铝制罩子组成． 3 电解槽槽壳及内衬结构s Y l 6 0 电解槽 抖仰虬蝴“；瓣姗％ 1 ● 8 i ●2 3 4 5 6 7 8 9 m ￡ 万方数据 3 0 槽壳采用摇篮式槽壳．S Y l 6 0 电解槽内衬的 设计既要解决电解槽散热和保温的矛盾又要 保证阴极内衬在9 0 0 ℃和8 0 0 ℃等温线的 合理位置． 4 阳极母线和阴极母线S Y l 6 0 电解槽采 用数学模型优化电解槽母线设计。单槽铝母 线用量降低，即节省投资，又降低能耗． 5 窄加工面S Y l 6 0 电解槽的大加工面为 3 5 0 t r n n ，小加工面为4 5 0 r m n ．’ 6 新安铝厂主要技术经济指标见表2 ． 表2 主要技术经济指标 ．9 8 年9 8 年9 ．8噼9 9 年 项目 设计6 ～；月9 辞1 月2 ～晶5 ～；月 1 1 ．2 氧化铝超浓相输送技术 1 工作原理氧化铝超浓相输送系统是利 用粉料在流态化时，转变成流体的性质，再 根据能量转换原理将粉料流体在输送槽内进 行输送．经过流态化的氧化铝成为一种流 体，这样氧化铝贮槽的势能就可以分步地在 输送槽内传递，形成压强梯度，使氧化铝从 高势能区向低势能区流动． 2 技术特点a 使用离心风机供风。能耗比 浓相输送低5 0 ％以上；b 系统配有独立高效 的排风过滤装置，不需另设除尘装置，无粉 尘飞扬，实现物料全密闭输送，可降低原料 单耗1 ％～2 ％；c 物料流速小于0 ．5 m ／s ，因 此对设备磨损很小，寿命可达1 5 年以上，几 乎不破坏物料的物理化学特性，对后续工序 影响d x ；d 物料流浓度很高 近似于自然堆积 浓度 ，且物料儿乎充满整个管道，因此物料流 速小但输送能力很大，3 0 ～6 0 1 ／h ；e 由于主系 统采用水平配置，可使设计、安装和施工更 方便，同时还提高贮槽的利用率，减少辅助 设施投资；f 系统采用P L C 可编程控器控制 整个系统运行，可实现自动计量和自动配料． 3 氧化铝超浓相输送系统氧化铝超浓相 输送系统由载氟氧化铝贮仓、氟化盐贮仓、 载氟氧化铝和氟化盐供料槽、容积式配料 称、主供料槽、电解槽槽上供料槽、平衡料 柱、稳压阀、供风系统和控制系统组成．氧 化铝超浓相输送系统共2 个系统，每个系统 配有2 台风机，负责供料槽供风工作．整个 系统运行控制由可编程控器来进行，包括定 时启动主风机、依末端料位计状态关闭主风 机或定时关闭主风机等． 4 运行情况一期5 8 台槽空负荷及带料运 行于1 9 9 7 年1 2 月1 9 日全部完成，二期7 8 台槽于1 9 9 9 年1 月5 日全部完成，供料速度 达到或超过设计值．经过两年的运行，系统 运行可靠，几乎无维护，减少氧化铝飞扬，年 节约氧化铝1 2 5 0t ，系统排风符合国家的环 保要求． 1 ．2 电解烟气净化技术 电解烟气千法净化是利用铝电解生产用 的粉状氧化铝吸附烟气中的H F 和固体颗粒 来完成净化过程． 新安铝厂电解烟气治理共设2 套系统． 一期工程的电解烟气净化系统于1 9 9 7 年3 月投入生产；二期工程的电解烟气净化系统 于1 9 9 9 年4 月投入生产，系统运行稳定． 1 ．2 ．1 电解烟气净化技术 1 电解槽集气 S Y l 6 0 k A 预焙槽自动化 程度与装备水平较高，密闭效果好，集气效 率一般可达9 8 ％．收集到的烟气通过电解 槽一靖的排烟支管汇总到电解厂房一侧的 排烟总管，然后送往净化系统集中处理． 2 吸附反应采用具有反应效率高、低阻力 损失的文丘里反应器．烟气经过文丘里反应 万方数据 3 l 器的喉口时，流速突然加大，形成湍流，达到 了吸附剂氧化铝粉与烟气均匀混合接触的目 的． 3 分离吸附后的氧化铝成为载氟氧化 铝，载氟氧化铝与烟气分离是由袋式除尘器 完成的．分离下来的载氟氧化铝，一部分作 为循环氧化铝继续参与吸附反应；另一部分 输送到载氟氧化铝贮仓供电解车间使用． 4 氧化铝输送新鲜氧化铝贮仓中的新鲜 氧化铝，经风动溜槽分别输送到文丘里反应 器中；吸附后的载氟氧化铝由除尘器下部的 溢流口经风动溜槽及气力提升机输送到载氟 氧化铝贮仓供电解车间使用． 5 机械排风机械排风设备为锅炉引风 机． 1 ．2 ．2 运行情况净化系统连续运行稳 定，粉尘和氟化物的排放指标低于国家规定 的排放标准．每年可回收氧化铝2 7 1 lt ，氟 化铝4 3 3 t ． 1 ．3 智能多模式控制技术 1 ．3 ．1 智能多模式控制系统电解槽的智 能多模式控制系统由氧化铝浓度自适应控制 系统，电解槽在线动态仿真系统和槽况专家 模糊诊断系统组成． 1 ．3 ．2 智能槽控机c K J 一Ⅲ型智能槽控 机具有如下特点 1 将氧化铝浓度自适应 控制和槽况专家模糊诊断系统相结合，实现 铝电解槽控制的现代化． 2 采用高集成芯 片，集C P U 、A ／D 和I 舯等在一块主控板 上，抗干扰能力强． 3 具有数据采集电路， 并安装功能完备的控制软件，集数据采集、 槽况解板、信息显示、生产自动控制等功能 于一身． 4 结构简单，由动力箱和逻辑箱组 成． 5 操作、维护简单．还具有自诊断功 能，定时或随机对槽控机主要电路和器件进 行在线检测，并显示或打印故障信息，使操 作人员及时发现和排除故障，保证系统正常 运行。 1 ．3 ．3运行状况槽况异常诊断成功率9 0 ％ 以上；分子比控制范围2 ．3 ～2 ．4 氧化铝浓 度控制范围l4 ％～2 ．5 ％电解质温度控 制范围9 5 0 5 ℃；电解槽温度动态仿真和 槽膛内型仿真偏差分别小于0 ．3 ％和 2 0 ％槽控机平均故障停机检修率O ．3 次，年．台． 1 ．4 供电整流系统 整流调压变压器和整流机组均采用国内 设备，4 台机组整流效率为9 8 ．6 6 ％；饱和抗 电器自动稳流装置控制深度6 0 V ，稳流精度 0 ．5 ，达到引进设备的技术水平，为铝电解生 产的自动控制和提高技术经济指标创造了条 件． 2 技术评价 1 电解槽结构紧凑，槽集气罩密闭效果 高；电解槽磁场小，电流分布均匀，熔体流速 小，并采用全新的母线配置．除新安铝厂 外，S Y l 6 0 型预焙阳极电解槽在鑫旺铝厂、南 山铝厂、渑池铝厂等多家铝厂使用． 2 氧化 铝超浓相输送自动化程度高，能耗低，设备 结构简单，可靠性高． 3 电解烟气干法净化 技术先进、可靠和实用． 4 自动稳流系统满 足铝电解工艺对系列电流稳定度的要求． 5 该工程具有投资省、建设周期短、能耗低 和环保达标等特点．其中电流效率较全国 1 9 9 8 年同类电解铝厂平均值提高2 ．8 2 个百 分点，直流电耗降低3 5 4 k W h ／t A l ，具 有显著的经济效益和社会效益，整体设计水 平达到国际先进水平，具有推广价值． 6 该 工程为了节省投资，阳极组装及残极处理车 间装备水平较低．阳极组装及残极处理车间 设有2 台1 ．5 t 工频感应炉和2 台5 t 桥式 起重机。残极压脱和磷铁环压脱均由人工完 成，工人劳动强度大． 万方数据