铝电解槽主动冷却技术—为铝厂错峰弹性生产和节能减排提供解决方
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2017-11-14
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互联网
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铝的应用有助于轻量化和节能减排，但电解铝也是高耗能的产业。在中国，2016年仅电解铝耗电量就占到全社会用电量的约7.25%。同时令人惋惜的是，在铝电解生产过程中，输入电解槽的能量中有约50%的能量以废热形式散失掉了。其中，烟气排放约占35%，电解槽上部结构约占8%，电解槽侧部约占35%，底部阴极约占22%。提高电解铝生产中的能效水平，既是国家节能减排的迫切要求，也是企业提高运营效率，实现可持续发展的努力方向。
挪威科纳斯科技公司（Cronus Technology AS）经过10多年的努力，开发了独特的铝电解槽余热回收和主动冷却系统，可为电解铝工业节能减排和弹性生产提供新的思路和高效解决方案。
该技术利用了热管原理。热管是热传输装置，是超级热导体。热管结合了热传导和流体相变原理，热管中工作液体可以在液态和气态之间进行转换，其导热能力是铜的1000倍。
铝电解槽主动冷却系统包括四个主要部分：油站、集热器、控制系统和管道。油站中的低温导热油通过管道首先进入到烟气系统的集热器中，对烟气进行冷却，并收集烟气中的热量；之后进入电解槽侧部的集热器，收集电解槽侧壁的热量；然后进入热交换器，将收集的热量进行转换或者利用；经过冷却的油再进入到油站，完成一个循环。
电解槽侧部集热器是等温的，不存热应力。通过螺栓固定在电解槽侧壁的摇篮架中间，外面有保温层，防止热损失。
通过控制导热油的流速，就可以控制电解槽的散热速度。从而可以控制槽帮厚度和电解槽的热平衡。
这样，就能给电解槽提供一个稳定、可控的工作环境，使其生产不受季节变化的影响。在电解槽焙烧启动的时候，主动冷却系统有助于改善电解槽槽壳的升温速度，从而降低槽壳以及耐火材料的热膨胀，从而延长电解槽的寿命。
此外，主动冷却系统为调节电流强度和电解槽产量提供可能性。在需要提高产量时，可以强化电流，同时提高冷却速度，防止电解槽过热；在需要降低产量的时候，可以降低电流强度，同时调低冷却速度（冷却速度可以为零），此时的集热器可以起到保温作用（因为外面的保温层），也能防止电解槽过冷。
正常生产情况下（不调节产量），该技术可以回收总散失热量的大约40%。据估算，中国目前有大约55000台电解槽，2016年原铝产量约为3200万吨，电耗约4334亿度，热损失约2167亿千瓦时。假设国内电解铝行业都使用此项技术，可以回收的总热量约866亿千瓦时，大致相当于1.7亿城乡居民的电耗；可减少二氧化碳排放约6500万吨，相当于2300万辆汽车的排放。这将是一个巨大的节能减排的潜力所在。当然，实际节能效果还取决于回收热能的再利用途径和效率。
从电解槽回收的热量为清洁能源，可以有多种用途和能源转化方式。包括用于煤电厂发电，对蒸汽轮机的给水进行加热；社区供热、制冷；低温发电；以及工厂加热物料等。余热利用方式可以根据电解铝厂自身的产业链配套、所在地区的产业布局、地理特点等因素有不同的能源再利用模式。
该技术经过了10多年的研发、试验和不断改进。2014年4月，在迪拜铝业的一台电解槽上安装了这套系统。目前已经连续平稳运行超过3年，没有出现任何问题。槽帮控制和监测，热量回收，系统的安全性和稳定性已经得到验证。但因为这台电解槽是整个系列中的一台，尚未能验证其强化电流，调节产量的实际效果。下一步，这项技术期待能在节能减排挑战最大、产能最大的中国铝行业中率先实现产业化。目前，科纳斯科技公司正在中国与潜在的合作伙伴进行交流洽谈，一方面推广该系统的热量回收功能，另一方面进一步开发和完善该系统用于调节铝产量、实现弹性生产的功能。
科纳斯科技公司认为，该项技术在中国电解铝行业应用有多重意义及价值。
首先，对利用这一系统回收的热量进行多种形式的综合利用，可以减少企业的整体燃煤和能源消耗，提高能效，降低企业运行成本。
其次，降低煤耗能耗的同时，也相应的降低了碳排放，缓解电解铝企业面临的越来越大的环保压力。
第三，在正常情况下，通过控制电解槽热平衡，从而可以强化电流，将每台电解槽的产量提高20%。
第四，在需要减产限产的时候，还能通过控制电解槽热平衡，降低电流强度，实现不停槽减产20%左右。这将避免停槽减产和重新启动给企业带来的经济损失和电解槽寿命损失。更重要的是减少停槽带来的固废的产生，减少重新启槽和非正常调整期产生的无组织污染物排放和温室气体排放，降低环境污染。
总之，企业可以按照环保政策要求，在不停槽的情况下实现限产或错峰生产。也可以根据铝价和成本核算情况，随时自主调节产量，实现弹性生产，优化生产组织，提高适应性。相关部门也可以通过控制系统，对电解槽限产情况进行实时监测。
挪威科纳斯科技公司和其中国代理商北京海蓝前景贸易有限公司正在推动此项技术在中国应用及推广，特别是能适应当前环保要求，以理性、建设性、科学性的态度，以创新的科技手段为秋冬季电解铝错峰生产和随后的提产提供优化的解决方案，避免不计成本不计后果的硬性停产和非周期性停启给企业和环境带来的严重的负面效应，或挽回部分经济损失。支持铝企业能变被动为主动，为京津冀及周边地区大气污染综合治理攻坚行动做出积极贡献，展现铝产业敢担当有作为的责任能力，实现产业、经济、环境的协调、可持续发展。
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