鋁的應(yīng)用有助于輕量化和節(jié)能減排,但電解鋁也是高耗能的產(chǎn)業(yè).在中國,2016年僅電解鋁耗電量就占到全社會用電量的約7.25%.同時令人惋惜的是,在鋁電解生產(chǎn)過程中,輸入電解槽的能量中有約50%的能量以廢熱形式散失掉了.其中,煙氣排放約占35%,電解槽上部結(jié)構(gòu)約占8%,電解槽側(cè)部約占35%,底部陰極約占22%.提高電解鋁生產(chǎn)中的能效水平,既是國家節(jié)能減排的迫切要求,也是企業(yè)提高運營效率,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的努力方向.

    鋁電解槽主動冷卻技術(shù)—為鋁廠錯峰彈性生產(chǎn)和節(jié)能減排提供解決方案!

    挪威科納斯科技公司(Cronus Technology AS)經(jīng)過10多年的努力,開發(fā)了獨特的鋁電解槽余熱回收和主動冷卻系統(tǒng),可為電解鋁工業(yè)節(jié)能減排和彈性生產(chǎn)提供新的思路和高效解決方案.

    該技術(shù)利用了熱管原理.熱管是熱傳輸裝置,是超級熱導(dǎo)體.熱管結(jié)合了熱傳導(dǎo)和流體相變原理,熱管中工作液體可以在液態(tài)和氣態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換,其導(dǎo)熱能力是銅的1000倍.

    鋁電解槽主動冷卻技術(shù)—為鋁廠錯峰彈性生產(chǎn)和節(jié)能減排提供解決方案!

    鋁電解槽主動冷卻系統(tǒng)包括四個主要部分:油站、集熱器、控制系統(tǒng)和管道.油站中的低溫導(dǎo)熱油通過管道首先進(jìn)入到煙氣系統(tǒng)的集熱器中,對煙氣進(jìn)行冷卻,并收集煙氣中的熱量;之后進(jìn)入電解槽側(cè)部的集熱器,收集電解槽側(cè)壁的熱量;然后進(jìn)入熱交換器,將收集的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換或者利用;經(jīng)過冷卻的油再進(jìn)入到油站,完成一個循環(huán).

    鋁電解槽主動冷卻技術(shù)—為鋁廠錯峰彈性生產(chǎn)和節(jié)能減排提供解決方案!

    電解槽側(cè)部集熱器是等溫的,不存熱應(yīng)力.通過螺栓固定在電解槽側(cè)壁的搖籃架中間,外面有保溫層,防止熱損失.

    通過控制導(dǎo)熱油的流速,就可以控制電解槽的散熱速度.從而可以控制槽幫厚度和電解槽的熱平衡.

    這樣,就能給電解槽提供一個穩(wěn)定、可控的工作環(huán)境,使其生產(chǎn)不受季節(jié)變化的影響.在電解槽焙燒啟動的時候,主動冷卻系統(tǒng)有助于改善電解槽槽殼的升溫速度,從而降低槽殼以及耐火材料的熱膨脹,從而延長電解槽的壽命.

    此外,主動冷卻系統(tǒng)為調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度和電解槽產(chǎn)量提供可能性.在需要提高產(chǎn)量時,可以強(qiáng)化電流,同時提高冷卻速度,防止電解槽過熱;在需要降低產(chǎn)量的時候,可以降低電流強(qiáng)度,同時調(diào)低冷卻速度(冷卻速度可以為零),此時的集熱器可以起到保溫作用(因為外面的保溫層),也能防止電解槽過冷.

    正常生產(chǎn)情況下(不調(diào)節(jié)產(chǎn)量),該技術(shù)可以回收總散失熱量的大約40%.據(jù)估算,中國目前有大約55000臺電解槽,2016年原鋁產(chǎn)量約為3200萬噸,電耗約4334億度,熱損失約2167億千瓦時.假設(shè)國內(nèi)電解鋁行業(yè)都使用此項技術(shù),可以回收的總熱量約866億千瓦時,大致相當(dāng)于1.7億城鄉(xiāng)居民的電耗;可減少二氧化碳排放約6500萬噸,相當(dāng)于2300萬輛汽車的排放.這將是一個巨大的節(jié)能減排的潛力所在.當(dāng)然,實際節(jié)能效果還取決于回收熱能的再利用途徑和效率.

    從電解槽回收的熱量為清潔能源,可以有多種用途和能源轉(zhuǎn)化方式.包括用于煤電廠發(fā)電,對蒸汽輪機(jī)的給水進(jìn)行加熱;社區(qū)供熱、制冷;低溫發(fā)電;以及工廠加熱物料等.余熱利用方式可以根據(jù)電解鋁廠自身的產(chǎn)業(yè)鏈配套、所在地區(qū)的產(chǎn)業(yè)布局、地理特點等因素有不同的能源再利用模式.

    該技術(shù)經(jīng)過了10多年的研發(fā)、試驗和不斷改進(jìn).2014年4月,在迪拜鋁業(yè)的一臺電解槽上安裝了這套系統(tǒng).目前已經(jīng)連續(xù)平穩(wěn)運行超過3年,沒有出現(xiàn)任何問題.槽幫控制和監(jiān)測,熱量回收,系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性已經(jīng)得到驗證.但因為這臺電解槽是整個系列中的一臺,尚未能驗證其強(qiáng)化電流,調(diào)節(jié)產(chǎn)量的實際效果.下一步,這項技術(shù)期待能在節(jié)能減排挑戰(zhàn)最大、產(chǎn)能最大的中國鋁行業(yè)中率先實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化.目前,科納斯科技公司正在中國與潛在的合作伙伴進(jìn)行交流洽談,一方面推廣該系統(tǒng)的熱量回收功能,另一方面進(jìn)一步開發(fā)和完善該系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)鋁產(chǎn)量、實現(xiàn)彈性生產(chǎn)的功能.

    科納斯科技公司認(rèn)為,該項技術(shù)在中國電解鋁行業(yè)應(yīng)用有多重意義及價值.

    首先,對利用這一系統(tǒng)回收的熱量進(jìn)行多種形式的綜合利用,可以減少企業(yè)的整體燃煤和能源消耗,提高能效,降低企業(yè)運行成本.

    其次,降低煤耗能耗的同時,也相應(yīng)的降低了碳排放,緩解電解鋁企業(yè)面臨的越來越大的環(huán)保壓力.

    第三,在正常情況下,通過控制電解槽熱平衡,從而可以強(qiáng)化電流,將每臺電解槽的產(chǎn)量提高20%.

    第四,在需要減產(chǎn)限產(chǎn)的時候,還能通過控制電解槽熱平衡,降低電流強(qiáng)度,實現(xiàn)不停槽減產(chǎn)20%左右.這將避免停槽減產(chǎn)和重新啟動給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失和電解槽壽命損失.更重要的是減少停槽帶來的固廢的產(chǎn)生,減少重新啟槽和非正常調(diào)整期產(chǎn)生的無組織污染物排放和溫室氣體排放,降低環(huán)境污染.

    總之,企業(yè)可以按照環(huán)保政策要求,在不停槽的情況下實現(xiàn)限產(chǎn)或錯峰生產(chǎn).也可以根據(jù)鋁價和成本核算情況,隨時自主調(diào)節(jié)產(chǎn)量,實現(xiàn)彈性生產(chǎn),優(yōu)化生產(chǎn)組織,提高適應(yīng)性.相關(guān)部門也可以通過控制系統(tǒng),對電解槽限產(chǎn)情況進(jìn)行實時監(jiān)測.