鋁電解系列投產(chǎn)組織及能耗的差異分析

劉萬喜

摘 要 本文通過對鋁電解系列投產(chǎn)的分階段實踐分析，從生產(chǎn)組織到技術(shù)措施提出了優(yōu)化方案，并針對能耗進行了詳細核算對比，對電解鋁企業(yè)系列投運的組織等有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞 鋁電解;壓降;能耗;外補償母線

從2012年以來電解鋁產(chǎn)能的嚴重過剩也使中國資源環(huán)境的壓力日益增加。國家和鋁行業(yè)相繼推行了淘汰電解鋁落后產(chǎn)能、化解電解鋁過剩產(chǎn)能、產(chǎn)能置換以及對鋁行業(yè)準(zhǔn)入條件、環(huán)保政策不斷修訂和完善，加強對電解鋁行業(yè)發(fā)展的管控和引導(dǎo)，特別是近幾年來，隨著《工業(yè)和信息化部關(guān)于電解鋁企業(yè)通過兼并重組等方式實施產(chǎn)能置換有關(guān)事項的通知》（工信部原〔2018〕12號）和《國務(wù)院關(guān)于化解產(chǎn)能嚴重過剩矛盾的指導(dǎo)意見》（國發(fā)〔2013〕41號）等政策的出臺和嚴格落實，加之資源和能源的競爭日益激烈，目前電解鋁行業(yè)正在經(jīng)歷著再一次的產(chǎn)能大轉(zhuǎn)移，國內(nèi)各大電解鋁企業(yè)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局，產(chǎn)能置換，整體搬遷等方式，向氧化鋁資源豐富和具有水電等綠色清潔能源優(yōu)勢、環(huán)境容量優(yōu)勢、沿海港口等優(yōu)勢區(qū)域轉(zhuǎn)移，云、貴、川、桂、內(nèi)蒙古成了電解鋁生存和發(fā)展的重點區(qū)域。

電解鋁企業(yè)在產(chǎn)能轉(zhuǎn)移、置換及新建過程中，為了盡快實現(xiàn)生產(chǎn)能力，降低投資成本和增加經(jīng)濟和社會效益，必然要經(jīng)歷分階段建設(shè)和分階段生產(chǎn)的過程，具體針對電解鋁生產(chǎn)系列就是分區(qū)分批次投產(chǎn)，這個階段可能持續(xù)半年、一年或更長時間，對這個特殊時期生產(chǎn)能源分析是很有必要的，通過某電解鋁企業(yè)的建設(shè)投產(chǎn)過程能耗分析，從而為其他企業(yè)投產(chǎn)生產(chǎn)組織提供優(yōu)化依據(jù)和借鑒。

1項目概況

某電解鋁企業(yè)設(shè)計建設(shè)45萬噸500KA系列電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括建設(shè)主要內(nèi)容包括鋁電解車間、鑄造車間、氧化鋁供料輸送及煙氣凈化脫硫系統(tǒng)、陽極組裝車間等主體車間及配套的供電、供排水、供氣等輔助車間和輔助設(shè)施。該系列建設(shè)500KA電解槽328臺，分兩個廠房各八個工區(qū)，每區(qū)41臺電解槽;配備兩套供料干法凈化脫硫系統(tǒng)，母線結(jié)構(gòu)采用陰極外補償，具體如圖所示[1]。

2項目投產(chǎn)安排及能耗狀況

該企業(yè)建設(shè)和投產(chǎn)計劃分為兩個階段，第一階段為前160臺槽建設(shè)投產(chǎn)，第二階段為后續(xù)槽投產(chǎn)，由于后期產(chǎn)能核定為30萬噸，后續(xù)投產(chǎn)電解槽為64臺。

該項目于2018年12月12日正式通電投運，2019年1月27日完成81臺500KA鋁電解槽啟動投運，由于春節(jié)假期因素，2019年2月16日開始第二階段投運電解槽啟動，平均每天通電啟動兩臺電解槽，截至3月26日完成77臺槽通電投運，由于磁場影響等因素2、7區(qū)各留三臺電解槽后續(xù)二期投運（在5月15日通電兩臺余各兩臺槽）一期共通電投運160臺。

二期該系列電解槽投產(chǎn)從2019年7月15日開始，以每天兩臺進度通電啟動，到8月16日完成后續(xù)64臺電解槽通電投運。

該500KA鋁電解系列30萬噸224臺電解槽分兩期投產(chǎn)，持續(xù)時間近九個月。500KA系列電解槽在其投運期及初期具體能耗數(shù)據(jù)指標(biāo)如表1所示，目前基本進入正常生產(chǎn)期，系列運行平穩(wěn)，其直流電單耗均值12800kW.h/t-AL以下[2]。

3電解鋁系列投產(chǎn)組織與能耗分析

回顧該項目投產(chǎn)過程，結(jié)合投運期及生產(chǎn)初期能耗指標(biāo)和電解總用電量綜合分析，從生產(chǎn)精益化管理理念看其投產(chǎn)計劃并非最佳方案，有很大的優(yōu)化空間，從系列投運能耗節(jié)約方面逐步分析，可為其他電解鋁企業(yè)系列投運提供借鑒。

為了客觀實際分析電解鋁系列能耗，需要了解和掌握系列黑電壓分布及變化，該公司對500KA系列母線黑電壓在不同時期進行了測量，其測量數(shù)據(jù)如表2所示。

按照該系列實際投產(chǎn)在一期投運母線回路通過三通廊臨時短路母線（含補償母線）壓接形成1、2、7、8區(qū)母線導(dǎo)通。該四個區(qū)電解槽投運用時104天，其中1、8區(qū)用時42天，2、7區(qū)持續(xù)時間62天，實際用時41天。按精益化生產(chǎn)理念進行價值流分析，查找浪費源，力行節(jié)約的目標(biāo)，可分區(qū)分批緊湊推進。該公司系列投產(chǎn)方案可優(yōu)化為三個階段。

3.1 系列投運第一階段能耗差異分析

第一階段以1、8區(qū)通過2通廊臨時短路母線連接形成導(dǎo)通回路，此階段由于是系列投運初期，生產(chǎn)槽臺數(shù)少，啟槽用電解質(zhì)及鋁液供應(yīng)因素可按每天兩臺進度投槽，首批4臺槽按干法啟動，1、8區(qū)各留兩臺區(qū)未槽在第二階段，共通電投運78臺槽，以此計劃可用時38天，較該系列第一階段實際用時少8天，同時減少了2、7區(qū)母線（工作及補償）黑電壓46天所產(chǎn)生的無功電量。按表-2測量壓降數(shù)據(jù)核算如下：

3.2 系列投運第二階段能耗差異分析

第二階段可在第一階段完成后，連接三通廊臨時短路母線及補償母線，及時斷開二通廊臨時短路母線（含補償母線），使1、2、7、8區(qū)形成導(dǎo)通回路，在前期生產(chǎn)槽保證基礎(chǔ)上可充分提供鋁液和電解質(zhì)，可實現(xiàn)每天4臺電解槽以上投產(chǎn)進度，2、7區(qū)區(qū)末端余留各二臺電解槽，第二階段按每天4臺進度通電投運82臺電解槽計劃可用時21天。故與實際第二階段持續(xù)時間對比減少了37天，較實際用時少了20天，同時優(yōu)化方案在第一階段時期2、7區(qū)未產(chǎn)生無功電耗，而實際投運中2、7區(qū)停槽、補償均在持續(xù)時間每天都在不斷地產(chǎn)生無功電耗。

第三階段為3、6區(qū)電解槽投運，及時連通四通廊臨時短路母線（含補償母線），斷開三通廊臨時短路及補償母線，使1、2、3、6、7、8區(qū)形成回路導(dǎo)通，實際投運因后期人員緊缺以及物料等因素按每天兩臺進度完成后續(xù)64臺槽通電投運，歷時32天;

3.3 系列投運第三階段能耗差異分析

第三階段優(yōu)化方案要充分考慮3、6區(qū)因產(chǎn)能核定的特殊性，預(yù)見性考慮系列母線的長期導(dǎo)電性能，盡可能減少系列無功能耗。在該區(qū)域母線未通電前提下超前優(yōu)化改造拆除槽母線焊接短接，通廊臨時母線截面積及連接方式優(yōu)化;同時充分準(zhǔn)備，緊湊安排，達到短時間完成投運[3]。按此優(yōu)化原則，以每天四臺的進度16天可完成64臺電解槽投運。同時經(jīng)過前期一系列改造措施，停槽壓降可控制在0.16V之內(nèi)，通廊母線壓降可維持在1.5V以內(nèi)。

而實際該系列從設(shè)計和建設(shè)均以45萬產(chǎn)能完成，從供電設(shè)備設(shè)施配置到系列電解槽數(shù)都是按45萬噸實施的。后期由于產(chǎn)能限制，該企業(yè)僅有30萬噸產(chǎn)能指標(biāo)，故經(jīng)核定后造成該系列3、6區(qū)有22臺槽需拆除，其母線和短路口長期24小時空載，同時四通廊原設(shè)計為臨時短路母線變成永久性回路母線。且未對其進行導(dǎo)電性能優(yōu)化改造。實際投運與優(yōu)化方案能耗比較如下：

第三階段投運期間經(jīng)優(yōu)化技術(shù)措施和組織進度較實際至少節(jié)約投運資金94.726萬元。同時長期停產(chǎn)槽和臨時回路母線的優(yōu)化改造將是一項長期節(jié)能措施，既消除了該鋁電解系列重大安全隱患，又可實現(xiàn)年節(jié)約能耗1581.6萬度，年降低生產(chǎn)運行成本474.48萬元。

綜上所述，通過對該500KA鋁電解系列投產(chǎn)分階段對比分析，按照精益化理念組織該系列投產(chǎn)，在充分準(zhǔn)備，超前預(yù)見，精心統(tǒng)籌，科學(xué)合理安排，達到極具有操作實用性又具有強的經(jīng)濟性，依據(jù)精益化生產(chǎn)流程組織理念，通過一系列計劃流程組織優(yōu)化和技術(shù)優(yōu)化，該系列電解槽投運可節(jié)能達2620萬度電，節(jié)約投產(chǎn)資金約為785.818萬元。

參考文獻

[1] 邱竹賢.預(yù)焙槽煉鋁[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：31.

[2] 文義博，成庚.500KA大型鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)管理與病事槽處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2017：101.

[3] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.中國有色金屬工業(yè)指標(biāo)體系[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005：59.