电解槽长时停电后二次启动研究.docx
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电解槽长时停电后二次启动研究
190kA铝电解槽长时停电后二次启动研究
技术研究报告
肥矿集团公司泰山铝业分公司
二○○五年十一月
目录
前言3
一、课题的提出4
二、国内电解槽预热与启动综述5
(一)国内电解槽预热5
(二)国内电解槽启动9
三、技术方案的开发12
(一)停槽前的炉底控制13
(二)电解槽均匀降温速率的控制14
(三)不停电预热电流的分流控制15
(四)快速启动条件的建立19
(五)湿法无效应启动19
四、停槽方案制定21
(一)停槽数量及时间21
(二)准备工作21
(三)采取措施22
(四)停槽后的维护24
(五)安全注意事项25
五、开槽方案制定26
(一)、二次焙烧启动方案的基本原则26
(二)、通电焙烧过程管理26
(三)、电解槽启动过程管理30
六、效果分析31
(一)停槽温度下降速率32
(二)阳极电流分布32
(三)炉帮的形成33
(四)经济指标33
(五)结论34
七、经济效益34
前言
1854年德国本生电解NaCl·AlCl3熔盐得到金属铝。
当时,由于用蓄电池做电源价格太贵,而且不能获得大电流,因而不能进行工业性电解试验。
自从发电机1867年发明以后,并在1880年加以改进,这种电源才可用于工业生产。
1883年美国布雷德莱提出了冰晶石—氧化铝熔盐电解方案。
三年之后,即1886年,美国霍尔和法国埃鲁不约而同地通过实验申请了冰晶石—氧化铝熔盐电解法的专利。
这就是后来称呼的霍尔—埃鲁法。
目前,世界各国的铝工业都延用着这种炼铝方法。
这种炼铝方法对供电负荷的要求是极其严格的,特别是对于目前160KA以上的大型预焙槽,停电过长会给电解槽的寿命带来致命的打击。
这样深刻的教训,在铝行业的发展历史上已经数不胜数。
因此,保持可靠的供电已经是电解生产的重要环节。
但是电解生产过程中停电事故不是人为可以控制,甚至有时不可避免的,所以如何在长时间停电后将电解槽成功的重新开动,已成为各铝厂研究的重要课题。
一、课题的提出
在铝电解的生产过程中,往往会遇到供电不足或原材料价格暴涨的时期,造成电解铝生产成本急剧增加,企业亏损严重。
许多企业为了减少亏损,被迫停掉部分电解槽来实现减产。
传统的做法是将电解质、铝水全部抽出,将阳极提出,壳面全部扒出。
当电解槽具备生产条件时,再重新装炉进行二次启动。
实践证明,这种做法是不可取的。
其致命的缺点是使侧部炭块和阴极炭块长时间的暴露在空气中以至于氧化严重,二次启动时必须对电解槽进行必需的大、中修,并且存在较大的漏炉风险,投资巨大损失严重,浪费大量的人力和物力。
泰山铝业公司2004年7月份由于上网电价昂贵,为了争取效益最大化,铝厂脱离地方大电网运行。
利用集团公司的独立电网给铝厂供电(当时在建电厂一年以后方可具备发电条件)。
由于独立网电能无法满足电解生产设计产能的需要。
因此被迫将已正常生产二年的16台电解槽进行了停槽作业,计划在第二年独立网电能扩容后再进行二次启动以投入使用。
为减少停槽后进行清炉造成物料及人力造成的大量损失,公司通过认真的研究分析,决定放弃传统的停槽工艺,对选中的电解槽采用不清炉停槽方案,当停槽一年后在对其进行二次启动作业。
通过现场实施,2004年7月15日停槽的206#电解槽经过10个月后,于2005年6月3日成功进行了二次启动。
通过近几个月的运行,各项经济指标良好,电流效率保持在93%。
本文将电解槽通过长时间停电后,不清炉直接进行二次启动的技术开发过程进行介绍,并对实践过程及效果进行了总结。
二、国内外电解槽预热与启动综述
(一)国内外电解槽预热
目前,工业铝电解槽有三种预热方法:
(1)用铝液作电阻体的电预热法,叫铝液预热法;
(2)用焦炭颗粒作电阻体的电预热法,叫焦粒预热法;
(3)用油、天然气或煤气进行燃烧预热,叫燃料预热法(又称外加热法)
以上所述的三种国内主要的电解槽启动前的预热方法,在具体实施、预热效果、注意事项等方面各有所不同,下面对其各自的特点进行详细的分析和说明。
1、铝水预热法
铝水预热法是指在电解槽内灌入一定量的铝液,覆盖在阴极表面上,并且与阳极接触,构成电流回路,产生热量,预热电解槽。
由于铝液本身电阻很小,大部分热量则由阴极和阳极产生,对于预焙阳极电解槽,阳极通过高温焙烧后,电阻值较小;阴极采用半石墨碳块,电阻值也不大,所以总发热量不大,这样,铝水预热电解槽即可一次通入全电流。
铝液灌入电解槽内,可使阴、阳极良好地与液态铝水接触,这样可一次将阳极拧紧在母线梁上,毋须增加中间导体。
由于铝液预热总发热量不大,故阳极上需要特别加强保温。
一般用冰晶石覆盖阳极和填充阳极之间的缝隙,它既可作为预热过程中的保温料,又可作为起动中的原料。
为了增加热量以达到预热良好,预热到一定时间须缓慢上升阳极,增大极距(阴、阳极底掌之间的垂直距离),而达到提高预热温度之目的,由于铝水有良好的导热性,所以,铝水预热法阴极表面温度分布极为均匀。
综上所述,铝水预热法有下述优点:
(1)方法简便,易于操作,勿需增加任何其它临时设施;
(2)槽内温度分布均匀,不会出现严重的局部过热现象;
(3)阴极碳块中产生的升温梯度小,温度上升均匀,可减少阴极碳块的热裂纹;
(4)阴极碳块不受氧化;
(5)用冰晶石粉覆盖阳极,可完全避免阳极氧化;
(6)起动后电解质清洁,能省工省料。
其缺点为:
(1)灌高温铝水(800~900℃)的瞬间,会使阴极碳块受到强烈的热冲击,影响阴极内衬寿命;
(2)如若阴极出现缝隙,铝水会注入其中而不是电解质,起动后易成为铝液渗透通道,引起阴极早期破损;
(3)由于电阻小,预热温度上升较慢,故预热时间较长。
2、焦粒预热法
焦粒预热法是在阴、阳极之间铺上一层煅烧过的焦炭颗粒,其厚度为20~30㎜。
如果炉底平整,焦粒厚度可为10㎜。
焦粒粒度在1~5㎜之间,严格控制1㎜以下的焦粉。
电解槽通电后,焦粒层作为电阻体便在阴、阳极之间产生焦尔热,预热电解槽,同时,阴极和阳极本身的电阻也产生热量,在其内部预热。
阳极与阳极母线之间用临时导电软母线联接,阳极重量全部压在焦粒上,保证阳极与焦粉良好接触。
预热终了,在起动之前把阳极导杆拧紧在阳极大母线上,撤除临时导电软带。
在槽四周装砌电解质块和冰晶石粉,并用钢板将冰晶石与焦粉隔开,边部碳块和槽四周扎糊从而在预热过程中受到保护而免受氧化。
阳极上部盖上保温板,用以保护阳极免受氧化和保持热量。
预热开始时通入部分电流,然后逐渐增加,一般在24小时后达到全电流。
具体的电流增加速度依据预热速度而定,短的可在数小时内,长的可在两天内达到全电流。
电流的控制,对于新系列的第一批预热槽而言,可由整流所按要求逐渐增加供电,而对于第一批以后的槽(即已有了生产槽),或系列生产后的大修电解槽再起动,因为不易再通过大幅度升降电流来控制电流强度,所以必须按预热制度装设电流分流器,方能达到逐渐增加电流的目的。
电流满负荷继续预热一定时间,使阴极表面温度达到900~950℃,即可进行起动。
纵观其过程,焦粒预热有如下优、缺点。
优点表现在:
(1)阴、阳极可从常温下逐渐升温预热,避免了铝水预热法中开始灌入高温液态铝时强烈热冲击;
(2)焦粒层保护了阴极表面免受氧化;
(3)在使用分流器的情况下,可以控制预热速度;
(4)部分热量产生在阴极碳块中,可使阴极内衬得以从内部烘干;
(5)如果阴极表面产生了裂缝,则可在起动时被电解质填充而不是铝液。
缺点表现在:
(1)阴极表面温度不很均匀,可能产生局部过热;
(2)需要接入和拆出电流分流器和阳极导杆导电软带,复杂了操作过程,增加了操作难度;
(3)槽四周扎糊带预热不良;
(4)起动后电解质碳渣多,需要清除碳渣,费工费料。
3、燃料预热法
燃料预热法是在阴、阳极之间用火焰来加热,因此需要可燃物质、燃烧器,同时阳极上面要加保温罩,才能使高温气体停留在槽内,并防止冷空气窜入。
火焰产生在阴、阳极之间,依靠传导、对流和辐射,将热量传输到其它部位。
燃料通常为煤油、天然气或煤气。
待电解槽预热完毕后,通电、起动同时进行。
此法最大优点为容易控制加热速度,并可移动加热器,使阴极表面均匀受热,其缺点是首先操作较为复杂,为了放入燃烧器,不得不在阴、阳极间留出较大空档,使之多耗燃料;其次是燃烧时所用的过量空气会使阴极和阳极表面氧化,尤其阴极表面氧化将会严重导致在电解槽起动后阴极表面的破损。
当加热温度低于650℃时,阴、阳极的氧化程度较小,而加热温度若接近950℃时,阴、阳极的氧化则相当严重,所以实施中宁愿采取600℃的较低预热温度。
此法目前尚属试验之中,有待进一步改进,它的另一个优点是可以节省电能。
我国中、小型自焙电解槽的槽外焙烧阳极,可算是燃料预热法的一个特殊例子。
(二)国内外电解槽启动
铝电解槽预热到900~950℃时,便可进行启动。
启动的任务是在槽内熔化足量的液体电解质,以适应电解生产需要。
起动方法常采用的有两种,即干法启动与湿法启动,前者通常在新厂电解槽起动时尚无现成的液体电解质情况下头一、二台槽上采用,而在已有生产槽的系列中启动电解槽,则多数采用湿法启动。
1、干法启动
干法启动即是利用电解槽阴、阳极之间产生的电孤高温将固体冰晶石熔化成液体电解质,其做法是不断向预热好的电解槽的阴、阳极间添加冰晶石,慢慢提升阳极,阳极脱开阴极的部分便产生强烈电孤而形成高温,使冰晶石熔化,当槽内有了适当高度的液体电解质后,可引发阳极效应,加速熔化电解质。
待到有足够高度的液体电解质后,便加入氧化铝熄灭阳极效应,电压保持在6~8V,电压保持一段时间后,灌入适量铝水,电解槽进入了生产阶段,启动即告结束。
对于新厂头一、二台槽起动缺少液态的铝水时,可采用慢慢向槽内加入铝锭逐渐熔化而成,此时,槽电压高些,以补充熔化铝锭的热量。
干法启动一开始两极间产生的强烈电孤,严重损伤阴、阳极表面,尤其是阴极表面的损伤将会严重殃及电解槽的使用寿命。
特别是采用焦粒预热清炉后,进行启动的电解槽表现的尤为严重,而铝水预热的电解槽在启动之前由于在阴极表面已有一层液态铝,电弧产生在阳极和铝液表面上,而铝水则起到了保护阴极表面的作用。
干法启动时抬阳极必须小心谨慎,尤其一开始时进行抬阳极时切不可抬之过快,以防发生强烈崩爆,破坏电解槽内衬,以及发生意外事故。
通常利用槽电压的高低来监视,一般电压控制在10~15V。
开始电压摆动较大,这是由于阴极、阳极接触不良所致,待有一定液体电解质浸没阴、阳极后,电压渐趋稳定,方可继续慢慢升高电压,加速冰晶石熔化,直到有足够液体电解质为止。
2、湿法启动
湿法启动即是向待起动的电解槽内灌入一定量的液体电解质,同时上抬阳极,逐渐引发人工效应(也有不让发生人工效应的)。
在人工效应期间可将阳极上用于保温的冰晶石推入槽内熔化,若电解质的数量不足,还需要投入冰晶石,直到电解槽内的液体电解质达到规定高度,便可投入一定数量的氧化铝,熄灭效应。
灌入的电解质需要在生产槽上准备,一般要求灌入的电解质温度尽量高些,以保证抽取顺利和倒入起动槽后有足够的流动性。
效应时间一般不超半小时,效应电压保持在20V左右,具体根据电解槽预热温度和槽内电解质高度而定。
用焦粒预热的电解槽,启动之前若未清除焦粒,人工效应后必须组织人力及时的捞取碳渣,以保证电解质的洁净。
人工效应熄灭后,槽电压应保持较高,一般在6~8V,而中、小型的电解槽为8~10V,相持一段时间后(通常为6~8小时),向槽内灌入一定量的铝液作为槽内在产铝,加好阳极保温料,启动便告结束。
湿法启动较干法启动有省电、操作方便、劳动强度低、安全可靠等优点,尤其不会对阴极内衬带来损伤,所以大多数电解铝厂对于电解槽的启动都采用湿法启动。
但湿法启动需在生产槽上准备液体电解质,这样或多或少地影响了生产槽的技术条件。
尤其对于预焙阳极电解槽,在准备
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- 电解槽 停电 二次 启动 研究