鋁的應用有助于輕量化和節能減排,但電解鋁也是高耗能的產業.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%,電解槽上部結構約占8%,電解槽側部約占35%,底部陰極約占22%.提高電解鋁生產中的能效水平,既是國家節能減排的迫切要求,也是企業提高運營效率,實現可持續發展的努力方向.

    鋁電解槽主動冷卻技術—為鋁廠錯峰彈性生產和節能減排提供解決方案!

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

    該技術利用了熱管原理.熱管是熱傳輸裝置,是超級熱導體.熱管結合了熱傳導和流體相變原理,熱管中工作液體可以在液態和氣態之間進行轉換,其導熱能力是銅的1000倍.

    鋁電解槽主動冷卻技術—為鋁廠錯峰彈性生產和節能減排提供解決方案!

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

    鋁電解槽主動冷卻技術—為鋁廠錯峰彈性生產和節能減排提供解決方案!

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

    通過控制導熱油的流速,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定、可控的工作環境,使其生產不受季節變化的影響.在電解槽焙燒啟動的時候,主動冷卻系統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,主動冷卻系統為調節電流強度和電解槽產量提供可能性.在需要提高產量時,可以強化電流,同時提高冷卻速度,防止電解槽過熱;在需要降低產量的時候,可以降低電流強度,同時調低冷卻速度(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.

    正常生產情況下(不調節產量),該技術可以回收總散失熱量的大約40%.據估算,中國目前有大約55000臺電解槽,2016年原鋁產量約為3200萬噸,電耗約4334億度,熱損失約2167億千瓦時.假設國內電解鋁行業都使用此項技術,可以回收的總熱量約866億千瓦時,大致相當于1.7億城鄉居民的電耗;可減少二氧化碳排放約6500萬噸,相當于2300萬輛汽車的排放.這將是一個巨大的節能減排的潛力所在.當然,實際節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化方式.包括用于煤電廠發電,對蒸汽輪機的給水進行加熱;社區供熱、制冷;低溫發電;以及工廠加熱物料等.余熱利用方式可以根據電解鋁廠自身的產業鏈配套、所在地區的產業布局、地理特點等因素有不同的能源再利用模式.

    該技術經過了10多年的研發、試驗和不斷改進.2014年4月,在迪拜鋁業的一臺電解槽上安裝了這套系統.目前已經連續平穩運行超過3年,沒有出現任何問題.槽幫控制和監測,熱量回收,系統的安全性和穩定性已經得到驗證.但因為這臺電解槽是整個系列中的一臺,尚未能驗證其強化電流,調節產量的實際效果.下一步,這項技術期待能在節能減排挑戰最大、產能最大的中國鋁行業中率先實現產業化.目前,科納斯科技公司正在中國與潛在的合作伙伴進行交流洽談,一方面推廣該系統的熱量回收功能,另一方面進一步開發和完善該系統用于調節鋁產量、實現彈性生產的功能.

    科納斯科技公司認為,該項技術在中國電解鋁行業應用有多重意義及價值.

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

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

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

    第四,在需要減產限產的時候,還能通過控制電解槽熱平衡,降低電流強度,實現不停槽減產20%左右.這將避免停槽減產和重新啟動給企業帶來的經濟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生,減少重新啟槽和非正常調整期產生的無組織污染物排放和溫室氣體排放,降低環境污染.

    總之,企業可以按照環保政策要求,在不停槽的情況下實現限產或錯峰生產.也可以根據鋁價和成本核算情況,隨時自主調節產量,實現彈性生產,優化生產組織,提高適應性.相關部門也可以通過控制系統,對電解槽限產情況進行實時監測.