鋁的應用有助于輕量化和節(jié)能減排,但電解鋁也是高耗能的產業(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(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—為鋁廠錯峰彈性生產和節(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(tài)和氣態(tài)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(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.油站中的低溫導熱油通過管道首先進入到煙氣系統(tǒng)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(jīng)過冷卻的油再進入到油站,完成一個循環(huán).

    鋁電解槽主動冷卻技術—為鋁廠錯峰彈性生產和節(jié)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(wěn)定、可控的工作環(huán)境,使其生產不受季節(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)為調節(jié)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(jié)產量),該技術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(yè)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(xiāng)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(jié)能減排的潛力所在.當然,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化方式.包括用于煤電廠發(fā)電,對蒸汽輪機的給水進行加熱;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)電解鋁廠自身的產業(yè)鏈配套、所在地區(qū)的產業(yè)布局、地理特點等因素有不同的能源再利用模式.

    該技術經(jīng)過了10多年的研發(fā)、試驗和不斷改進.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,尚未能驗證其強化電流,調節(jié)產量的實際效果.下一步,這項技術期待能在節(jié)能減排挑戰(zhàn)最大、產能最大的中國鋁行業(yè)中率先實現(xiàn)產業(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,另一方面進一步開發(fā)和完善該系統(tǒng)用于調節(jié)鋁產量、實現(xiàn)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(yè)應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(xiàn)不停槽減產20%左右.這將避免停槽減產和重新啟動給企業(yè)帶來的經(jīng)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(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)限產或錯峰生產.也可以根據(jù)鋁價和成本核算情況,隨時自主調節(jié)產量,實現(xiàn)彈性生產,優(yōu)化生產組織,提高適應性.相關部門也可以通過控制系統(tǒng),對電解槽限產情況進行實時監(jiān)測.