阳极预热技术PPT-0303稿

1、报告人：雷波20112011年年3 3月月3 3日日一、项目的背景进入二十一世纪以来，国家把节能减排列为经济工作进入二十一世纪以来，国家把节能减排列为经济工作的重点，有色金属行业已被列入六个重点节能减排行的重点，有色金属行业已被列入六个重点节能减排行业之一，而铝电解节能降耗是被点名的重中之重，业之一，而铝电解节能降耗是被点名的重中之重，2008年我国电解铝行业耗电量占全国总耗电量的年我国电解铝行业耗电量占全国总耗电量的5.51%，电解铝成为了国家宏观调控的主要对象。，电解铝成为了国家宏观调控的主要对象。电解铝行业必须大幅度实施节能，而大力开发应用深电解铝行业必须大幅度实施节能，而大力开发应用深

2、度节能技术则是必然选择。度节能技术则是必然选择。二、项目的必要性和意义1 1、项目必要性、项目必要性: : （1 1）该项目符合）该项目符合（2006202020062020）国家中长期科学和技术发展规）国家中长期科学和技术发展规划划要求及重点支持、优先发展的领域；要求及重点支持、优先发展的领域； （2 2）全面考虑铝电解产业的节能减排是减少能源、资源消耗的主全面考虑铝电解产业的节能减排是减少能源、资源消耗的主要途径；要途径； （3 3）铝电解碳素预焙阳极预热技术具有显著的节能效果铝电解碳素预焙阳极预热技术具有显著的节能效果, ,并且其并且其余热利用是能源高效综合利用的必然趋势。余热利用是能源

3、高效综合利用的必然趋势。2 2、项目的意义：、项目的意义： 铝电解所使用的碳素预焙阳极在换极时，阳极会发生严重的热震铝电解所使用的碳素预焙阳极在换极时，阳极会发生严重的热震问题，新阳极进入电解槽后，要吸取大量的热量，这对电解槽的正问题，新阳极进入电解槽后，要吸取大量的热量，这对电解槽的正常生产干扰极大；当前对换极的研究工作非常少，这是当前铝电解常生产干扰极大；当前对换极的研究工作非常少，这是当前铝电解节能降耗研究领域被忽视的一大重点。节能降耗研究领域被忽视的一大重点。 因此，若在此方面进行研究并开发出新的技术，对所存在的问题因此，若在此方面进行研究并开发出新的技术，对所存在的问题加以解决，对铝

4、电解的节能降耗有着十分重要的意义，也将促进铝加以解决，对铝电解的节能降耗有着十分重要的意义，也将促进铝电解技术的发展。电解技术的发展。三、项目的目标 本项目以国内外首次提出的具有自主知识产本项目以国内外首次提出的具有自主知识产权的铝电解碳素预焙阳极预热技术为基础，对于权的铝电解碳素预焙阳极预热技术为基础，对于一个年产能一个年产能1010万吨原铝以上的电解铝厂，可形成万吨原铝以上的电解铝厂，可形成其所需的阳极预热生产示范线，并制定企业技术其所需的阳极预热生产示范线，并制定企业技术标准标准3535项。项。四、项目技术内容与特点1.1.铝电解换极现状铝电解换极现状在现行工业铝电解生产中，是通过氧化铝

5、溶解在熔融冰晶在现行工业铝电解生产中，是通过氧化铝溶解在熔融冰晶石熔体中，形成具有良好导电性的均匀的熔体，采用炭素石熔体中，形成具有良好导电性的均匀的熔体，采用炭素材料做阴阳两极。通入直流电后，在阳极和阴极上发生电材料做阴阳两极。通入直流电后，在阳极和阴极上发生电化学反应，电解产物在阴极上析出铝，阳极上产生化学反应，电解产物在阴极上析出铝，阳极上产生CO2和和CO。碳素预焙阳极随着电化学反应的进行，阳极不断地消耗，碳素预焙阳极随着电化学反应的进行，阳极不断地消耗，需要定期更换。需要定期更换。换极是国内外各种预焙阳极电解槽正常运行所不可缺少的换极是国内外各种预焙阳极电解槽正常运行所不可缺少的特殊

6、操作。特殊操作。2.2.换极时存在的问题换极时存在的问题 （1 1）阳极的热震（热冲击）：）阳极的热震（热冲击）： 在换极时，由于新阳极处于环境温度，与槽内电解液在换极时，由于新阳极处于环境温度，与槽内电解液的的950高温之间存在过大的温度差，所以上槽后，阳极高温之间存在过大的温度差，所以上槽后，阳极因是脆性材料会发生严重的热震问题，从而产生裂纹、断因是脆性材料会发生严重的热震问题，从而产生裂纹、断裂、掉渣，影响到电解槽的正常运行、降低槽电流效率、裂、掉渣，影响到电解槽的正常运行、降低槽电流效率、增加阳极的消耗；在电解生产中，相比灰分等其他指标，增加阳极的消耗；在电解生产中，相比灰分等其他指标

7、，阳极的抗热震性更受关注，它直接影响到吨铝碳耗和阳极阳极的抗热震性更受关注，它直接影响到吨铝碳耗和阳极正常工作与否，影响阳极抗热震性的因素是阳极的自身特正常工作与否，影响阳极抗热震性的因素是阳极的自身特性和电解条件。性和电解条件。 阳极热震问题题是铝电解与碳素行业的一个世界性难阳极热震问题题是铝电解与碳素行业的一个世界性难题。国内没有什么研究，国外研究到是不少。题。国内没有什么研究，国外研究到是不少。 Meier Meier根据陶瓷材料破裂的基础理论，提出了以根据陶瓷材料破裂的基础理论，提出了以TSRTSR指指数来表征铝电解碳素预焙阳极的抗热震性大小，数来表征铝电解碳素预焙阳极的抗热震性大小，

8、TSRTSR越大越大说明阳极的抗热震性越大，公式如下说明阳极的抗热震性越大，公式如下其中的其中的T T 就是温差。就是温差。 TSR TSR是一个无量纲的参数，若是一个无量纲的参数，若TSR 100%TSR 100%，表征阳极不，表征阳极不会由于受到的热震而破坏；反之，阳极就会出现裂纹、缝会由于受到的热震而破坏；反之，阳极就会出现裂纹、缝隙、断裂等各种破坏。隙、断裂等各种破坏。 TSRTSR为阳极自身的性质（物理性质、尺寸与几何形状）为阳极自身的性质（物理性质、尺寸与几何形状）和受热条件（主要是温差）所制约。和受热条件（主要是温差）所制约。 TSR TSR随着阳极自身温度与电解温度之间的温差的

9、增大随着阳极自身温度与电解温度之间的温差的增大而减小，如下图：而减小，如下图：（2 2）阳极上槽后对电解的影响：）阳极上槽后对电解的影响： 新阳极进入电解槽后，从环境温度逐步升高到电解正新阳极进入电解槽后，从环境温度逐步升高到电解正常生产的温度需要从电解槽中吸取大量的热量，这些热量常生产的温度需要从电解槽中吸取大量的热量，这些热量都是电能所转化而来的，吸热时间长达十多个小时，在这都是电能所转化而来的，吸热时间长达十多个小时，在这期间，新阳极的吸热对电解槽的稳定性、热平衡、电流效期间，新阳极的吸热对电解槽的稳定性、热平衡、电流效率、阳极电流分布等方面有严重的负面作用，还常常诱发率、阳极电流分布等

10、方面有严重的负面作用，还常常诱发阳极效应、针振、炉底沉淀等恶劣后果，对电解槽的正常阳极效应、针振、炉底沉淀等恶劣后果，对电解槽的正常生产干扰极大。这方面已有国内外各个电解铝厂的生产实生产干扰极大。这方面已有国内外各个电解铝厂的生产实际作为说明，各种研究文献也不少，本文就不多述。际作为说明，各种研究文献也不少，本文就不多述。 虽然这方面的研究和工厂做出了不少工作，却只是枝虽然这方面的研究和工厂做出了不少工作，却只是枝节上做文章，收效很低，如何从根本上解决仍然是个世界节上做文章，收效很低，如何从根本上解决仍然是个世界难题。难题。3.3.技术难点技术难点 针对上述的严重问题，铝行业早就提出了阳极预热

11、的观点来加针对上述的严重问题，铝行业早就提出了阳极预热的观点来加以解决；以解决； 但是随之而来的严重问题但是随之而来的严重问题如何预热、是否要新增能源消耗如何预热、是否要新增能源消耗来预热、经济上是否合理有益等等，也就是说热源问题就是关键点，来预热、经济上是否合理有益等等，也就是说热源问题就是关键点，这使得研究卡在这里不能有所前进。这使得研究卡在这里不能有所前进。 作为热源的条件为：作为热源的条件为： 不能新增能源，即不能利用新电、新水、天然气等；不能新增能源，即不能利用新电、新水、天然气等； 热源必须长期持续稳定；热源必须长期持续稳定； 热源温度应足够高；热源温度应足够高； 热源应能保证阳极

12、预热所需的热量供应；热源应能保证阳极预热所需的热量供应； 热源应能保证阳极预热时间与铝电解换极周期相匹配；热源应能保证阳极预热时间与铝电解换极周期相匹配； 热源应从铝电解生产现场就近寻找，缩短距离环节；热源应从铝电解生产现场就近寻找，缩短距离环节； 为此所增加的工艺、设备、操作，不应复杂化，不应难于运转；为此所增加的工艺、设备、操作，不应复杂化，不应难于运转； 利用热源应具有可实施性、经济性，成本和技术不能过高。利用热源应具有可实施性、经济性，成本和技术不能过高。 本人就此经过本人就此经过2 2年多的思考，收集了大量资料，先后年多的思考，收集了大量资料，先后重新学习了解了铝电解工艺、碳素工艺、

13、钢铁行业相关重新学习了解了铝电解工艺、碳素工艺、钢铁行业相关知识等等，并到铝电解、碳素生产现场采集数据，经过知识等等，并到铝电解、碳素生产现场采集数据，经过分析计算，终于可以确定可以利用铝用碳素生产中的烟分析计算，终于可以确定可以利用铝用碳素生产中的烟气余热作为热源气余热作为热源此项就是本技术为国内外首次提出此项就是本技术为国内外首次提出重要的关键点和技术秘密。重要的关键点和技术秘密。 在热源确定后，后续的工作相对就容易了。在热源确定后，后续的工作相对就容易了。 本技术的原理即为：本技术的原理即为： 本项铝电解碳素预焙阳极预热技术，是利用铝本项铝电解碳素预焙阳极预热技术，是利用铝用碳素生产中的

14、烟气作为热源，在预热炉中将碳用碳素生产中的烟气作为热源，在预热炉中将碳素预焙阳极进行预热，然后按电解槽换极周期要素预焙阳极进行预热，然后按电解槽换极周期要求送到电解车间上槽更换旧阳极使用。求送到电解车间上槽更换旧阳极使用。4.4.技术原理技术原理5.5.工艺流程工艺流程工艺流程图如下工艺流程图如下：6 6、预期实现技术经济指标、预期实现技术经济指标（1 1）技术指标）技术指标阳极预热的平均温度阳极预热的平均温度300300 在铝电解生产原有基础上，在铝电解生产原有基础上， 吨铝直流电耗可降低量吨铝直流电耗可降低量 80kWh； 吨铝碳耗可降低量吨铝碳耗可降低量 10kg； 电流效率可提高量电流

15、效率可提高量 1% 。形成一条碳素预焙阳极生产示范线形成一条碳素预焙阳极生产示范线（2 2）经济指标）经济指标 项目完成后，对一个年产项目完成后，对一个年产1010万吨原铝的电解铝厂，可万吨原铝的电解铝厂，可形成阳极生产示范线一条，预计实现吨铝节电形成阳极生产示范线一条，预计实现吨铝节电8080度、吨铝度、吨铝碳耗降低碳耗降低1010公斤、电流效率提高公斤、电流效率提高1%1%，可创造综合经济效益，可创造综合经济效益18001800万元（按铝价万元（按铝价1600016000元元/ /吨、电价按吨、电价按0.60.6元元/kWh/kWh、电流、电流效率按效率按92%92%计算）。计算）。7.7

16、.本技术的关键点本技术的关键点本技术的关键点：本技术的关键点：采用铝用碳素生产中的烟气作为热源来预采用铝用碳素生产中的烟气作为热源来预热阳极；热阳极；预热炉的设计与制造。预热炉的设计与制造。8.8.本技术的创新点本技术的创新点首次在国内外提出了有效预热碳素预焙阳极首次在国内外提出了有效预热碳素预焙阳极的方法；的方法；采用铝用碳素生产的烟气余热来加热碳素预采用铝用碳素生产的烟气余热来加热碳素预焙阳极；焙阳极；有效地缓解了换极时碳素预焙阳极上槽所受有效地缓解了换极时碳素预焙阳极上槽所受到的热震影响，降低了碳耗；到的热震影响，降低了碳耗； 预热后的阳极上槽后削减了大量阳极原本要预热后的阳极上槽后削减

17、了大量阳极原本要从电解槽吸收的热量，减少了电耗，提高了从电解槽吸收的热量，减少了电耗，提高了电流效率，增加了铝产量，为电解槽正常生电流效率，增加了铝产量，为电解槽正常生产带来了许多好处，产带来了许多好处，9.9.本技术的优点本技术的优点本技术与现有技术或工艺相比，具有如下优点：本技术与现有技术或工艺相比，具有如下优点：有效利用铝用碳素生产中的烟气余热：有效利用铝用碳素生产中的烟气余热：开辟了新的烟气余热利用途径；开辟了新的烟气余热利用途径；对烟气热量可以直接利用，提高了热能利用对烟气热量可以直接利用，提高了热能利用率；率；通过预热炉的有效运转，热效率较高；通过预热炉的有效运转，热效率较高；合理

18、利用烟气余热，社会效益明显，经济效合理利用烟气余热，社会效益明显，经济效益可观。益可观。降低了碳素预焙阳极受到的热震影响：降低了碳素预焙阳极受到的热震影响： 由于预热后的阳极温度与电解液温由于预热后的阳极温度与电解液温度之间的温差缩小，新阳极上槽后其内度之间的温差缩小，新阳极上槽后其内部的热应力也相应地减少，阳极所受到部的热应力也相应地减少，阳极所受到的热震影响得到了极大缓解，阳极的热震影响得到了极大缓解，阳极TSR指数可增加指数可增加30%以上，从而抑制了阳极以上，从而抑制了阳极裂纹、断裂、掉渣的产生，减少了阳极裂纹、断裂、掉渣的产生，减少了阳极因热震而带来的各种破损，降低了阳极因热震而带来

19、的各种破损，降低了阳极消耗，有利于阳极和电解槽的正常工作，消耗，有利于阳极和电解槽的正常工作，提高了槽电流效率。提高了槽电流效率。 有利于电解槽的正常运行：有利于电解槽的正常运行： 由于阳极被预热，上槽后阳极从电解槽中吸取的热量大为降由于阳极被预热，上槽后阳极从电解槽中吸取的热量大为降低，这样就带来了有利于电解槽正常运转的一系列好处：低，这样就带来了有利于电解槽正常运转的一系列好处：有利于保持槽稳定性；有利于保持槽稳定性；减少了对电解槽热平衡的影响，减少了对电解槽热平衡的影响，缩短阳极导通电流的时间；缩短阳极导通电流的时间；缩短槽温恢复正常时间，增加了电解槽正常运行时间；缩短槽温恢复正常时间，

20、增加了电解槽正常运行时间；提高槽电流效率；提高槽电流效率；加快导电速度降低铁碳压降；加快导电速度降低铁碳压降；减少炉底沉淀；减少炉底沉淀；大大降低原来换极时常常突发的阳极效应、针振、阳极电流分布大大降低原来换极时常常突发的阳极效应、针振、阳极电流分布混乱等恶劣后果；混乱等恶劣后果；对原有的换极操作没有大变动。对原有的换极操作没有大变动。五、项目投资预算 项目总投资控制在项目总投资控制在300300万元左右（针对年产能万元左右（针对年产能1010万吨万吨的电解铝厂）。的电解铝厂）。 年度年度科目科目总经费总经费 *年年备注备注一、设备费70.0070.00二、建安费70.0070.00三、其他1

21、56.00156.001、动力、材料费 125.00125.002、论证、鉴定费2.002.003、差旅费4.004.004、外协费5.005.005、管理费10.0010.006、不可预见费用10.0010.00合计296.00296.00六、项目建设工期与计划建设工期建设工期 本项目的建设工期拟定为本项目的建设工期拟定为10个月；个月；进度安排进度安排 1月月2月，完成初步设计、审查和批准工作；月，完成初步设计、审查和批准工作； 3月月4月，施工图纸设计并进行材料及配套设备的订购；月，施工图纸设计并进行材料及配套设备的订购； 5月月8月，开工建设（地基建设、相关管路改造、通气生月，开工建设

22、（地基建设、相关管路改造、通气生产）；产）； 9月月10月，完善相关内容、搜集数据、鉴定验收，全部工月，完善相关内容、搜集数据、鉴定验收，全部工程结束。程结束。 七、经济效益与社会效益 （1 1）经济效益）经济效益 节电节电 电解铝生产总产铝和总消耗的阳极有对应关系，即吨铝阳极毛耗，这里电解铝生产总产铝和总消耗的阳极有对应关系，即吨铝阳极毛耗，这里按按550kg/t-Al计，预热这部分阳极所消耗的能量为约计，预热这部分阳极所消耗的能量为约70kWh，这部分能量原，这部分能量原本是由槽内热体系所提供，而阳极预热后这部分能量就可以节约下来；此外本是由槽内热体系所提供，而阳极预热后这部分能量就可以节

23、约下来；此外减少覆盖料进入槽内等其它方面可带来减少覆盖料进入槽内等其它方面可带来10kWh的节约量，合计就是的节约量，合计就是80kWh，即每吨铝可节约电能消耗即每吨铝可节约电能消耗80 kWh，10万吨铝就是万吨铝就是800万万kWh，按，按0.6元元/ kWh计算，就是计算，就是480万元。万元。 减少碳耗减少碳耗 由于预热后的阳极其温度与槽内电解温度之间的温差缩小了许多，阳极由于预热后的阳极其温度与槽内电解温度之间的温差缩小了许多，阳极所受到的热震大幅度下降，阳极在电解槽中的稳定性得到提高，由此阳极原所受到的热震大幅度下降，阳极在电解槽中的稳定性得到提高，由此阳极原来会产生的纵向裂纹、横

24、向裂纹、局部破裂、角部破裂、掉渣等各种破坏性来会产生的纵向裂纹、横向裂纹、局部破裂、角部破裂、掉渣等各种破坏性现象得到强烈抑制，减少了许多无谓性消耗，吨铝碳耗将减少现象得到强烈抑制，减少了许多无谓性消耗，吨铝碳耗将减少10kg以上，以上，10万吨铝就可以节约碳耗万吨铝就可以节约碳耗1000吨，以阳极价吨，以阳极价3000元元/吨计，就是吨计，就是300万元。万元。提高电流效率提高电流效率 本技术预热的阳极对于铝电解槽来说，依靠的是提高电解槽的本技术预热的阳极对于铝电解槽来说，依靠的是提高电解槽的稳定性减少电解槽的电流空耗来提高电流效率，因此，在原来的总电稳定性减少电解槽的电流空耗来提高电流效率

25、，因此，在原来的总电耗和管理不变的情况下，电解槽提高电流效率所增加的原铝产量仅仅耗和管理不变的情况下，电解槽提高电流效率所增加的原铝产量仅仅消耗氧化铝和碳素阳极以及少量的氟化盐，以一个年产消耗氧化铝和碳素阳极以及少量的氟化盐，以一个年产10万吨原铝的万吨原铝的电解铝厂计，以电流效率电解铝厂计，以电流效率92%计算，提高电流效率计算，提高电流效率1%可增加铝产量可增加铝产量1087吨，其中每吨铝消耗的物料吨，其中每吨铝消耗的物料氧化铝氧化铝1.93t、碳素阳极、碳素阳极0.55t、氟、氟化盐化盐22kg，按目前的氧化铝价约，按目前的氧化铝价约3000元元/吨、阳极价吨、阳极价3000元元/吨、氟

26、化吨、氟化盐价盐价6500元元/吨计算，所增加的每吨原铝成本为吨计算，所增加的每吨原铝成本为（3000*1.93+3000*0.55+6500*0.022=）7583元，以铝价元，以铝价16000元元/吨吨计，则有利润计，则有利润8417元，增产的元，增产的1087吨铝则相当于增加经济效益吨铝则相当于增加经济效益915万万元。元。其他效益其他效益 预热阳极上槽后，还具有前述诸多优点，对电解槽的正常运行预热阳极上槽后，还具有前述诸多优点，对电解槽的正常运行和管理十分有利，这部分间接效益也不可忽视，如降低了换极突发和管理十分有利，这部分间接效益也不可忽视，如降低了换极突发阳极效应这一块，减少的电耗

27、就非常大；由于数据采集困难，本文阳极效应这一块，减少的电耗就非常大；由于数据采集困难，本文这里就不再赘述。一定要算效益的话，可粗略估计这些间接效益在这里就不再赘述。一定要算效益的话，可粗略估计这些间接效益在100万元左右。万元左右。 综合上面的分析对于一个电流效率综合上面的分析对于一个电流效率92%92%的年产能的年产能1010万吨的电解万吨的电解铝厂，在本项目实施完成后，每年可实现节电铝厂，在本项目实施完成后，每年可实现节电800800万度以上、节约万度以上、节约碳耗碳耗10001000吨以上、增加铝产量吨以上、增加铝产量10871087吨以上，预计可增加综合经济效吨以上，预计可增加综合经济效益（益（480+300+915+100480+300+915+100）18001800万元以上；同时，将形成阳极预热万元以上；同时，将形成阳极预热生产示范线一条。生产示范线一条。（2 2）社会效益）社会效益 节约能源对保证我国经济的快速发展、提高经济效益、节约能源对保证我国经济的快速发展、提高经济效益、推进技