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电解铝供电系统节能系统分析研究

发表时间：2021/7/2 来源：《中国科技信息》2021年8月作者：黄孟芳

[导读] 近年来节能工作成为国家对企业的一项考评内容，电解铝作为一项能耗非常大的项目，企业要根据自身特点，合理运用节能技术，发挥效益的最大化，并且电解铝厂都应该充分考虑供电系统的节能，采取各种措施来降低耗能。

广西百矿铝业有限公司广西百色黄孟芳 533000

摘要：近年来节能工作成为国家对企业的一项考评内容，电解铝作为一项能耗非常大的项目，企业要根据自身特点，合理运用节能技术，发挥效益的最大化，并且电解铝厂都应该充分考虑供电系统的节能，采取各种措施来降低耗能。本文总结了电解铝的节能技术应用，并提出了如何降低供电系统节能的措施。
关键词：电解铝；供电系统；节能
        1.电解铝供电系统耗能分析
        在电解铝企业中，油循环风冷却系统是一个消耗电能大的环节，其主要的供电设备整流机组是每台机组通常配置有8组冷却器，每组冷却器平均用电量为10kw·h左右。虽然采用了自动化系统的遥测变压器运行温度，但在实际生产中发现，变压器温度控制器的温度变送器运行可靠度较差，向监控管理人员反馈的遥测温度数据与实际温度误差常在十几度左右，常常造成监控判断失误，无法及时了解到变压器真实的运行温度，有些企业就采用传统的人工去定时巡视回报油温来调整冷却器运行组数，结果造成油温掌控不好，时而低，导致运行组数多，大量的电能被不必要的消耗掉。时而变压器温度较高，又导致因未能及时加开冷却器散热，加速绝缘老化，影响到用电设备使用寿命。
        2.供电系统节能措施
        在电解铝供电系统中要求使用低能耗的变压器，使变压器的损耗降到最低，以此来满足不同用户对于电力的不同需求。变压器的低损耗是一种较为常见的节能措施。一般情况下都是采用非晶合金铁芯变压器，这种类型的变压器能耗低、噪声小、运行成本也较低，后期的维护也比较方便，因此通常使用这种低能耗的变压器来降低总体的消耗量。由于不同变压器的等级、容量和各种材料质量都不相同，因此，可以根据电压器的运行方式以及损耗来适当优化电压器的参数，以此来实现科学用电的目的，进行参数优化的变压器可以有效地降低能耗，满足节能的要求。
针对电解铝供电系统的重点用电设备，应在满足生产同时充分考虑实际经济效益，节省无谓消耗的能量。一是在器件的选择上，以满足安全性能为前提，可选择正向压降和反向漏流都小的整流元件。二是连接变压器、整流器和开关类设备载体的母线类损耗，特别是变压器二次母线流经的电流比较大，要选用合理的导线截面积，损耗是电流与导体的截面积成反比的。在满足安全和检修的前提下，尽量紧密连接整流所，尽可能地缩小各设备之间的距离。对连接方式一般采用相同材质，即铝和铝相连接，铜和铜相连接。如必须是不同材质相连，则在连接处要涂导电膏，并且要加强检修质量和日常巡视，发现温度上升就应该立即处理。三是变压器的空载与有载损耗，针对特别是铁心的这部分损耗，可要求变压器在制造时采用高导磁的冷轧硅钢片，并在装配结构时采取“取向”处理，使硅钢片的磁场方向接近一致，减小铁心的涡流损耗。在叠片过程中采用斜接缝处理，使接缝密合性好，可减少漏磁的损耗。同时针对变压器的有载损耗，选用优质的无氧铜线，使单位导电体的电阻在最小的范围内，这样可以减小损耗。
        电解铝供电系统的优化设计就是在满足实际生产的情况下，减少能源的消耗。器件选择时，在保证安全的前提下，可以选择整流元件，来减少电流的损耗。两个相连的变压器中，通常情况下，通过的电流较大，由于损耗电流和导体的截面积成反比，要想减少电流的损耗，就要在一定程度上增加导体的截面积。电解铝系统中的连接一般使用相同的材料，若必须使用不同材质的材料就需要在两个材料接触点涂抹导电膏，并加强日常的维修和质量检查。如果出现变压器空载或有载损失，可以利用高冷轧硅钢片来对变压器进行调整，以此来降低损耗。针对有载损失，可以采用无氧铜导线，将机组的阻力控制在允许的范围内，以此来减少损耗。
        加强设备各阶段的管理工作，从质量采购阶段就要制定详细的规划，严把质量关，保证所有投入生产的电器设备都符合质量要求。明确责任制，将劳动分工和责任形成考评体系，还要制定详细的验收标准，每一个阶段都要保证系统节能，用电量最小。加强对设备的日常维护，制定详细的维修作业单，保证在设备出现问题之后能够进行及时的维修，从而使机器快速投入正常的运行中。
        对电解铝企业各环节所需的用电设备，建立健全设备采购制度，制定详细条例，严格把控质量关口，切忌贪图便宜或以次充好采购不合格的用电设备投入到生产中去，确保所有采购的用电设备都必须合格方投入生产使用。

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对作业片区划分责任区，专人分工负责，形成绩效考核体系，确保检查到位，不留死角；而在设备维护方面树立维护保养重于检修思想，根据日常工作中普遍存在的问题，成立专责区负责人、工作负责人（班长）及单位管理人员的三级验收制度，确保设备运行质量。做好过程监督控制，在充分针对工作特点，结合实际工作情况下，制定详细的验收标准，编写“运行作业包”和“检修作业包”，用于指导班组工作。其中，“检修作业单”包括检修所用工器具、备品备件、注意事项、人员分工、检修程序等；“运行作业包”针对规定操作的安全措施、报警内容、使用工器具、注意事项等。根据操作规程严格按标准化程序作业，尤其是系列复杂的操作，做到心中有数、忙而不乱。
        针对油循环风冷却系统消耗电能大这一问题，解决的措施是采用温度变送器经PLC上传遥测温度，达到测量精度的要求，同时利用综合自动化系统的软件，将变压器温度监视设为上限60℃、下限55℃报警，根据变压器绝缘工作温度与使用年限“八”度原则，由运行值班人员再结合其它主变的运行温度，综合判断决定风冷系统的运行组数，并依据不同季节和昼夜温度变化情况调整风机。这样如按照每台整流机组8组油风冷却系统，每组功率8.3kW计算，实际运行年可节约用电量4万kW·h左右，同时可以保证变压器的温度长期运行在合理范围。
        3.电解铝节能技术研究
        非平面阴极包括导流阴极、异型阴极和曲面阴极。目前，市面上有很多不同种类的非平面阴极层，其目标都是为了降低铝液的流速，减少铝液波动，以此来降低电力节能。导流槽技术的特点是在阴极和端头两个方向上分别设立流沟槽和蓄铝池，并且还将蓄铝池和流沟槽进行连接，从而形成一个导流系统，通过这一导流系统，将生产中的铝水导入到蓄铝池中，以此来降低电解槽的能耗。渗流槽技术特点是需要设立一个藏铝暗沟，暗沟一般可以设在阴极炭块下的间缝处，或是阳极的任意位置；电解槽中凹槽的位置比较多，在阴极炭块上就有多个，而在大面和端部也有一部分，阴极炭块和电解槽中的凹槽深度一般要低于藏铝暗沟，使藏铝暗沟和凹槽能够相互连通。
        异型钢棒主要有开槽钢棒、复合钢棒和双钢棒等。异型钢棒的技术原理是将“电流通道”的电阻依照钢棒的长度做简单调整，使铝液中的电流无论从哪个方面进入，电阻都基本相同，以此提高铝液的稳定性。通常情况下，铝液的电流进入一般是选择靠近阴极钢棒的出口，因为这一出口流经路径的电阻最小，铝液电流往往会选择电阻最小的道路，这时铝液将会沿着槽短轴方向产生水平电流分量，进而会形成垂直磁力，影响铝液的波动，异型钢棒技术就是要解决铝液的波动问题。
        另外，阴极炭块可以直接当作阴极来电解，在电解过程中将产生的铝液全部集中到蓄铝池当中，但是导流槽和渗流槽两者的区别在于导流槽中的聚铝沟能够容纳的铝液是有限的，容易造成出铝的负担，但是聚铝沟可以在一定程度上降低阴极导电面积的利用率；而渗流槽中有很多的藏铝沟，可以增加铝液的容纳量，但是阴极的导电面积没有明显变化。异型阴极是在阴极炭块表面上形成多个凸起，使其缓解铝液的流动速度和波动的高度，以此来保证铝液的稳定性，减少铝液溶液的损失，从而达到节能的目的。
        4.结语
        电解铝这一高耗能行业在面对快速扩张，再加上电解铝耗费的能量较多，只有借助不断发展的科学技术水平，深挖设备的潜力行技术和设备改造和合理的手段来减少能量的消耗，通过科学、节约电能，降低损耗，充分发挥企业员工的聪明才智，积极献计献策，才能将这项工作扎扎实实的推进做好，共同为建设节约型的社会做出贡献，这样才能为企业节省更多的生产成本，提高企业的经济效益。
参考文献：
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作者信息:黄孟芳，女（1985.10），壮族，广西平果，本科，研究方向：电解铝供电系统节能系统分析研究