背景

近年來(lái)，隨著電解鋁技術(shù)的進(jìn)步與逐漸成熟，我國(guó)電解鋁生產(chǎn)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。原鋁年產(chǎn)能達(dá)到1200萬(wàn)噸，各地新建擴(kuò)建電解鋁廠系列電流多數(shù)在200kA以上，年產(chǎn)能多數(shù)在20萬(wàn)噸以上。然而，隨著能源問(wèn)題的日益凸現(xiàn)，對(duì)于高能耗的電解鋁生產(chǎn)，如何推進(jìn)生產(chǎn)節(jié)能，提高電流效率，是各生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。由北京核心動(dòng)力科技有限公司生產(chǎn)的全自動(dòng)鋁電解質(zhì)初晶溫度測(cè)量設(shè)備為優(yōu)化電解過(guò)程，強(qiáng)化電流效率提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。

電解鋁生產(chǎn)中，電能的消耗主要體現(xiàn)在電流效率上。國(guó)內(nèi)的電解鋁企業(yè)近年來(lái)通過(guò)技術(shù)改革、強(qiáng)化電流效率等有力措施，噸鋁電耗大幅度降低，電流效率已經(jīng)有較大的提高。但是，相對(duì)于國(guó)外電解鋁行業(yè)95%以上的電流效率而言，仍然存在著差距。而且，由于國(guó)內(nèi)各電解鋁廠的生產(chǎn)狀況存在著較大的差異，管理手段不盡相同，電流效率的控制效果也存在一定差異。

測(cè)量初晶溫度的意義

許多學(xué)者認(rèn)為，在電解鋁生產(chǎn)中控制適宜的電解溫度、降低過(guò)熱度是提高電流效率的一個(gè)重要手段。在電解過(guò)程中，電解溫度應(yīng)高于初晶溫度，電解才可以順利地進(jìn)行。在電解溫度與電解質(zhì)初晶溫度之間存在著過(guò)熱度，過(guò)熱度偏高，將會(huì)導(dǎo)致電解效率降低，造成能源浪費(fèi)、生產(chǎn)成本升高。如果能夠選擇適宜的電解溫度，并調(diào)整電解質(zhì)中原料配比，控制過(guò)熱度在10℃左右，就會(huì)更有效的利用電能，減少無(wú)用的能源消耗，進(jìn)而可以大幅度降低噸鋁電耗，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)效益。

測(cè)量初晶溫度的技術(shù)難題

電解溫度(槽溫)往往由現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)人員直接測(cè)量得到。但是，直接測(cè)量初晶溫度卻很難測(cè)量。一方面，由于電解槽在生產(chǎn)中不斷調(diào)整原料配比，造成初晶溫度的不斷變化;另一方面，傳統(tǒng)的測(cè)量初晶溫度的測(cè)試周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜，不能有效適應(yīng)當(dāng)前電解生產(chǎn)中大規(guī)模測(cè)試的需要。

測(cè)量初晶溫度主要有以下幾個(gè)方法：一、槽前測(cè)量方法。這種方法受人為操作因素影響較大，而且測(cè)量成本很高。國(guó)外某廠家的測(cè)量裝置每次測(cè)量時(shí)都需要耗費(fèi)一只鉑銠熱電偶，單個(gè)樣品測(cè)試成本約10～20美元，使得生產(chǎn)廠家無(wú)法采用。二、爐體整體冷卻方法。將電解質(zhì)樣品置于鉑金坩堝內(nèi)，放置于一個(gè)試驗(yàn)爐中，然后給試驗(yàn)爐降溫，觀察降溫曲線。但是由于爐體的熱容量較大，坩堝受爐體影響，測(cè)量準(zhǔn)確度不高，而且爐體的升降溫時(shí)間較長(zhǎng)，測(cè)試一個(gè)樣品的時(shí)間很長(zhǎng)，需要幾個(gè)小時(shí)才能完成一個(gè)樣品的測(cè)量。為了連續(xù)測(cè)量還需要不斷清洗坩堝中的廢料，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，用于電解生產(chǎn)管理是不可能的。

由于缺乏有效的初晶溫度測(cè)量手段，沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)為指導(dǎo)，使得鋁電解生產(chǎn)中過(guò)熱度遠(yuǎn)大于10℃，一般在20℃～40℃。因此，準(zhǔn)確測(cè)量初晶溫度，進(jìn)而控制電解溫度、調(diào)節(jié)過(guò)熱度，使電解槽達(dá)到最佳狀態(tài)是目前我國(guó)電解鋁行業(yè)節(jié)能降耗的最簡(jiǎn)單而又直接的現(xiàn)實(shí)手段。

全自動(dòng)初晶溫度測(cè)量設(shè)備的應(yīng)用

采用高新技術(shù)的全自動(dòng)初晶溫度測(cè)量設(shè)備正是為電解鋁節(jié)能降耗而研制的。該設(shè)備為大規(guī)模電解生產(chǎn)條件下快速、有效、準(zhǔn)確地測(cè)量初晶溫度提供了有力的科技手段。該測(cè)量設(shè)備采用獨(dú)立加熱系統(tǒng)、三軸聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)，智能過(guò)程控制，整個(gè)測(cè)量周期無(wú)需人工干預(yù)，可以達(dá)到一鍵操作的效果，大大提高了測(cè)量效率。

測(cè)試過(guò)程采用保持爐體溫度，冷卻樣品坩堝，記錄步冷曲線的方法。由于坩堝的熱容量較小，減少了爐體降溫過(guò)程中爐膛溫度對(duì)測(cè)試過(guò)程的影響，既提高了測(cè)試精度，又縮短了測(cè)量時(shí)間。獨(dú)有分控系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量過(guò)程的自動(dòng)進(jìn)行，測(cè)量速度快。每套設(shè)備可達(dá)到100～200樣品/8小時(shí)。新型的采樣系統(tǒng)保證了采集速度與精度。高精度測(cè)量傳感器提高了樣品的測(cè)試準(zhǔn)確度。通過(guò)配套分析軟件，可以快速準(zhǔn)確識(shí)別步冷曲線中出現(xiàn)的拐點(diǎn)，計(jì)算出初晶溫度。

一次性廉價(jià)坩堝的使用，既解決了清洗坩堝帶來(lái)的人力物力消耗，提高了測(cè)試效率，又控制了測(cè)試成本。熱電偶可多次重復(fù)使用，也降低了測(cè)試成本。測(cè)試每個(gè)樣品僅幾元錢(qián)。該設(shè)備使用方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高，并有配套軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，測(cè)試參數(shù)可設(shè)定與調(diào)整，能夠滿足不同電解生產(chǎn)條件下對(duì)初晶溫度的測(cè)量需要。

電解生產(chǎn)中，每臺(tái)電解槽都要定期取樣電解質(zhì)做分子比分析，同時(shí)采用這些樣品進(jìn)行初晶溫度分析，再根據(jù)日常測(cè)試電解槽的電解溫度，就可以得出每臺(tái)電解槽的過(guò)熱度。利用電解槽的過(guò)熱度結(jié)合電解質(zhì)分子比來(lái)指導(dǎo)電解生產(chǎn)，可以有效的控制噸鋁電耗，節(jié)能降耗。實(shí)踐證明，根據(jù)過(guò)熱度來(lái)管理電解槽，管理效率高，控制效果明顯。初晶溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性可以保證電解溫度和過(guò)熱度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性，對(duì)于生產(chǎn)具有顯著的指導(dǎo)意義。

僅按照一個(gè)年產(chǎn)20萬(wàn)噸的電解鋁廠計(jì)算，過(guò)熱度平均每降低10℃,節(jié)電效率可達(dá)到2%～3%，那么根據(jù)噸鋁電價(jià)6000元計(jì)算，每年就將節(jié)約成本近2000萬(wàn)元。對(duì)于我國(guó)1200萬(wàn)噸的電解鋁年產(chǎn)能而言，將節(jié)約電能折合為約34.3億度，按400g標(biāo)煤/kWh折合標(biāo)準(zhǔn)煤近136.8萬(wàn)噸。對(duì)于減少環(huán)境污染，節(jié)約國(guó)家資源都將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。

結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家的宏觀調(diào)控政策的實(shí)施，政府對(duì)各個(gè)高能耗企業(yè)的清潔生產(chǎn)與節(jié)能生產(chǎn)愈加關(guān)注，并制定了節(jié)能降耗指標(biāo)。然而，2006年我國(guó)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期節(jié)能4%的目標(biāo)。2007年，各個(gè)電解鋁生產(chǎn)企業(yè)面臨著更為嚴(yán)格的節(jié)能要求與能源價(jià)格一路攀升的成本壓力。節(jié)能的根本在于調(diào)節(jié)生產(chǎn)，而科技手段對(duì)節(jié)能生產(chǎn)帶來(lái)的推進(jìn)作用也愈加明顯，因此，越來(lái)越多的企業(yè)狠抓技術(shù)革新與生產(chǎn)管理，為企業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展?jié)摿?。相信全自?dòng)初晶溫度測(cè)量設(shè)備將會(huì)對(duì)電解鋁企業(yè)的科技節(jié)能帶來(lái)良好的推進(jìn)作用。