电解铝厂节能优化工程可行性研究报告(编辑修改稿)

电解铝厂节能优化工程可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

业应用试验；最后 在应用过程中对现有技术进行提高和完善。 （二） 项目实施前后对比 原系统及能耗状况： 每一台电解槽需要大修 ,停、送电平均电解时间 20 分钟 ； 未电解时间 41 分钟 ； 产生效应 74 次， 每次 3 分钟；在停、送电过程中电解槽用于保温的电流 90A，电压 ,需要 26 分钟。 电解槽 大修后 在送电达到全电流 6h 后电流效率才能达到 92%，在 6h 内的平均电流效率为90%。 这样对一个 172 槽的系列来说，每年计划停槽 30 台，需要停、送电 60 次，停电时间达 50 小时，原铝产量损失达 700 多吨 /年。 整改后 系统及能耗状况 ： 经过整改 电解槽大修不再需要停电，避免了由于大修电解槽停、送电带来的一系列的损耗，节能效果明显。 （三）节能量计算 节电量 每次停送电平均发生 74 次效应，每次效应 3分钟，效应电压 15V，电流 315kA。 不 停送电 节约电能 为： 315 15 （ 3247。 60） 74＝ 17483 kW h 由于电解槽的电流强度在 180kA 以下不电解铝，所以在每次停送电过程中用于保温所消耗电量为： 90 （ 26247。 60） 170=27846 kW h 年节约电量：（ 17483+27846） 30=136 万 kW h 多产电解铝 ： 理论上原铝产量为： （ ）。 每次平均电解时间20min，平均工作电流为 247kA（ 180kA以下不电解）。 则 不停槽多产电 解铝 为： （ 20247。 60） 170 （ 315 ） = 停送电过程中电解槽未电解时间为 41min，目前电流效率为 ，则 不停槽多产电解铝 为： 315 （ 41247。 60） 170 = 每次停送电流过程造成突发效应为 74 次，每次效应时间为 3min，则 不停槽多产电解铝 为： 315 74 （ 3247。 60） ＝ 吨 电解槽在送电达到全电流 6h 后电流效率才能达到 92%，在 6h 内的平均电流效率为 90%，则 不停槽多产电解铝 为： 6 170 315（ ） 6000 = （ 五 ）实施效益分析 理论上原铝产量为： （ ）。 每次平均电解时间20min，平均工作电流为 247kA（ 180kA以下不电解）。 按目前铝锭的价格，我厂原铝 价格 大约为 6000元 /吨，则所产生的经济效益为： （ 20247。 60） 170 （ 315 ） 6000 = 6000 = 停送电过程中电解槽未电解时间为 41min，目前电流效率为，则 不停槽 所增加的经济效益为： 315 （ 41247。 60） 170 6000 = 6000 = 每次停送电流过程造成突发效应为 74 次，每次效应时间为3min，则 不停槽 所增加的经济效益为： 315 74 （ 3247。 60） 6000 ＝ 每次停送电平均发生 74 次效应，每次效应 3 分钟，效应电压15V，电流 315kA，每千瓦时按 元计算，则 不停槽 所产生的经济效益为： 315 15 （ 3247。 60） 74 ＝ 由于电解槽的电流强度在 180kA 以下不电解铝，所以在每次停送电过程中用于保温所消耗电量 将被节省， 经济效益为： 90 （ 26247。 60） 170 = 电解槽在送电达到全电流 6h 后电流效率才能达到 92%，在 6h内的平均电流效率为 90%，则 不停槽 所增加的经济效益为： 6 170 315（ ） 6000 = 6000 = 每年可增加的直接经济效益为： （ +++++） 30＝ 三、主要特点及示范意义 本项目研制开发的技术及装置能够实现铝电解系列不停电停、开槽和大修焊接，节能效果显著。 降低阳极效应减少了大量 CO2及其它有害物质的排放量，减少了能源消耗；由于增加了电解槽的寿命，减少了由大修带来的废物排放，节约大量的资源，具有显著的节能和环保效果，符合国家的产业政策。 解决了铝电解槽系列单台电解槽大修系列停电的技术难题，避免了因此造成的供电负荷大幅波动对电解系列造成影响，改变了传统的生产操作模式，实现了电解铝在非事故条件下的不停电生产，对于 高耗能产业的电解铝工业而言，在节能、增产、环保以及减少对电解槽设备危害都有着重要意义。 我国电解铝产能居世界第一位。 除大型特大型电解槽系列以外，本项目技术及装置不仅适用于大型、特大型铝电解系列，而且对于中小型电解槽生产系列而言，完全能够适用。 此外由于电解铝技术在世界范围内相同的技术特点，也适用于国外电解铝厂应用。 因此本项目技术对于电解铝行业而言具有重大的推广应用价值和广阔的推广应用前景。 第 三 节 铝电解槽控制系统优化改造 一、现状 兖矿 科澳铝业公司是一个年产量 14 万吨的大型铝 生产企业 ，装备了 172 台 306kA电解槽，于 20xx 年 10 月开始分批分期通电焙烧启动。 投产四年来，槽况基本稳定，生产工艺管理基本正常，然而由于各方面原因，生产技术经济指标尚存在一定的差距。 特别是铝电解生产的过程控制系统，不能很好地实施对电解槽的高效控制，控制水平低，控制效率低，这不仅影响电解生产的技术经济指标，而且直接影响电解槽的正常运行及电解槽寿命。 鉴于以上原因，提出在现有铝电解生产工艺的基础上优化铝电解生产工艺，对电解槽控制系统进行优化改造。 二、优化方案 （一）节能措施： 本项目重点研究铝电解槽生产过程中的 “电解质温度”、“初 晶温度”和“过热度”的动态关系 ，进行铝电解槽的氧化铝浓度控制、氟化铝添加控制、槽电压控制、推导出当天的出铝计划，从而提高电流效率、降低效应系数。 由于不能直接在线检测电解温度和分子比 ,至今国内外铝电解槽控系统没有实现铝电解槽的“能量平衡”控制。 目前国内外的铝电解生产槽控系统只能控制“物料平衡”中的氧化铝浓度 ， 而影响“能量平衡”的槽工作电压的调整、产铝量的掌握、分子比 (即氟化铝 )的调 节，均由操作管理者每天来完成。 操作管理者的技术水平和经验的不同，会大大影响电解槽的指标。 以计算机为核心实现 能量和物料双平衡 的控 制。 可以实现 “物料平衡”和“能量平衡”，建立现场工作站和多维数据分析系统，方便管理者掌握和评判电解槽的发展趋势；实现标准化操作管理；可以取得好的电流效率和低的效应系数。 电解控制工艺进行研究得出控制工艺模型 （二） 节能量计算 方法： 控制系统优化改造后，解决了硬件设备与控制技术两个方面的问题，保证了系统的稳定、安全运行，优化了电解工艺技术参数，提高了电流效率，克服造成死机、影响生产过程的连续控制等现象，减少维修维护工作量和运行成本。 工 作 电 压 在 产 铝 量 钙 镁 锂 分 子 比 氧 化 铝 浓 度 初晶温度 电解质温度 人工控制 计算机控制 电 流 效 率 过热度 按电流效率提高 %，直流电耗降低约 75 kW h，取以下参数计算经济效益（年产量按 14万吨、电费按 /kW h， )： 增加产能： 14（万） %=7000 吨 降低电耗： 140000t 75 kW h/t=1050万 kW h 由以上计算可以看出，仅仅节约电 能 和增加产量，就带来 可观的效益，如果加上效应受控减少的电耗、阳极消耗等等，所带来的经济效益远不只这个数。 三、 示范意义及主要特点 确定了铝电解槽“低分子比、低温、合适的过热度”的技术路线 ,充分利用信息化控制手段 ,实现过热度的在线控制 ,开发出天平式氧化铝浓度控制 技术 ,确定了氟化铝添加的调整策略 ,实现设定电压在线自动调整 ,自动推导更为合理的出铝计划。 由此实现电解槽信息化、标准化的管理模式 ,使电解铝的生产和管理更加规范、合理 ,减少了电解槽人为因素的影响。 优化改造后，稳定槽况运行，显著提高电流效率，大大降低了物耗及危害气体的产生，节能减排效果显著，社会效益巨大。 第四节 110kV 整流所滤波补偿装置 节能 整改 一、现状 兖矿科澳铝业公司电解铝厂滤波补偿装置于 20xx年 12月 26日投运至 20xx 年 5月 7日停运。 期间，滤波补偿装置多次出现电缆爆头导 致滤波装置停运的事故 ， 20xx 年 5 月 7 日发生 3＃整流机组滤波补偿装置开关柜爆炸并且 3＃整流调压变压器第三绕组（即补偿绕组）烧毁的恶性事故。 因该装置多次出现事故，在原因未明的情况下，为确保整流机组的安全运行，自 20xx年 5月 7日事故停运。 近期，根据国家 “节能减排，降低能耗”方针的要求，为提高功率因数，降低损耗，在对滤波补偿装置前期故障认真分析的基础上，制定切实可行的改造方案，投运滤波补偿装置，达到降低能耗，增进效益的目的。 二、优化方案 （一） 节能措施 通过 对滤波补偿装置前期故障分析 ，提出 改造方案，投运滤波补偿装置，提高功率因数，降低损耗。 电压互感器回路的整改 ① 电压互感器增加高压保险： 通过加装 电压互感器高压保险，能够在电压互感器发生谐振过电压的故障初期将电压互感器切除，以保护电压互感器并消除谐振源，此时低电压保护动作将整流调压变压器110kV侧断路器断开。 ②更换原电压互感器为消谐电压互感器，消谐电压互感器能够有效地消除系统与电压互感器之间形成的铁磁谐振，避免系统产生过电压。 补偿装置保护定值整改 根据目前滤波补偿装置设备的原设计院保护整定计算认定，滤波 补偿装置中的继电保护装置的 定值是按照变压器额定容量来计算的，实际本滤波补偿装置可补偿的无功容量远小于变压器额定容量。 其中，5次谐波实际补偿的容量为 5760kVar， 11次谐波实际补偿容量为 9600 kVar。 因此，该补偿装置原设计院提供的保护定值不能发挥有效的保护作用，按照 补偿滤波装置的实际运行参数 重新核对保护整定值。 （二） 节能量测量 在现运行参数下，求取变压器和整流柜的等效阻抗 1） 现运行参数如下： 功率因数 cosφ＝ 母线电压 U=114 kV 总功率 P＝ 238 MW 总电流 I＝ 1370 A 整流效率 η＝ ％ 平均每台整流机组的功率 P1=P/5=238/5＝ MW 平均每台整流机组的电流 I1= I /5=1370/5＝ 274 A 整流变压器额定容量 Sn=84580 kVA 现整流变压器运行于 65 档，阀侧电压 U2= V 2） 每台整流机组的总损耗 △ P＝ P1（ 1η）＝ （ ％） 1000＝ kW ①整流变压器等效阻抗 ∵查《变压器出厂试验报告》，变压器负载损耗 Pke=，空载损耗 P0=。 ∴每台整流变压器的损耗 △ P1= P0+β 2 Pke＝ P0+ (I1/In)2 Pke= P0+ ( P1/Pn)2 Pke =+（ （ ) ） 2 = kW ∵△ P1＝ 3(I1)2Z1 ∴ Z1=( 1000)/(3 2742)= ②整流柜等效阻抗 每台整流柜的损耗 △ P2＝（△ P△ P1） /2＝（ ） /2＝ kW ∵ U1/U2=I2/I1 ∴ I2=110000/ 274=50852 A ∵△ P2＝ 6(I2)2Z2 ∴ Z2= 1000/(6 508522)= 功率因数提高到 1） 整流变压器一次侧电流 ∵ P1= 3 U1I1 cosφ ∴ I1= 1000/( 3 114 )=268 A 2） 整流变压器的损耗 △ P1＝ 3(I1)2Z1=3 2682 =283561 W= kW 3） 每台整流柜的损耗 ∵ U1/U2=I2/I1 ∴ I2=110000/ 268=49738 A △ P2＝ 6(I2)2 Z2=6 497382 =801533 W= kW 4） 每台整流机组的总损耗 △ P＝△ P1+2△ P2＝ +2 ＝ kW= MW 5） 整流效率计算 η＝（ P△ P） /P 100%＝ ()/ 100%=% 可见，功率因数提高到 ，整流效率提高 % 功率因数提高到 1） 整流变压器一次侧电流 ∵ P1= 3 U1I1 cosφ ∴ I1= 1000/( 3 114 )=254 A 2） 整流变压器的损耗 △ P1＝ 3(I1)2Z1=3 2542 =254709 W= kW。