摘要：本文以当地一家铝业公司为研究样本，通过对电流强度、电压、铝水平、分子比等指标的对比分析，探究了400KA预焙电解槽的到位电压，为电解槽电压控制提供了一定的参考。
关键词：电压；400KA预焙电解槽；电流效率
前言：目前，很多电解铝企业能够获得较好经济效益的基础就是价格适中的电能，但是随着我国能源危机的不断加深，一些电解铝企业的用电成本开始出现一定程度的提高。在这样的情况下，企业想要获得较好的经济效益，必须降低电能的消耗，但是这样势必会对电解槽的电流效率造成一定的影响，因此，如何在降低电压的前提下保障电流效率的稳定就成了电解铝企业必须解决的问题。本文将以400KA预焙电解槽的电压控制为例对这一问题进行深入的探索和研究。
1.电压降低前的电解槽运行情况分析
笔者以当地的一家电解铝企业为研究样本进行了此次研究。该企业在2015年一段时间内共有60台电解槽，在全部启动之后，产生的电压的在4.5V上下波动，这一数值已经远远超过了行业的平均标准。同时，铝水平的保持在26.3cm上下，电流效率保持在90%以上。电解槽始终保持平稳运行状态，产生波动的几率较小。我们对该企业进行了10个月的调查，据可靠统计，60台电解槽平均每个月的波动时间做多为520小时的上下，最少则在300小时以下。很多电解槽在第一次启动时工作时间较短，因此，再次启动时，电解槽阴极处于清洁状态，为出现沉淀现象，因此，炉底压降相对平稳，平均数值保持在380mv上下。
通过对各项指标的分析可知，当电解槽的工作电压保持在4.5V上下时，电流效率会保持在的较高的状态，电解槽的运行情况十分稳定。
2.电压降低后的电解槽运行情况分析
电解铝企业在借鉴了其它降低电压的经验之后，为了减少在电能方面的成本投入，将电解槽的工作电压压低到4.4V上下，将平均电压控制在4.5V以下。随着这一举措的不断落实，铝的二次反应也变得更加剧烈，在这样的情况下，为了保障电解槽的稳定运行，企业对铝水平进行了适当的调整。从起初的26.3cm降到了25.4cm，但是依然无法遏制电解槽热收入降低的趋势，最高温度一度降落到923摄氏度上下，电流效率的下降幅度作为明显，由起初的92.54%降低到90.37%，下降了2.17%。在这样的情况下，直流电能的消耗量并没有得到有效的下降。在对电压进行降低的初期，电解槽的波动有明显的减小趋势，但是随着时间的不断推进，波动的频率开始出现上涨，对电解槽的运行情况造成了严重的影响。氧化铝的溶解性变得越来越差，电解槽的加料间隔开始增长，同时炉底的情况也开始持续恶化。电解槽的正产运受到了巨大的阻碍。
低电压下，电解槽运行管理的难度开始增高，一旦出现管理不到位的情况，就有可能造成病槽的出现，各项调整控制面变得很窄，若是出现决策失误或是调整超出界限的情况，就会对导致电解槽出现不良反应，例如电解质工作不好、碳渣分困难以及电解质发粘等现象。
通过对各项指标的分析我们可以知道，在电压降低的前期，各项指标的运行情况较为正常，随着时间的延长，热收入不断减少，氧化铝的溶解性变差，炉底开始发生沉淀现象。电解槽的运行情况逐渐变差，必须采用提高电压的方式才能是电解槽重新稳定下来，反而导致电解槽的电流效率降低，且加大了电流的消耗。
3.电压恢复之后的电解槽的运行情况分析
降低电压之后，参与调查的这家电解铝企业在一段时间内，电解槽的运行状况持续恶化，为了改变这一情况，该企业开始尝试适当的提高电压，将设定电压从4.4V调到了4.47V上下，经过一段时间的调整和适应之后，电解槽的运行情况开始趋于稳定，波动明显减少，炉底压降降低，与此同时，电解槽的电流效率也出现了大幅度的提升，电能消耗不断减少，企业的经济效益实现了显著的增长。
通过对电压回调后各项指标的统计分析可知，电压恢复之后的电解槽运行情况良好，较为稳定，电解槽的波动情况逐渐减少，电流效率维持在93%以上，铝水平也回复到26cm左右。
4.400KA预焙电解槽电压控制的要点探究
电解铝企业降低电压的是为了降低电能的消耗量，实现企业生产成本的降低，同时保障电解槽电流效率的稳定，从而获得更高的经济效益。但是通过实践调查证明，在极距降低到一定程度后，电解槽的运行情况就会受到一定的影响，在稳定状态与不稳定状态之间相互转化，当稳定性到达临界点之后，电流效率就会出现持续的恶化，呈现出不断下降的趋势，电能的消耗量也会增高，这样一来，降低电压根本没有取得预期的效果。由此可见，电能的消耗和电流效率与生产电压之间的关系可以用下图来表示（如图1）。因此，生产电压在无限接近到位电压时，电流的效率不会出现较多的降低，电能消耗量处于最低状态。一旦超过临界点，电流效率不会再出现明显的增高，但是电能消耗量却会持续增加，因此，当电压处于A两侧区域的时候，电流效率增加的同时电能消耗才会不断降低直至低谷，这时，电解槽到达最佳运行状态。总的来说，虽然降低电压措施在实际实施的过程中遇到了一定的困难，但是最终获得的收益是十分可观的，对企业经济效益的提高作出了巨大的贡献，推动了企业的持续发展。
图1电耗与电压与电流效率之间的关系
结语：
综上所述，电解槽的电压、电流效率、电能消耗这三者之间存在着十分紧密的联系。电解槽电压的设定受到电解槽的设计水平、构成材料以及电解质成分等技术条件的限制。在炉底压降、阳极压降以及电解质等成分不发生变化的情况下，电解槽电压的大小反应了极距的大小。因此，在极距越大的情况下，电流效率就越高，但是对于电压的控制十分困难，过高和过低都会导致电能消耗量的增加，因此可以通过技术条件的优化实现电压的良好控制，保障电解槽高效稳定的运行。
需要注意的是，电压的频繁调整会导致炸膛出现快速的变化，这对电解槽的稳定运行是十分不利的，因此，在低压生产的过程中，需要对相应的技术条件进行优化，为低压生产提供良好的环境，如此才能在保障电流效率的前提下实现电能消耗量的降低。
参考文献：
[1]李文超,姚克伦,袁晓东. 400kA异型阴极结构预焙铝电解槽焦粒焙烧启动技术与管理[J]. 有色冶金节能,2013,01:25-29.
[2]马子敬. 400kA预焙电解槽低效应系数控制生产实践[J]. 甘肃冶金,2013,04:26-30.
[3]宋祥君. 400KA铝电解槽能耗优化控制系统及实现[D].中南大学,2010.
论文作者:殷智
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/16
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