铝电解槽过电压和降低能耗
电解铝厂降低阳极毛耗方案
电解厂降低阳极毛耗方案所有方案制定依据：电流效率按95%、电流强度按176.6KA计算，则每台槽每天产铝量为0.3355*24*176.6*95%/1000=1.351吨/天；原阳极毛重为810kg（新结构阳极）方案一：采取阳极厚度增加1cm（见附图1），阳极体积及重量都增加，同时阳极使用时间由28天延长到29天。
阳极毛耗结果：[810+（1*160 cm *66*1.54*）/1000]*24/（1.351*29）=506.15 kg/t-AL（阳极体积密度为1.54 g/ cm3）。
方案二：采取阳极凸台高度增加1cm（见附图2），阳极体积增加，重量增加了9.7Kg，同时阳极使用时间由28天延长到29天。
阳极毛耗结果：（810+9.7）*24/（1.351*29）≈502.1kg/t-AL（阳极体积密度为1.54 g/ cm3）。
附：方案二改造阳极后阳极重量变化计算棱台体积计算按公式：V棱台=1/6*h*[a*b+ a'* b'+(a+a')(b+b')]上底a1=135.5cm, b1=39.5 下底a2＝144.5, b2=50.5cm，高h＝7.5cm 原来梯形台体积计算：原来梯形台体积V原＝1/6*7.5*(135.5*39.5+144.5*50.5+(135.5+144.5)*(39.5+50.5))≈47310cm3改造后梯形台尺寸（台体加高1cm）：上底a1=135.5cm, b1=39.5 下底a2＝144.5, b2=50.5cm，高h＝8.5cm V后=1/6*8.5*(135.5*39.5+144.5*50.5+(135.5+144.5)*(39.5+50.5)) ≈53620 cm3改造后梯形台体积减少：S原-S后＝53620-47310＝6310cm3改造后重量增加：6310*1.54/1000≈9.7Kg方案三：采取阳极凸台高度增加1cm后（阳极毛重为810+9.7＝819.7kg），以及按附图3将阳极凸台缩小（长、宽各减少2cm），重量减少了9.4Kg，同时阳极使用时间仍按29天算，则阳极毛耗为：（819.7-9.4）*24/（1.351*29）≈496.4kg/t-AL（阳极体积密度为1.54 g/ cm3）。
关于槽电压与电流效率的思考
165管理及其他M anagement and other关于槽电压与电流效率的思考朱 博1，万 文2摘要：吨铝直流电耗、电流效率等，都是电解铝生产企业的重要指标，也是企业关注的重点。
本文重点描述了电解槽槽电压与电流效率的关系，阐述了电流损失的主要原因，提出了提高电流效率、降低吨铝直流电耗的主要措施，为降低吨铝能耗和生产成本，提升产品竞争力具有积极而重要的参考价值。
关键词：电解铝；吨铝直耗；槽电压；电流效率随着技术的进步，国内电解铝的槽电压在2006年首次降低到4V 以内，为强化电流提供了技术支撑和空间，电解槽的电流强度也从180KA、200KA 等逐步提升到现今的500KA、600KA，技术已日趋成熟，单槽产量大幅增加，项目投资建造成本也大幅降低。
电解铝企业是用电大户，电力成本占整个生产成本的40%左右，随着“碳达峰”“碳中和”“能耗双控”和“阶梯电价”等一系列政策的出台，能耗越高，则电价越高，碳排放越多，成本越高，因此降低电耗对企业至关重要，倒逼企业必须向着绿色、低碳、低能耗的方向发展。
所以，降低电解铝企业单位铝液直流电耗（以下简称吨铝直耗）是电解铝企业必须重点考虑的重要措施。
1 槽电压的组成电流做功是电压、电流和时间的乘积，在电流强度一定的前提下，电解系列的能耗与槽电压密切相关——电压越低，耗电量越低，所以槽电压的管理在日常生产中至关重要。
整个电解槽可以看作是良好的导体，电流强度越大，意味着电解槽越大。
电流强度确定后，槽电压就成为最为关键的技术参数。
电解槽各部位都有一定的电阻，从而产生电压降，电解槽的平均电压就是各部位电压降的累加值。
主要电压降有：（1）母线压降（约180mv）：母线压降包括阴极软带、阴极母线、母线焊接、水平母线、阳极软母线、立柱母线部分压降。
尽管母线导体电阻较小，但是难以阻止电流的损失，一般情况下母线压降可视为固定不变的，但是随温度的变化母线压降会升高或降低（金属随温度的升高电阻值增大）。
浅谈预焙槽炼铝中的电能节省
２ 节省 电能的途径
在 工业生产 中，电能消耗 率（ 实是平均 电压（ 均 ） 平 ）
与电流 效率 （） 定 的ｌ 卵决 Ｊ １ ，即
Ｗ 宴 平 ０３ ５ ７ （Ｗ ・＆ｇ （ ｌ） ＝ 均／． ６ ｋ ｈ ３ ｉ ）
２ １ 提 高 电流效 率 ．
热 损 失 系数 在 电流 强 度不 变 的情 况 下 ，每 提 高 电 流效率 ２ ％，槽 电压 约降 低 ３ ． ２８ ｍＹ，对 于 ２０ Ａ电解 １ｋ 槽 来 说 ，相 当于 每 小 时节 电 ６８８Ｗ ・ ，是 非 常 可观 ．８ｋ ｈ
不 过 ５ ％左 右 ，电能 节省 的潜 力确 实是很 大 的。 ０
槽 子 的动态 热平 衡 。 ２１４ 低 氧化 铝浓度 ．． 从 槽 电 阻 一氧化 铝 浓度 关 系可
以看 出 ，槽 电压约在 Ａ １ 浓度 ３ ％处有一最低值 ， ０ ． ５ Ａ １ 浓度处于靠近此值左侧 １ ％ ～ ． ０ ． ２ ３ ％的范围内时 ， ５
厚度增大，铝损失减少 ，因此 电流效率提高。但是当
极 距 超 过一 定程 度 后 ，电解温 度 将 明显 提 高 ，黏 度也 明显 变小 ，使 对流循 环 加快 ，铝 溶解 度增 大 。 合理 的槽 电压 不是 一 个 数值 ，而 是一 个 范 围 ，而
且是 一 个可 以修 正 的范 围 ，以保 持理 想 的极距 和 维持
的。
术不能 自动熄灭效应 ，传统的插 人木棒搅动电解质 和 铝液 熄灭 效 应 的方 法更 加 加速 了铝 的再 氧 化 ，从 而造 成电流效率降低。 ２２ 降低 平均 电压 ．
在 电流效 率 （） 定 时 ，平 均 电压 （ ） 叩一 平的降 低 与 电 耗率 的变 化 （ 关 系 ： △ ）
浅析电解铝生产节能减排技术
浅析电解铝生产节能减排技术摘要:当前，对我国电解铝行业整体而言，实施工业节能、增效、减排显得尤为迫切和关键，这不仅需要进一步满足当前国家绿色发展产业战略下行业的实际运行需要，但也需要不断提高国内企业品牌在世界市场基础上形成的行业综合竞争力。
关键词：电解铝生产；节能减排；技术1电解铝在生产过程中遇到的问题1.1环境污染严重在当今中国的一些电解铝企业系统中，通常在电解生产铝产品的生产工艺系统中，使用氧化铝的手段基本上是溶解氧化和直接电解铝的生产方法，其中最复杂的技术是使用冰晶石氧化铝材料。
在特定产品的生产准备阶段，温度要求较高的冰晶石氧化铝一般应首先提高其熔点，但其熔点会相对较高，因此在整个生产准备阶段容易产生热分散，进而污染周围环境[1]。
其次，在电解铝酸生产阶段，电解氧化的电解方法会导致立即燃烧，产生大量的无金属价氧。
在阳极周围，这一小部分氧离子可能直接与一些二氧化碳分子发生反应，并会产生大量相应颜色的污染气体，最终可能直接对周围环境造成二次污染[2]。
1.2高耗电,能源耗费量大目前随着电解铝生产能源的逐步增加，我国火电机组对发电燃料的需求将越来越大，火电模式的发展必将在相应限度内危及我国的发展环境，这与中国政府目前倡导的环保、绿色、节能发展理念基本背道而驰。
1.3具有一定的危害性在特定时期的生产和发展阶段，电解铝工业及其排放的各种固体废物粉尘和有毒气体混合物中会含有一些毒性较大的有害化学物质，不仅会污染周围的生活环境，还会严重危害周围人的生命和健康。
此外，电解铝厂在整个生产过程中会出现大量有毒固体粉尘颗粒。
如果人体肺部吸入过多污染物，可能会导致严重的矽肺，从而间接损害周围人体的正常呼吸系统。
如果在空气湿度和湿度环境中氟化碳含量过高，将直接危及水生动植物和鱼类的生存和健康[3]。
2电解铝节能降耗的主要技术2.1阻流块技术与传统电解铝相比，块状技术本质上是一种节能技术。
理论上，这意味着凸台块铝作为一种非常独特的材料放置在我们传统的铝液罐的底面上，从而更有效、更合理地优化铝液罐中的铝流动状态。
(ppt2003版)降低电解槽平均电压
AO-1
AO-1 AO-1 AO-1 AO-1 AO-1 AO-1
100
100 100 100 100 100 100 90.91 100
表6 制表人：李想忠 时间：2012.3
标准 确认 分析 结论
国家级氧化铝标准（YZ/T272） 经化验得出分析报告，氧化铝质量符合标准
确认五：电压摆处理方法不当
0.011
0.012 0.014 0.013 0.012 0.014 0.010
0.32
0.29 0.31 0.33 0.26 0.35 0.31
1.07
1.18 0.78 1.17.80 0.10 0.53 0.79 0.66 0.73
合格 合格
合格 合格 合格 合格 合格
确认一：人员技术培训不到位
确认人 赵江 确认方法 查阅资料 时间 2012.1.3
经查询2011年度的《技术培训记录本》，小组对2011年1月——12月 的培训记录进行统计如下：
姓名 月培训时 间 14小时 14小时 14小时 14小时 全年培训 时间 168小时 168小时 168小时 168小时 理论培训 成绩 优秀 优秀 优秀 优秀 实际操作 培训时间 18小时 18小时 18小时 18小时 实际操作培 训成绩 合格 合格 合格 合格
小 组 成 员
赵
江
赵积忠
韩政国 腾 明
李想忠
男 男
男
28 28
29
中专 大专
中专
组员 组员
组员
材料搜集 方案实施
编写制作
公司方针 车间要求
节能降耗，降低电解生产成本，实施低成本运营。 电解槽低电压运行 结合2011年我车间四区、五区、六区平均电压对比，我工 区平均电压较高，为3.958v。
电解铝节能可行性报告
电解铝节能可行性报告一、引言电解铝是一种重要的基础金属工业，在国民经济中占据着重要地位。
然而，电解铝生产过程中能耗巨大，给能源供应和环境保护带来了巨大压力。
因此，研究电解铝节能的可行性具有重要的现实意义。
二、电解铝生产工艺及能耗分析（一）电解铝生产工艺概述电解铝的生产主要通过电解氧化铝的方法实现。
在电解槽中，氧化铝溶解在熔融的冰晶石电解质中，在直流电的作用下，氧化铝分解为铝和氧气。
（二）能耗构成及主要影响因素电解铝生产的能耗主要包括电力消耗、原材料消耗以及设备运行维护等方面。
其中，电力消耗占比最大，约占总能耗的 80%以上。
影响电解铝能耗的主要因素包括电解槽的技术水平、电流效率、电解质成分、操作管理等。
三、电解铝节能技术现状（一）新型电解槽技术如大型预焙电解槽技术，通过增大电解槽的容量和优化结构设计，提高电流效率，降低单位铝产量的能耗。
（二）优化电解质成分通过调整冰晶石、氟化铝等成分的比例，降低电解质的初晶温度，提高电导率，减少电解过程中的能量损失。
（三）先进的控制技术采用智能控制系统，实时监测和调整电解槽的运行参数，如电流、电压、温度等，以提高电解效率，降低能耗。
四、电解铝节能潜力分析（一）技术改进的节能潜力通过不断研发和应用新的电解槽技术、优化电解质成分和控制技术，预计可在现有能耗水平的基础上降低 5% 10%的能耗。
（二）管理优化的节能潜力加强生产过程中的精细化管理，减少操作失误和设备故障，提高设备利用率，有望降低 2% 5%的能耗。
（三）余热回收利用的节能潜力电解铝生产过程中会产生大量的余热，如果能够有效回收并利用这些余热，可实现 3% 5%的节能效果。
五、电解铝节能面临的挑战（一）技术研发投入大新型节能技术的研发需要大量的资金和时间投入，且存在一定的技术风险。
（二）企业节能意识不足部分电解铝企业对节能工作重视程度不够，缺乏主动开展节能改造的积极性。
（三）政策支持力度有待加强虽然国家出台了一系列鼓励节能的政策，但在电解铝行业的具体落实和执行方面还存在不足。
铝电解生产的电压管理
铝电解生产的电压管理作者：黄其辉来源：《科学与财富》2020年第35期摘要：就目前国际工业生产的原铝主要是通过在高温电解槽里通入直流电的电解方式获取，电耗是占吨铝成本一项非常重要的生产指标。
在生产中直流电流一般保持不变，对电压的管理则成了控制电耗最重要最易于直接实现的因素之一。
因而有必要人为对槽电压进行管理是科学控制生产成本的必要课题。
在推广新工艺和新技术的过程中总结电解槽管理技术，结合电解槽管理，根据不同制造商的管理规程，对在铝电解生产过程中形成电压偏差的原因进行详细研究并采取相应的技术措施进行处置，因此电压是铝电解生产过程中电耗管理的关键点。
关键词：铝电解生产;电压偏差;低电压管理为了使在铝电解生产中获得良好的经济技术指标，实现高效率，低电耗的铝电解生产，铝电解人进行了长期的探索和努力。
大多数电解铝企业的生产管理部门会根据自身情况发布中短期生产经营任务，经济技术指标，并进行严格的考核。
一、电压偏差许多因素影响铝电解生产的电压指标：可以控制的主要项目是电解温度、铝水平、电解质含量、分子比、槽工作电压、阳极效应系数以及持续时间、氧化铝浓度（含局部浓度差异引起的偏流电解槽自动控制系统上抬工作电压AU）、阳极面上保温料高度和其他技术条件。
只要上述技术条件合理严格控制，缩短换极操作时间，自然就会取得良好的经济技术指标。
铝电解生产的技术条件是一个有机的整体，是变量的总和。
进行调整时，需要在更改之间找到平衡。
没有例程可以遵循，不能复制，甚至不能说“所有条件都可以调整为一个大小”，并且必须遵循实际条件。
在铝电解生产过程中，负责人必须首先适当调整电解槽各部分的压降，电解槽的实际工作状态等，并合理调整电压以使电解槽在正常工作。
一般根据设定的电压，在计算机中进行计算，并且可以通过计算机确定电解槽的实际电压。
在实际生产中，设定电压和工作电压不一定相同，工作电压和设定电压之间通常存在一定的差距。
电压偏差的大小可以反映电解槽生产状态的稳定性，并且如果电压偏差相对小，则电解槽的稳定性高。
3 铝电解的基础理论知识—2
3.11 铝电解的电压平衡在系列电流基本恒定的情况下，电解槽的电压高低直接决定着电解槽的能量收入，因而也就直接影响到电解槽的能量平衡。
改变电解槽的电压的最主要手段是调节电解槽的极距来改变电解质的电压降。
可见，维持电解槽的“电流通道”中各个部分的电压降有一个合理的、稳定的分布（即维持一个理想的电压平衡）既对维持电解槽的能量平衡有重要意义，又对维持合适的极距有决定性的作用。
3.11.1 电压平衡的相关概念与计算方法（1）槽工作电压与槽平均电压的定义关于电解槽的电压，有两个重要的定义，一个称为槽工作电压（简称槽电压）；另一个称为槽平均电压。
槽电压是指电解槽的进电端与出电端之间的电压降（注：对于相邻的电解槽，上台槽的进电端就是下台槽的出电端）。
平均电压一般指日平均电压，它是在槽电压的日平均值的基础上再增加两项：一是槽外母线（主要是从整流车间到电解车间的连接母线，和穿越电解车间过道的连接母线）上的电压降（日平均值）；二是阳极效应的分摊电压（日分摊），这种关系可用下式表达：V平=∆V槽+ ∆V外母+ ∆V效（3-30）其中：V平代表平均电压；∆V槽代表槽电压（日平均值）；∆V外母代表外母线电压降（日平均值）；∆V 效代表阳极效应分摊电压，它由下式计算：∆V效=k(V效应-V槽)τ效应/（24⨯60）（3-31）其中，V效应为当日内效应发生时段内的平均效应电压；V槽依然代表槽电压（日平均值）；τ效应代表当日所发生的阳极效应的总持续时间（分钟）；k代表阳极效应系数。
需指出，生产中在制作日报时，一般不考虑阳极效应系数，即取消上式中的系数k，这意味着当日发生的阳极效应所增加的电压全部分摊在当日，若当日无阳极效应，则当日无效应分摊电压为零。
但在进行电压平衡测试时，一般要考虑阳极效应系数，并且采用较长的时段（如一个月）来计算效应分摊电压。
槽电压一般分为四个组成部分：极间电压降（∆V效极间），阳极电压降（∆V阳）、阴极电压降（∆V阴）及槽母线电压降（∆V槽母），即：∆V槽=∆V极间+∆V阳+ ∆V阴+∆V外母（3-32 ）（2）极间电压降极间电压降（∆V极间）又可分为反电动势（E反）和电解质电压降（∆V质）两个组成部分，E反提供电解反应（电化学反应）所需的能量，它又可划分为理论分解电压和过电压两大部分。
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金属隆起h=cm（最大） 短轴方向/长轴方向
日本坂出铝厂是世界上曾经达到最低电压的电解槽
132KA；电流效率91.3%；槽电压：3.74V；DC:12.2kwh/kg。
• 电解质成分：LiF-1.5%,过剩AlF3-6%;采用低效应控制技术;
单位 电流 电流效率 槽电压 DC消耗 KA % V Kwh/Kg
阳极过电压=反应+ 浓差
13
14
阳极过电压
• 阳极上的极化电压比较高，一般高于0.5V • 极化电压可能受阳极电流密度和氧化铝浓度的 影响 • 由于电解质析出的气泡搅动的原因,使得氧化铝 浓度的影响减少到最小,但是氧化铝浓度过低时 例外 • 总之，极化作用可以通过增加氧化铝浓度，提 高电解质温度，增大阳极的实际面积和减少阳 极电流密度来实现
Light Metals 1982,“Advanced Energy Saving of Aluminum 6 Reduction Cell”
20几年前的措施
•132KA 原槽壳不变，采用 MLI （三菱轻金属）的 沥青焦为基础的半石墨化阴极和圆形大阴极棒， 炉底压降预计降低0.2V,实际降低0.21V. •采用中间下料，在侧部保温等内衬方面进行改 进，大幅度降低热损失； •为了降低垂直磁场的影响将阴极母线进行改造； •自动控制平衡氧化铝加料。
传统电解质成分 1981 134 89.4 4.12 13.7
Li电解质+AE控制 1981 132 90.4 4.02 13.2
1982年(1-6月) 132 90.3 3.96 13.1
阳极消耗
Li2CO3消耗
Kg/kg
Kg/kG
435
-
420
1.4
414
1.2
Light Metals 1983,P577-586 “Substantial Energy Saving in Existing Potlines ”S.Tanji O.Fujishima
Year 1980 225 4.10 94.0 13.0 1500 0.80
Year 2000 325 4.10 95.5 12.8 2000 2800 0.85
Year 2020 500 - 600 3.9 - 4.0 96.0 97.0 12.0 12.4 3000 0.95 3
不同年代、不同电流和不同电解槽形式的比较[Light Metal Age，Feb 2007 pp 28-30]
铝电解槽阳极过电压和降低电耗
1
关于槽电压霍平等世界铝专家的意见
对于一个给定设计的电解槽，在电流稳定的条件下， 铝电解槽的生产必须有一个最佳的槽电压，对某个铝 厂而言，最佳的目标槽电压应该随经济条件而定。虽 然，近 50年来，铝业界坚定不移在降低槽电压，但是， 到现在为止，对于200KA和以上电流的电解槽，似乎 全世界的槽电压均控制在 4.1-4.15V这个水平。有趋势 表明目前铝业界仍在不断的改进技术继续降低槽电压， 然而，在导流式阴极与增加热绝缘的惰性(耐腐蚀）侧 部材料没有在工业上使用之前（侧部短命），除了石 墨化有一定的贡献之外，更多的降低槽电压似乎是极 为困难的。
电解槽比较项目 1965—1980 纵向 端头或 端头+大面 120-180 瑞士铝 加铝 海德鲁 德铝联VAW VAMI 几乎都有 0.70-0.80 1970—1985 横向 端头 （2或4根） 150-180 恺撒 P69 雷诺P19 1980—近期 横向 大面 （2或4根） 180-220 AP18/21 Alcoa697 CD20 VAW CA 180 雷诺P20 恺撒P86 几乎没有 0.80-0.85 1990—近期 横向 大面 （4、5、6根） 250-350 AP30/35 Alcoa A817 VAMIC255/C280 GAMI GP320 SAMI SY300 HAL250 几乎都有 0.72(中国) 0.80(俄罗斯) 0.85(西方) 94-96
典型磁场 最大 G s BX BY BZ
铝液流速 cm/s平均/最大
100-150 100-200 80-120 10/25 2/5
100-150 80-120 120-180 10/25 2/8
150-200 20-40 15-30 5/15 4/2
180-220 30-50 15-40 4/2 4/24
5
新型槽：采用半石墨化阴极炭块和阳极为沥青焦
体积密度 电阻率（µ cm） 膨胀率%
MLI半石墨化 1.6-1.7 1200-1500 0.1 无烟煤 1.4-1.5 4000-4500 0.8
1981年1月至9月 电流（KA） 阳极电流密度 （A/cm2） 槽电压（ V） 电流效率（%） DC*kwh/kg） 设计 150 0.80 3.85-3.90 91-93 12.3-12.8 新型槽 150 0.80 3.90 92 12.6 原有 132 0.70 4.09 89.0 13.7
电解槽配置形式 立母线的配置位置 电流运行范围 原技术开发公司 KA
有无邻列磁场补偿
没有 0.80-0.88
典型阳极电流密度 A/cm2
电流效率
槽电压
% V
88-93
91-94
93-95
4.5-4.7
15.0
4.4-4.6
14.5
4.2-4.3
13.5
4.1-4.2
13.2
电能消耗 DC kwh/kg Al
7
石墨化阴极的贡献： 1)降低槽底压降+增加散热=为提高电流提供空间 石墨化阴极炭块的电压降在槽寿命期间一直保持稳定 2)已经证明钠对阴极的膨胀作用大于机械膨胀，而石墨化 阴极炭块能使阴极的膨胀大幅度减少，因此对耐磨性问题要 重新评价
8
9
10
为了多产铝和降低电压不惜一切代价
11
12
阳极过电压
2
历史与未来铝电解发展的先进指标1980，2000，2020
（未来的趋势：高阳极电流密度，低电压，高电流效率和低电耗
Ref.: Thonstad et al., “Aluminium Electrolysis”, 3rd Edition, Aluminium-Verlag 2001
历史与发展的指标 电流强度 (kA) Cell voltage (V) 电流效率 (%) 直流电耗 (kWh/kg Al) 槽寿命 (days) 阳极电流密度(A/cm2)