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【摘 要】近年以来，随着信贷资金收紧、电解铝行业产能的不断扩张和铝产品成本结构的变化，铝锭价格猛跌、电价一再调高，再加上国家出台的相关节能减排政策，导致电解铝成本急剧上升，甚至远远超出销售价格。国内电解铝企业正遭遇生死劫难。降低能耗已经成为高耗能行业的电解铝企业的主流管理措施。如何采取有效的节能管理措施已经成为电解铝企业生存的关键问题，本文针对近年来电解铝企业采取的主要节能技术作以阐述。
【关键词】电解铝；节能；技术应用
近年来，党中央、国务院高度重视企业节能减排工作，企业节能考核工作已纳入对省级人民政府的节能目标责任评价考核内容当中[1]，要求铝锭综合交流电单耗到2015年降至13300千瓦时/吨，较2010年下降713千瓦时/吨[2]。电解铝企业作为有色行业中的耗能大户，企业的能耗管理不只是简单的技术实践过程，而是企业生存的重要途径。
目前，国内各家企业的能耗指标参差不齐，各家采取的节能措施也不尽一致。企业的能耗管理策略要综合自身的特点，合理实施节耗技术，最大化发挥管理效益。
1.节能工艺技术的应用
电解铝企业的节能措施主要分为电解铝工艺技术改进措施、用电设备技术改进措施、资源重复利用等。
1.1铝电解槽的新型结构技术
电解槽内衬新型结构技术主要有非平面阴极、异型钢棒、阴极底部垂直出电、独立补偿母线、开沟/开孔阳极等。以下主要针对非平面阴极与异型阴极钢棒技术作以介绍。
（1）非平面阴极（异型阴极、曲面阴极、导流阴极等）。国内当前各类非平面阴极层出不穷，但其核心思路都是为了减缓铝液波动，降低铝液流速，从而实现低电压节能。例如：
异型阴极的工艺思路是在阴极炭块表面形成若干凸起，可以减缓电解槽内阴极铝液的流动速度和降低铝液的波动高度，实现有效提高金属铝液面的稳定性，减少铝液溶解损失，实现节能降耗。
异型阴极示意图
导流槽技术特点是在阴极上延长轴方向开汇流沟槽，在端头设有与汇流沟槽联通的蓄铝池，共同构成一个导流系统，使生产的铝水随时流入蓄铝池，有效降低极距，降低电解槽能耗。渗流槽技术特点是在阴极炭块间设有藏铝暗沟，暗沟设在阴极炭块的间缝处，可以在阳极下的任何位置；电解槽阴极炭块上开有数个凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间的藏铝暗沟，这些凹槽和藏铝暗沟相互连通。
两者皆为无铝液生产，阴极炭块直接作为阴极参与电解，阴极上表面为TiB2涂层或复合阴极，电解过程产生的铝都汇集到蓄铝池中；两者的区别在于导流槽为单个或多个聚铝沟，故对铝液的容量有限，造成出铝负担；聚铝沟的出现，将会大大降低阴极导电面积的利用率；渗流槽具备多个藏铝沟，对铝液的容量大大提高，且阴极的有效导电面积无明显降低。
（2）异型钢棒技术（含开槽钢棒、双钢棒、复合钢棒等）。
由于越靠近阴极钢棒出口（即靠近槽大面边部）电流流经的路径上电阻越小，因此进入铝液的电流因“自动选择电阻最小的道路”而在铝液和阴极中斜向流动，故沿着槽短轴方向产生了水平电流分量，形成垂直磁力，引起铝液面变形和铝液波动。异型钢棒技术原理是沿着钢棒长度方向调整“电流通道”的电阻，使铝液中电流从阴极炭块表面任意点进入阴极时电阻都基本相同，以减少铝液中水平电流，提高铝液稳定性。
国内几种异型钢棒对于炉底压降、铝液水平电流的影响对比
1.2低电压工艺控制技术
低电压控制技术目前是国内铝行业普遍应用的工艺技术之一。实施低电压电解工艺的关键是：通过改变电解槽运行特性来改变电流效率与极距的关系曲线，降低临界极距，使电解槽在低电压下获得高电效。传统工艺下的临界极距约：4.0～4.5cm；先进的低电压工艺下的临界极距可降至：3.5～3.8cm。
电流效率-积距变化曲线示意图
低电压工艺实施的主要措施有：
（1）低温+低过热度+较窄的温度变化范围（即较窄的热平衡变化范围）。
（2）低氧化铝浓度（实现干净的炉底）+较窄的氧化铝浓度变化范围（防止阳极效应发生，并实现较窄的物料平衡变化范围）。
（3）较高的阴极电流密度（可采取“适当强化电流+收缩炉膛”两个措施实现）。
（4）较高的槽电压稳定性（前提：规整的炉膛+干净的炉底+较窄的热平衡和物料平衡变化范围）。
2.高压变频技术的应用
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。在电解铝企业中电解槽生产工艺用电为直流电，即铝液直流电耗。铝锭综合电耗中还有部分交流电耗为高压电机用电，电解铝企业中高压电机主要有电解槽净化排烟风机，空压站水泵，配套炭素系统的大窑引风机，除尘风机等设备。变频技术的特点如下：
（1）变频技术改造具有明显的节能效果。以风机为例，风机在改造前流量通过调节阀来控制，在使用变频后通过调节电源频率按需输出流量，大大降低风机的功耗，起到明显的节能效果。
（2）变频技术的软启动作用可降低启动时的功耗，同时延长设备的使用寿命。
（3）变频技术可以提高功率因数，通常功率因数可提高至0.95以上。
（4）变频技术的投运可以减少电机在非正常条件下工作的时间，保证设备不损坏。降低设备的维修费用。
3.工业余热利用
工业余热利用是工业节能重要途径，是工业二次能源的开发利用。余热资源可分为高温烟气余热、高温炉渣余热、高温产品余热、冷却机余热、可燃废气余热、冷却水余热等。
随着铝电解工艺的发展，与其配套的炭素系统预焙阳极生产工艺也逐渐完善。在铝用炭素行业中，石油焦在煅烧工序中排出大量高温烟气，烟气温度约在900-1100℃，大量的高温烟气为余热发电提供了稳定的余热资源。可在回转窑窑尾安装余热锅炉，回收余热进行发电，从而避免了能源浪费。
余热发电的工艺介绍。
阳极煅烧回转窑中产生的高温烟气通过引风机负压引入余热锅炉，与锅炉给水进行热交换，余热锅炉产生的过热蒸汽大部分通过汽轮机发电，少部分通过减温减压设备后用于厂区生产用汽和生活供暖。
余热发电工艺流程图
余热发电一般以自发自用为原则，以满足炭素系统自身用电量为主，发电机输出电压为10kv，直接并入动力10kv配电系统。
4.结语
电解铝企业的节能降耗工作是企业生存与发展的长期工作，本文针对目前行业内主要应用的节能技术作了介绍。 铝电解节能技术是一项系统工程，依靠单项工艺控制技术改进难以取得持续、稳定的节能效果。在制定企业节能管理策略时首先从优化设计入手，在设计初期应用成熟的先进技术创造节能的先天条件，对于已经投运已久的企业主要从技术改造方面创造节能的条件。其次是选择应用最适宜的后天技术（电解槽工艺条件摆布、电解槽控制及电解槽的管理等）。
【参考文献】
[1]万家企业节耗目标责任考核实施方案（发改办环资[2012]1923号）.
[2]节能减排“十二五”规化 （国发〔2012〕40号）.
【关键词】电解铝；节能；技术应用
近年来，党中央、国务院高度重视企业节能减排工作，企业节能考核工作已纳入对省级人民政府的节能目标责任评价考核内容当中[1]，要求铝锭综合交流电单耗到2015年降至13300千瓦时/吨，较2010年下降713千瓦时/吨[2]。电解铝企业作为有色行业中的耗能大户，企业的能耗管理不只是简单的技术实践过程，而是企业生存的重要途径。
目前，国内各家企业的能耗指标参差不齐，各家采取的节能措施也不尽一致。企业的能耗管理策略要综合自身的特点，合理实施节耗技术，最大化发挥管理效益。
1.节能工艺技术的应用
电解铝企业的节能措施主要分为电解铝工艺技术改进措施、用电设备技术改进措施、资源重复利用等。
1.1铝电解槽的新型结构技术
电解槽内衬新型结构技术主要有非平面阴极、异型钢棒、阴极底部垂直出电、独立补偿母线、开沟/开孔阳极等。以下主要针对非平面阴极与异型阴极钢棒技术作以介绍。
（1）非平面阴极（异型阴极、曲面阴极、导流阴极等）。国内当前各类非平面阴极层出不穷，但其核心思路都是为了减缓铝液波动，降低铝液流速，从而实现低电压节能。例如：
异型阴极的工艺思路是在阴极炭块表面形成若干凸起，可以减缓电解槽内阴极铝液的流动速度和降低铝液的波动高度，实现有效提高金属铝液面的稳定性，减少铝液溶解损失，实现节能降耗。
异型阴极示意图
导流槽技术特点是在阴极上延长轴方向开汇流沟槽，在端头设有与汇流沟槽联通的蓄铝池，共同构成一个导流系统，使生产的铝水随时流入蓄铝池，有效降低极距，降低电解槽能耗。渗流槽技术特点是在阴极炭块间设有藏铝暗沟，暗沟设在阴极炭块的间缝处，可以在阳极下的任何位置；电解槽阴极炭块上开有数个凹槽，电解槽的大面和端部也开有凹槽，阴极炭块上的凹槽以及电解槽上的凹槽深度均低于或平齐于阴极炭块间的藏铝暗沟，这些凹槽和藏铝暗沟相互连通。
两者皆为无铝液生产，阴极炭块直接作为阴极参与电解，阴极上表面为TiB2涂层或复合阴极，电解过程产生的铝都汇集到蓄铝池中；两者的区别在于导流槽为单个或多个聚铝沟，故对铝液的容量有限，造成出铝负担；聚铝沟的出现，将会大大降低阴极导电面积的利用率；渗流槽具备多个藏铝沟，对铝液的容量大大提高，且阴极的有效导电面积无明显降低。
（2）异型钢棒技术（含开槽钢棒、双钢棒、复合钢棒等）。
由于越靠近阴极钢棒出口（即靠近槽大面边部）电流流经的路径上电阻越小，因此进入铝液的电流因“自动选择电阻最小的道路”而在铝液和阴极中斜向流动，故沿着槽短轴方向产生了水平电流分量，形成垂直磁力，引起铝液面变形和铝液波动。异型钢棒技术原理是沿着钢棒长度方向调整“电流通道”的电阻，使铝液中电流从阴极炭块表面任意点进入阴极时电阻都基本相同，以减少铝液中水平电流，提高铝液稳定性。
国内几种异型钢棒对于炉底压降、铝液水平电流的影响对比
1.2低电压工艺控制技术
低电压控制技术目前是国内铝行业普遍应用的工艺技术之一。实施低电压电解工艺的关键是：通过改变电解槽运行特性来改变电流效率与极距的关系曲线，降低临界极距，使电解槽在低电压下获得高电效。传统工艺下的临界极距约：4.0～4.5cm；先进的低电压工艺下的临界极距可降至：3.5～3.8cm。
电流效率-积距变化曲线示意图
低电压工艺实施的主要措施有：
（1）低温+低过热度+较窄的温度变化范围（即较窄的热平衡变化范围）。
（2）低氧化铝浓度（实现干净的炉底）+较窄的氧化铝浓度变化范围（防止阳极效应发生，并实现较窄的物料平衡变化范围）。
（3）较高的阴极电流密度（可采取“适当强化电流+收缩炉膛”两个措施实现）。
（4）较高的槽电压稳定性（前提：规整的炉膛+干净的炉底+较窄的热平衡和物料平衡变化范围）。
2.高压变频技术的应用
随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来通过器件串联或单元串联得到了很好的解决。在电解铝企业中电解槽生产工艺用电为直流电，即铝液直流电耗。铝锭综合电耗中还有部分交流电耗为高压电机用电，电解铝企业中高压电机主要有电解槽净化排烟风机，空压站水泵，配套炭素系统的大窑引风机，除尘风机等设备。变频技术的特点如下：
（1）变频技术改造具有明显的节能效果。以风机为例，风机在改造前流量通过调节阀来控制，在使用变频后通过调节电源频率按需输出流量，大大降低风机的功耗，起到明显的节能效果。
（2）变频技术的软启动作用可降低启动时的功耗，同时延长设备的使用寿命。
（3）变频技术可以提高功率因数，通常功率因数可提高至0.95以上。
（4）变频技术的投运可以减少电机在非正常条件下工作的时间，保证设备不损坏。降低设备的维修费用。
3.工业余热利用
工业余热利用是工业节能重要途径，是工业二次能源的开发利用。余热资源可分为高温烟气余热、高温炉渣余热、高温产品余热、冷却机余热、可燃废气余热、冷却水余热等。
随着铝电解工艺的发展，与其配套的炭素系统预焙阳极生产工艺也逐渐完善。在铝用炭素行业中，石油焦在煅烧工序中排出大量高温烟气，烟气温度约在900-1100℃，大量的高温烟气为余热发电提供了稳定的余热资源。可在回转窑窑尾安装余热锅炉，回收余热进行发电，从而避免了能源浪费。
余热发电的工艺介绍。
阳极煅烧回转窑中产生的高温烟气通过引风机负压引入余热锅炉，与锅炉给水进行热交换，余热锅炉产生的过热蒸汽大部分通过汽轮机发电，少部分通过减温减压设备后用于厂区生产用汽和生活供暖。
余热发电工艺流程图
余热发电一般以自发自用为原则，以满足炭素系统自身用电量为主，发电机输出电压为10kv，直接并入动力10kv配电系统。
4.结语
电解铝企业的节能降耗工作是企业生存与发展的长期工作，本文针对目前行业内主要应用的节能技术作了介绍。 铝电解节能技术是一项系统工程，依靠单项工艺控制技术改进难以取得持续、稳定的节能效果。在制定企业节能管理策略时首先从优化设计入手，在设计初期应用成熟的先进技术创造节能的先天条件，对于已经投运已久的企业主要从技术改造方面创造节能的条件。其次是选择应用最适宜的后天技术（电解槽工艺条件摆布、电解槽控制及电解槽的管理等）。
【参考文献】
[1]万家企业节耗目标责任考核实施方案（发改办环资[2012]1923号）.
[2]节能减排“十二五”规化 （国发〔2012〕40号）.