铝电解生产中均衡调节电解槽负压分析

苏义鹏

（黄河鑫业有限公司，青海 西宁 811600）

干法净化技术作为一种新技术，其优势为高效、稳定、经济和效率高，因此，在铝电解生产领域的应用极为普遍。这种方法的原理是将氧化铝做吸附剂，对铝电解烟气中HF等有害成分进行吸附，同时对载氟氧化铝进行回收，并使其重新返回到电解槽用于生产。目前，这种方法的成熟度较高，因此，国内多数电解铝企业对这种方法进行了采用。研究结果表明，均衡调节电解槽负压有利于控制污染、减少电解槽热损失和改善作业环境。

1 促进烟气净化系统集气效率提升的方法

现阶段，国内公司设计的净化系统，其集气效率普遍超过98%，但由于电解槽负压管理方面存在缺陷，其实际效率与设计效率之间存在一定的差距，具体为8%左右。提升集气效率，需要以均衡电解槽负压为切入点，为此，本文提出了以下几点建议：第一，对电解槽操作管理进行规范，如通过密闭槽盖板的方式，对电解槽烟气泄漏量进行控制；第二，均衡调节电解槽负压，将负压控制在合理的范围内，实现对氟化物等有害气体的高效捕捉；第三，做好除尘器的维护工作，在规定时间内检查其滤袋，确保有效过滤面积保持不变；第四，保证排烟风气的运行稳定性，工作人员可以对风门开启角度进行调整，使其与设计排烟量需求相符；第五，对供配料系统进入净化系统的正压气体进行控制，这里所说的气体主要包括电解质、超浓相输送气体等[1]。

2 均衡调节电解槽负压研究

2.1 电解槽负压调节现状

在查阅文献资料后得知，当前国内的电解铝生产企业，其电解槽在容量、排烟量、烟气净化系统等方面存在极为显著的差异，对电解槽负压适用作出明确规定的企业相对较少，在调节电解槽负压时，多数企业主要依据近小远大的原则，将目测电解槽无烟气直接泄漏到厂房作为调节标准，这种调节方法虽然较为简单，却没有考虑电解槽风量间的差异。长此以往，会导致电解生产效率下降，严重时，甚至会引发严重的安全事故。

本文对某企业电解槽检测点负压进行了测量，结果如表1所示。通过观察下表可知，部分电解槽检测点的负压高达600Paa以上，而有的仅为80Pa，其高低差值高达6倍以上，这种情况的存在，使集气效率受到了不利影响，与设计要求相距甚远，散发到厂房内的无组织烟气量也因此而增加，制约了电解槽生产企业的发展[2]。

表1 某企业电解槽检测点负压检测结果 单位：Pa

2.2 均衡调节电解槽负压的作用

均衡调节电解槽负压的作用主要体现在以下方面。

第一，有利于提升集气效率。在电解槽并未被均衡调节的情况下，净化系统集气效率相对较低，无法在最大限度上对电解槽熔炼产生的氟化物进行收集，导致氟化物回收总量减少，返回到电解车间使用的氧化铝载氟含量也会同时减少，在这种情况下，电解槽氟化铝的单耗指标会显著提升，导致铝电解生产成本增加，不利于企业的发展。第二，有利于控制电解槽的温度。假设电解槽的型号和生产技术等条件不变，铝电解生产中所排放的氟化物，在浓度上不会存在过大的差异。但随着负压检测点压力的增加，电解槽膛内的负压就会增加，在低温空气进入后，保温层的温度会持续下降，最终使槽温控制效果受到不利影响。在这种情况下，工作人员需要通过调高电压或增加保温材料等方式，使熔炼温度满足正常生产的需求，但这些措施的使用，必然会提高生产成本，不利于企业获取更高的经济效益。第三，有利于满足排烟管网的设计要求。在查阅文献资料后得知，电解槽膛内压力与支烟管负压检测点压力存在密切的关联，二者具有正比关系。均衡调节电解槽负压，可以使电解槽膛内负压保持在合理的范围内，因而有利于满足排烟管网的设计要求。

2.3 电解槽生产所需的理论负压-以420kA电解槽为例

（1）在开启角度不同时负压及流速变化。以某电解铝厂的电解槽设备负压检测为例，首先，试验人员将平台电解槽支烟管阀门关闭，但关闭时间较为短暂，在关闭后，烟气沿着盖板缝隙朝着厂房的方向移动，然后对支烟管阀门开度进行缓慢的调节，从而获取在开启角度不同时，负压及流速变化的数值，如表2所示。在开启角度为45°时，少量烟气会通过电解槽盖板缝隙，朝着槽罩板外的方向散发；在开启角度为37°时，烟气散发现象几乎停止；在开启角度为30°时，外散的烟气完全没有，此时的厂房十分明亮。

表2 开启角度不同时的负压及流速变化数据

（2）单台电解槽理论排烟量的计算。目前，相关领域在电解槽排烟量的计算方面尚未形成统一的看法，从理论意义上来看，生产1000kg铝水，所排放的烟气量不存在任何差异，但在考虑槽体长度和槽盖板密闭情况后，发现在上述因素的影响下，进入槽内的空气量会出现差异。在计算时可采用的计算方法分为两种，如下所述。

方法1：以管道气体流量标准计算公式为标准，对排烟量进行计算。假设条件为电解槽的实际槽膛管道内径为600mm，槽膛长度为17.5m，宽度为4.2m。

在上述公式中，标准状态下气体的体积流量由V表示，其单位是Nm3/h；管道内径由d表示，单位m；管内气体在标准状态下的流速由ω表示。将这个公式作为计算标准，所得到的计算结果如下：出口流速为14.78m•s-1，流量为15036Nm3/h。

方法2：以实际生产量作为标准，对排烟量进行计算。如果电解槽对伞形排烟集气罩进行了使用，在实际电解生产中所排出的烟气量相对较小，通常仅为总排烟量的1%，因此，槽体结构是排烟量大小的决定性因素。国内学者在经过多年研究后，得到了一个简单的计算公式。

在上述公式中，单槽排烟量由Q表示，单位是m3/h；槽膛长度由L表示，单位是m；槽膛宽度由W表示，单位是m；槽罩集气效率由η表示，其取值为0.98；槽罩内排烟道抽风口控制风速，根据经验将其取值为每秒0.125m。在结合上述计算条件后，得知单台电解槽排烟量为每小时9964m3。

（3）计算电解槽生产需求的负压值。压力和烟气温度会对电解槽排烟量造成影响，在实际计算过程中，需要对温度和压力进行修正，以满足实际工况要求，计算公式如下：

在上述公式中，单槽排烟量由Q表示，单位是m3/h；管道内径由d表示，单位m；管内气体在标准状态下的流速由ω表示，单位是m/s；气体在载流截面处的压力由N表示，单位是MPa；绝对温度由T表示；气体在载流截面处的实际温度由t表示。

将上述公式作为依据，在140℃的条件下，对不同负压电解槽的流量进行计算，其结果如表3所示。

表3 电解槽排烟量

通过观察表3中的数据可知，如果电解槽整体密封条件较为良好，且负压为左右时，在对其进行温度和压力修正后，烟气流量为每小时9676m³；在负压为240Pa时，烟气流量为每小时9045m³；因此，从理论上看，电解槽负压为介于300Pa～350Pa的范围内，电解槽的集气效率最高。

2.4 均衡调节电解槽负压的应用建议

以某企业所使用的420kA电解槽为例，经过上述计算可知，电解槽在负压为300Pa～350Pa时，集气效率最高，但考虑到净化系统集气效率会受到多种因素的影响，并且，每台电解槽支烟管与净化系统排烟干管存在连接，在实际调节时可能会相互影响，并出现此消彼长的现象。因此，想要使每台电解槽负压相同，在现阶段无法实现，只能对其进行控制，使其处在合理的区间范围内。

（1）均衡调节电解槽负压的方法。在调节电解槽负压时，首先要测量全部的电解槽负压测试点，并将其作为初始数据，然后尝试第一次调节，在运行7-15天后，通过复测的方式，确定电解槽负压，然后对较高或过低的负压进行调节，调节方式为调整电解槽负压支烟管的开度。然后继续测量和调整。在经过4次测量后，技术人员最终确定了合理负压，这个负压为270Pa～300Pa，在这个负压条件下，厂房排烟效果最为显著，集气效率也随之提升。在后续检查时，也没有发现烟道积料现象，这表明，将负压控制在270Pa～300Pa之间，能够满足企业的生产需要。企业要求作业人员遵守技术标准，同时，在进行换极作业的过程中，每个工区的电解槽数量应少于2台，并且单台槽开启盖板的数量不能超过4块。在全部作业完成后，盖实盖板，使缝隙不超过0.5mm，且避免漏气现象的出现，最终实现了负压的充分利用。

（2）注意事项。技术人员在调节负压的过程中，不仅需要对电解槽生产负压要求进行考虑，还要控制厂房之间负压总值，使两个厂房之间的差值保持在合理的范围内，在调节之前，需要分析电解槽负压的数据。为确保实测数据真实有效，在进行支烟管阀门开度调节的过程中，应主动避开电解车间更换阳极或打开槽板作业等情况。

3 结论

实践结果表明，在均衡调节电解槽负压后，载氟氧化铝载氟含量明显增加，同时吨铝氟化铝单耗也同步下降，证实了本文的研究结果。建议相关企业安排技术人员，对电解槽进行定期的检测和调节。考虑到电解铝企业所使用的电解槽，在容量上存在差异，因此，技术人员必须将测量数据作为调节的依据，保证每台电解槽的负压始终处在合理的范围内，从而发挥出均衡调节电解槽负压的优势作用。