双碳背景下铝电解绿色低碳技术体系构建

曹成成

摘要：在全球应对气候变化的背景下，双碳目标成为了各行各业的重点，铝产业作为能源密集型行业之一，面临着巨大的转型压力和挑战。铝电解过程所消耗的大量电力和释放的温室气体一直是其绿色转型的瓶颈之一。在这样的背景下，构建铝电解绿色低碳技术体系，成为了铝产业转型升级的迫切需求。本文旨在探讨在双碳背景下，铝电解绿色低碳技术体系的构建。

关键词：双碳；铝电解；绿色；低碳

引言

在现代化经济建设发展新时期，铝电解行业作为高能耗产业，其能源消耗和环境影响尤为突出。因此，探讨铝电解生产中的节能降耗措施，对于提高行业能效、降低成本、减少环境污染具有重要意义。不仅如此，还能够降低铝电解生产过程中的能耗与排放，提高生产效率及产品质量，为铝电解行业实现可持续发展奠定坚实基础。

1电解铝行业的节能降耗背景

电解铝行业作为高能耗产业，面临着巨大节能降耗压力，其能源消耗及环境影响受到了广泛关注。为推动电解铝行业绿色、可持续发展，政府出台相关政策，规范行业行为，提高能源利用效率，降低碳排放强度。相关数据显示，电解铝行业能耗约占整个有色金属工业70%之多，且直流电耗是电解铝的主要能耗。近年来，尽管行业内不断有新技术与新设备投入使用，但铝电解直流电耗数值持续上升，平均每生产1吨铝需要消耗约13000-14000kw·h电能，这不仅增加企业运营成本，还加重了能源供应压力。在此背景下，电解铝行业节能降耗显得尤为重要，通过技术创新、操作优化可有效降低电解铝能耗，减少生产成本，也能够实现能源高效利用。因此，电解铝行业应积极探索并实践节能降耗有效措施，为行业高效运行提供便利。

2双碳背景下铝电解绿色低碳技术体系构建

2.1合理配置母线

母线在铝电解槽中主要起到传输电流作用，其设计与配置对电解槽能效有本质关联，合理的母线配置可有效降低电解槽电阻，减少电能损失，以便提高能源利用效率。在母线材质选择上，应采用导电性能较强的铜或铜合金替代传统铝母线，可明显降低电阻，提高电流传输效率。还应对母线截面形状及尺寸数值准确测量，设计出截面形状合理、尺寸优化的母线，以便降低电阻，达到节能降耗目的。再者，母线合理布置也能够减少电流迂回路径，降低电阻，提高能源利用效率，降低生产成本，提高企业竞争力。

2.2降低停槽母线压降

母线压降是指在电解槽停运期间，母线所产生的电压损失，不仅会增加电解槽能耗，还会对电解槽结构与性能造成影响。而借助科学措施可降低停槽母线压降，可以将电解槽的能耗降低约3%-5%。还应该定期对母线进行检查与养护，确保其处于良好工作状态，可以有效减少因母线老化或损坏导致的压降增加，还能够起到降低停槽槽周母线压降的节电效果。

2.3降低平均电压

平均电压是铝电解过程中评定电能消耗的关键指标，平均电压高低与电解槽能耗水平及经济效益有直接影响。为降低平均电压，需对电解槽技术参数及操作条件明确了解，通过对电解质成分及温度进行调整，对铝液与电解质界面状况作出改变，可有效降低电解槽电压降。通过优化电流分布及铝液流动，还能够减少电解槽内电阻及热损失，以便降低平均电压。还应定期对电解槽进行清理与维护，确保设备正常运行和性能稳定，可减少因设备老化或故障导致电压波动或升高。

2.4网络化自均衡母线技术

大容量电解槽在运行时经常会出现以下问题：1）单台槽发生阳极效应时，会影响上下游相邻槽发生效应或波动；2）单台槽发生异常摆动时，会影响上下游相邻槽发生摆动；3）换极后，电解槽出现稳定性降低现象；4）单台槽停槽期间，上下游电解槽出现稳定性降低现象。当本槽出现不稳定状况时，铝液层中的电流分布出现很大偏差，而传统母线结构不能有效矫正这种电流分布的不平衡，于是波动电流通过阴极母线传递到上下游槽诱发连带效应。电流容量越大，这种相互干扰就越强。

网络化自均衡母线通过非区块化配置方式能够矫正阳极大母线、阳极组、铝液层电流分布偏差，阻断了非稳定状态下（包括停槽期间、效应期间、异常摆动期间等）波动电流在电解系列中的传导，大幅提高了电解槽的操作稳定性和抗干扰能力。该技术在电解槽的阴极母线上形成等势体，抑制由于铝液／电解质界面变形产生的水平电流，进而大幅度提高电解槽磁流体稳定性。瞬态磁流体稳定性模拟显示采用该技术后，在保持同样的磁流体稳定特性下，电解槽的极距可进一步降低。瞬态磁流体稳定性模拟显示采用该技术后，在保持同样的磁流体稳定特性下，电解槽的极距可降低4mm。

2.5燃气预热阴极组装技术

生铁浇铸阴极组装技术节能效果同样显著，但必须采用专用的加热装备实现阴极炭块组的预热，如果炭块和钢棒预热温度不足或温度分布不均匀，在浇铸过程中产生的热冲击将使阴极炭块产生大裂纹以至无法使用。同时浇铸过程产生的微裂纹、内裂纹也可能在电解槽生产过程中恶化，进而造成电解槽早期破损。不同材质炭块钢棒槽角部产生应力随时间的变化曲线不尽相同，必须精确控制各个工艺技术条件。

2.6内衬结构及热平衡优化

内衬热平衡设计和结构优化是电解槽能够节能、稳定运行的基本保障。内衬的热平衡设计首先与电解槽磁场设计和磁流体稳定性的目标窗口相匹配，在保证电解槽运行安全性的前提下，提供电解槽在较低极距条件下仍处于良好的热平衡状态，为“长健康寿命”高性能运行的奠定有力的技术条件。针对阴极压降低、石墨化阴极导热快等特点，新的设计形式选择具有良好的保温性能、耐电解质及蒸汽腐蚀的保温材料，在阴极电压大幅度降低的情况下保证区域及整体的热平衡，并且以合理的散热分布和结构设计，以及合格材料保证电解槽长期稳定、安全运行，并最终以良好的炉膛内形反哺促进提高磁流体稳定性。

2.7燃气焙烧代替焦粒焙烧

传统焦粒焙烧方法使用焦粒作为热源，通过燃烧焦粒来加热电解槽，不仅能源消耗大，所产生的烟尘及有害气体对环境造成污染。而燃气焙烧技术则采用清洁燃气作为热源，通过燃烧器将燃气直接喷入电解槽内，实现对电解槽快速、均匀加热。相比焦粒焙烧，燃气焙烧加热速度快，可缩短电解槽启动时间，提高生产效率。燃气焙烧过程中产生烟尘及有害气体将明显减少，有利于改善工作环境和减少对环境的污染。此外，燃气焙烧还可以实现对电解槽温度的精确控制，避免因温度过高或过低而引起槽况波动，可有效提高电解槽稳定性。在实际应用中，燃气焙烧技术已逐渐取代传统的焦粒焙烧方法，成为铝电解槽焙烧启动的首选技术。

结束语

电解铝行业在面对日益严格的能耗和环保政策形式下，生产成本和企业生存面临着较大的压力。绿色深度节能铝电解技术体系的构建能够提升电解槽性能，节约运行成本，提高电解生产的安全性和稳定性，在提高企业核心竞争力以及节约能源、降低温室气体排放方面，经济和社会效益都十分显著。

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