铝电解生产与自动稳流技术.pdf

4 2 铝电解生产与自动稳流技术 聂立新 巍鼯锯镁寝诗谚宠浣，辽宁，{ 1 0 0 0 1 攒耍车文避蛙幕科电涟波魂对铝电辫生产静影螭的分析，豫诞了在铬电撩厂供电羹藏电 嚣上呆捧巍璃豫藏馥黧的必要啦，熏意舟琵了二壤譬饱和堆撬嚣稳流幕境稃菇蜊营整巍稳流系 统，提出采用晶闸管整流装置，是当前铝厂供电蛀流的最佳方案．并结台铝厂整流所改造的实例， 对采用固产的晶闸营自动稳流方寨加以进一步说明．对国内中小铝厂赫渣所的改造和扩建，节搬为 一韩先避，爵毒，覆卫苇省投资辩纛臻选择， 关键词铝电辫；自勃稳流；德化选择；菇闸管整流装鬣 分类号T F 8 2 1标识码B 铅电解是高能耗工业，随着电价的不断 提高，电费已占吨镪成本艘∞％塔上，严重 威胁和制约着铝工业的发艇．如何改善铝电 解槽的避行工况，努力降低电耗已摄铝工业 嚣疆嚣惫需辩决粒译嚣。降餐毫耗麴菇藏燕 多种多样的，从供电方面来讲，改蒋铝电解 生产的魄毙质量，保持电烬系列电流的平 稳，遮对电解生产指标的改善，特捌是降 低电耗有着十分重要的意义．下谳就从系 爨耄溅波动对镪邀舞生产懿影响来谈浚袭 电解铝厂整流所采用自动稳流装溉的必要 性，并络合某铝厂整流所的改造王程来说 鞲锫厂簇流供龟电源自动穗藐方案静饶讫 选择。 l 电流波动对裙电解生产的影 响 鸯予稻毫耩横翦阳援敷应及供堍系统静 电压波动，引起电解系列电流不同稷度的波 蘸。在没有岛动稳藏的幕列里，电流将在壤 定值的5 ％～1 5 ％甚至熙太范围内渡动。 某采用祷载调压变压器加二极管撼流器方 式秘锫厂实溺羲强鸯 壤目 一十敷直 个效应 蕞列电流 被毒值 ，酗∞羽0 0 A 7 6 5 0 0 4 0 0 0 A 系列电流 辐定值 a 好撖 疆醐0 A 波动栽围 2 ．6 ％ i 2 ％ 扶鞋主数据可冕，采用有载谰压交撬器 j J n - - 搬管整流器方式，缀然可以基本满足电 解镪工艺的技术要求，瞧其调节性能差，出 于芄自动稳流措施，新“运行率系列电流很 不稳定，吨铝电耗、电漉效率、阳极效应状散 等豢据落后。有关臻究表强，毫瘫渡秘囊要 在以下几个方面影响铝电解的生产 f 1 系列电流波动使电漉效枣下降系 列电流波动辩稽电压赦电流效率有直接影 响．电解槽内阴极金属液面由予电磁力的作 _ } l l 被趸斜了，在宅解接簿孛，部分，圭予垂 直电流与固有磁场的相互作用产生的牧缩力 使金属突起。而使金属镜面倾斜和隆起的力 与袭翔毫流静平方戒燕逡，金藩镶蔼翡最大 突起部分的按动振幅执定于系列电流的被动 值积瓣婕f 额定 倾辩德。要捎除金属镜藤 的撄动，必须使系列电流完全稳定“。在 系列电流无自动稳流装置时，金属面的按幅 增太了，毫癣搂基苓熬点佟在设定j I 奎理慧援 万方数据 4 3 躐下，露是翻天餮瓣．麓摄闯不致短舔鼢最 小极距，由此导教槽平坶电压约增加2 ％。于 是增大了电解横的功率。在这样的电流下电 解槽静热平衡将使电辩质保持在较高的潞 凄，簸箍使泡流效率降低，一鞭下降2 ％～ 2 ．5 ％。 2 系蜘电流波秘使电毙单载增棚搬 据法拉第定律，单位时间内的铝产量与其楷 氛流平均德戚戎皖，褥魄解露籍肉的电麓损 越是与鲤鼹内瓣电器￡毒效整袋} ＆恻。嚣然当 电流波动时，圆路电淡薄数值慧是太予平均 值，只有当电流波动值为零时。电流的有效 值才等于电流静平筠值。掰戳电流渡动梅使 泡耱攒耗增船，这是一种无谱清耗，获两德 吨铝电耗增加 前全苏动力工业研究掰曾戥 过测试调登，结论是由予没有自动稳流装 谶，铝厂静簪电能消耗将增加3 ％。。国内 莱r 氇曾省过使翔饱和墩莸器避行自动稳流 谢使吨铝电巍降低3 0 0 度的经骁。。 3 系列电流波动使魍极效成驰频率增 犬在没有自动稳流的系列里，系列电流的 波动蒋译致问时产生多个蒂棱效磁的概率增 大，扶纛犍瞧淡渡饕蛭壤增天。进褥叉会撼 麓姻投皴盛越鞭搴。这瓣使电察樱鳇搬工更 加频繁。 男辩魍流渡动时由予集获皴照丽使电锵 稽内电流势布不簿，等致阳极锫部分消耗不 赋，出瑷底掌不平，蒺羹造成难敬局部翳 落。所以，在整流所设置自动穗流装置是非 常必要的， 2 调压和自动稳流的类型 垦藏鐾内铝电簿厂螫流所躲谖压彝盎凌 稳流装鬣的设置形式主要分为三种类型 一种是赢六十年代设计的遗方中、小错 厂，采爱递繇式变压器、 援管谴攘滚，磬采 耀窍载调透变莲器传魄毯粒调，躞寒岛动稳 流装置。蔡捌电流波动较剧烈，对电解植生 产指标影响较太，属淘汰技术，在此不褥赘 述；另一种箍国家球有骨干锅r 经技术教造 或扩建对采用二投蛰整蕊，调艇整漩变嫒器 作糕调，饱和电抗器作细调的自动稳流系统 以下赫称 扳管饱和电抗器稳流 。j 丕有 一种是近年辫家耨建的大型锘厂，采用S { 避 的成套照耀蟹整渡撬缀，以及某些竣扩建铝 厂鬻用避日蠢搏鬓内缀装热阐案整流枧缀实 现自动稳流 以下简称晶闸管稳梳 。 2 ．1 辍营饱和电抗器稳流系统7 0 年代 寒帮始袋耀懿琵擞骞载谖攫弹关载调歪熬涟 变援嚣翔掘秘电抗器的硅二极篱整藏摄鳃， 输出电胍用有载开关作粗调饱和电抗器作细 调，组成自动稳流系统，可戳较好鳓满惩电 解羔艺对电流酶簧求。该方案静主舞闯题首 先是夺巍有载调攫开煲这个毒燃点的裁佟阏 题，国产有载开关的机械和电气寿命都有 限，不宣频繁动作，器易发生故障姻薄弱环 节。函褥影响稳流效果，且维修工作量犬， 大太影嗡其霹靠投。其次一般魄暴l 瞧抗器谰 压范围约蠹∞v 寰藏 ，可辍濂足一个暇援 效应的稳流调节，但著同时出现两个阳极效 应，超出饱和电抗器柏控静J 调节范黼，剿按 隈是最支嚣璧篷稳安曩重镲麓来穗捧右载璃匿 开关童 叛调，强藤貉溅犍度幂巍。第三是蒸 调节响应速度低，饱和电抗器一般有2 0 0 m s 以上的电磁贯性，它觅法迅速稳定阳粳效应 帮电弼被动g f 超的系剜电流变纯。采用饱和 电抗嚣黔最太优点是霹蛾减少鸯载开关懿凄 作次数，延长维惨周期，在一定工况下可以 满足自动稳流要求。越是，由予上述问题的 存在使其自动稳流的畿麓有很大的局限性。 竞其是娄动撵有载开关时，癌予其整有按援 动捧时阕 3 ～蠢 ，谓压的反霾时掰甚长， 所以在实际使用中，这种自动稳流系统的稳 流精度有很多的制约条件，很赡快速稳定拜i 投效斑秘毫麟渡动S } 裁静袭烈魄流燮讫。 2 ．2 爨辩营濂流聚绞鞠年代束妻簿式大 功率晶闸管整流机组在铝电解行业褥到了应 用。它将1z o k v 竣6 6 k v 瓣电冈电压通趱 万方数据 整流变压器矗接黪刭与系烈壤莲螋霾的交漉 电压，褥通过三相桥式晶闸管整流器变为可 在大范围蠹调节瓣直流电压。整流器瓷有电 流闭环调节杀境，通过瓣晶闸管导通角的控 制，实现输出直瀛电压的快遵变化，由于取 游了撬撬建凌懿调压系麓，纛改用邀子霹路 控制调节，其动态响应速度仅为几m s ．因 而任筒井部的电掰波动、阳极效应等的扰动 所引熬的系列电藏变诧，圬霹遵过迅速调节 输出电压而保持系列电流的稳定。其稳流精 发霉遗l 编，在程镑对镟电蕊渡整都摄，j 、， 系列电流曲线几乎星一条水平直线。另外， 由于晶闸管控制的极其快速调节和关断作 用，可健并联运符魅数套整嚣撬维申程纛一 舒因人工或攀故跳闸时，其余机组可自动快 速限制在其允许静输出容量下继续运行，避 免电麒系列盒搏电，并雕限制崖漉蜒短路电 流． 胃豁说，晶溺喾整藏氍鬃整铬壤辩羔艺 的理想电源。当然，也有不最之处，用这种 方案供电的最大问题是谐波较严重功率因数 低，必须配鼙滤波蘼无臻於髅装置，使毫网 电压的畸变率及功率因数达到国家规定的标 准。 3鑫动稳流系统方案的选择 以上嚣狰垂动稳瀛方案务有特点，下面 从可靠性、技术经济性及维惨性方蕊加以对 比努析。 3 ．1 麓纛性铝魄撰擞电电源选耀的营要 问题是可靠饿．晶闸管拢二极管整流装置是 簧复杂一些。但是箍着毫力奄子技术静苓新 发展，晶闸譬元件的制造技术和元件质量懿 有了银走提高，加上以计算机为代表的数字 豫集成迄籍的广瑟应用，磊阐簧鳇瓣发按剿 系统也更加精确可靠。在国内某铝厂新建整 流所曾采用了天津电气传动研究所开发韵同 棚逆劳联大功率晶蜒彗整藏电源。该装鐾榱 心元件采用了进口的A B B 公司4 ”晶闸管和 5 0 0 0 A 快速熔凝器，装置变要技术指标垮举 低于进口A B B 的同类产晶，而柱噪音朔整流 效率上述略伉于进秘产品，哥前已投入遂 行，并通过了爨象鉴定，获得1 9 9 7 年圜家辩 技进步二等奖。因此，采用国产晶闸管整流 装嚣冀霹靠性如有了傈落。 3 ．2 技术经济性经济指标是选择铝电解 供电电源的另一个重要方面。鼗过分析比较 发瑷，晶阕管嚣蜉量毖二投管鼗，戈冀是进 口晶闸管元件陋贵，就整流器i i i i 言，晶闸管 整流器显然贵于二摄管整流器，僵就箍个熬 流机组来讲，晶闸管稳流方寰中的直降变魇 器结构简单，无需调雁，因而造价低；而二擞 营稳流方寨中静变爨器；l 缓多，内部缱梅复 杂，炮缘要求高，再配上饱翔电抗器，其价格 昂贵。另矫啻产有载开关海命有限，漱口有 载拜差价格就更责了。报摄引避询赞秘与爨 外不同厂家谈判推断，采用晶闸管稳流方案 捃爨渡装藿鑫戚蘸变电整流系统静逵价毙溺 规格的二极管稳流方案加虑渡装置减少投资 5 ％～l O ％”．而在运行期间 晶陌觜稳流 方案妁苇魏、馕维修爨戆撬点蝽使用声获攥 更太的长期的利益． 各种方案的技拳经济陀较觅表l 表率 所刿值为工艺条件相同的锅电辩系列 。 3 ．3 维修性对用户来说维修性是一个现 实秘蘧。再好豹设备也有瑶镱乐瑰鼗漳，维 修人员必须掌搬维修技术，从理论上讲饱和 电抗器控镧和晶闸管触发控制所需的纂本知 识是超固热，并不毒攘曩约区别。星鼹妁产 品都是描件结构，发生故障后，维修人员只 要其有基本妁敲漳判断耗力，酃碍通避短皙 地更换插傅两排出故障，这个能为可以通过 厂家培训米得到。而有载歼关的敝障最然是 臻鬟戆，懿其维修工俸量帮是镶大静，器量 需要制造厂专业人员恪理． 此井，晶闸管整流装置在发生故障时，可 以在1 0 m s 走抉速皇澳趣镂，扶瓣接辑踌嚣 实现无载分闸，这将太大降低断腑器的维护 万方数据 4 5 裘1备种蝗涟电漱的技术经济{ 生雅比较 遘辟或变援赫直降式变压嚣引港的踟髓公司天悻新遽瑚元件 挪调妊变压嚣加寿载谢鹾开袋点辫蒜蛮熙器缎装犀糟逆并联 方案 加穗 校管{ 避嚣姗藩辩管整漶器薅糟管整涟器 国产加饱和电抗器加摩波装黛加直降式变艇器 擦礁 攮餐 进疆瓣建菠装黧 茵产 嗣产 整濂娥率 0 扣o9 6趣钾～氆鳃n 鳃硅9 8 麓藏精窿 5 ％ { ％ 霄壤 氇i ％0 1 ％ 电液效率低 玻好好 妊 毙无穗灌蒂电 0 3 0 0 k w h ／t A L5 0 0 k w h ／t A L 5 0 眩h 趣A L 技术水平砷年代7 0 堆代束鼢绎代求9 0 9 f ℃ 垮渡系数疆7 5 赫＆9氇 嫌帮 9 0 d B舢咂9 0 d B 功率随数高中 n 909 电压鹫壅率2 ％ ≤2 ％ 增产0曲I ％燃蝴 绦台控蛰1 0 Y ／a1 4 0 ％1 0 0 ％ 维修莹 太 中 小 小 备谗墨，} 徽套瞬堆基坶簿淡察荔 敷势 幢按 ※为优选方寨． 梭修工作量。 综上所逮，晶麓嚣盎魂稳流方燕程技术 上，经济上的傥越性是显觅豹。在今后豹新 建交扩麓的孛拳锯厂孛，栗蠲匡产辩晶臻管 熬流装鬣 晶闸管元件和快熔进口 作为铝 魄释静璐电潦怒一种优选方案。 4晶阐管巍动稳流系统应用炱锲 某电解镪厂整溅所带1 ％台电解糖，系 辫电压8 5 0 V ，系列电流7 5 k A ，熬流掰由 1 1 0 k V 壤摊擞毫。该整溅所始燕子1 9 5 8 年，采用递降式变电丽且机组容赣小、数量 多。其诲变、主变坶B 服役4 0 来年，整澈设备 技术参数落詹。能耗高，故障频繁。为此该 厂决定砖整溅掰进簿技术改造，更耱竣据以 放善供魄质量，并储姥扩建电解槽增加电解 镪产量。经遭选择努辑，该厂决定蘩溺 1 1 0 k V 窘降式晶闸管攘流装鼹，接线方式为 翔穗遂并联，势聚丽计算撬控翻。对予藏漉 设备，决定选择天传所消化吸收瑞士A B B 整 澈技术鬣，曾兔m 东稻厂制遗的太秘率晶闹 管整流装鬣。该装置技术先谶，性能可靠。 针砖使用晶阐管熬浅装墨繁寒的兔谗过滤稠 耐压倍数低、其控制调节系统舄受离援网倒 操稼避毫毯侵入粒干撬等闻题，采潮翔下技 术措旌 { 1 对熬瀛装置采取稳妥翡耱纛避毫簇 侵入环节和有效的屏蔽措施。 ￡2 采孀避搿关键嚣符和崧可靠静齄发 系统。 3 设麓我貌研制酌虑菠兼无翡补谣装 置，毙晶阕案整滚规组鳇正常莲褥挺摸基零 保证。 整藏机耀瓣童要技术参数为 1 整流变馐器容属5 0 0 0 0 k V A 嘲恻电蹑1 1 0 k V 8 ．5 ％，一5 ％ 、，L ． 接线努戚飞／， | ，＼ 2 整瀛嚣糕 输出直流额定电流3 5 k A 下转歪第4 8 页j 万方数据 上接第蟠页 输出直流额定电压1 1 5 0 v 赢流电难繁负赫调节裁隧0 ～1 0 0 ％ 器阐管嚣锌难尚通态电流3 7 鲍A 额定断态厦峰呶压4 2 0 0 V 该，一按J 墩方窳举用4 螽3 5k A ，l1 5 0 V 整 流帆缀改造最，系辫电流可强识弼8 2 k A ，魄 锵槽可增加割2 5 0 禽，系列年产蠡可携髓瓤5 嚣t 。为了辩决翘期授运 o a 壤攒俦为1 7 6 个，时功率霹数低姆问题，在裳攫器上设一 无藕抽头， 5结谤 改善镳电解蒎产毂烘魄魁源璇豢，皋是 自动稳流装鼹是跛祷铝电解生产指标，降低 电耗的墼鼹攒摭。袋用照嘲蛰整瀛装嚣，搏 为铝电解的擞毫咆潦并实现鸯磁德淹，患当 前铝厂供电撼流姻攮佳方寨。特别是针对国 内中小铝厂擞藏所的改造湃l 扩建，采用翻产 的犬功攀晶闸餐整流装置 赫闻鞯嚣搏、快 熔进硪 幂失为一静既籀缳诞技米先进、霹 靠．而又节省投资的最优选择。蔼要说明～ 点，避口霓件的价橇还比较贵，但是，随彗匡 产的大功率晶耀管嚣辞蕨蠼抟提亵，逐步过 渡到采用国产晶嬲鸶元传代替进￡l 元件戡蔓 艟体现爨器嘲臀整滚装疑触优越能。 参考交敲 沈嘏锚镁设群究院电力塞爆．硅整流辫怒蠢搜 计．1 k 寐玲盎王北惑版技，1 9 8 2 , 筛嚣蹙．锅电解 冶袅工照氆麟毓，1 9 8 Z 刘忏斌等．赣盒属，i 9 魅4 。 摩耩，串强彀芏技术学会辩一瑶奄纯攀懿潼壤辣 籍搜零耩讨袅。1 9 9 7 。 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