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  • 铜电解车间的节能设计
  • [2013-10-09]
  • 铜电解工艺是一种成熟的传统工艺,各厂家工艺条件也基本相同,但在车间的能耗上差别还是比较大。东营方圆公司先后建设了五个电解车间,在设计时不断改进,注重节能,为降低生产能耗打下了基础。阴极铜蒸汽、直流电的消耗分别由建厂初期的800kg/t、330kwh/t,下降到现在的380kg/t、272kwh/t,蒸汽消耗下降52.5%,直流电单耗降低17.6%。东营方圆在做电解车间的设计时主要在以下几个方面采取了措施:
      一、节气方面电解铜生产过程中,电解液起着传质、传热、导电的作用,保持电解液一定的温度是生产工艺的基本要求,一般控制在55℃-65℃。与环境温差较大,热量散失快,蒸汽消耗量大。为减少电解液热量的散失,我们采取的措施有:
      1.对电解槽全方位地保温东营方圆公司用的电解槽是钢筋混凝土衬玻璃钢的,平均壁厚90mm,正常生产时槽内电解液温度60℃,槽外壁温度达40℃,散热很快。后通过使用聚胺脂保温材料对电解槽底、两端进行保温,保温厚度40mm,保温后保温层外表面温度与环境温度基本一样;对槽面部分,分别试验过许多覆盖材料,通过对保温性能、耐烫性能、透水性能等进行对比,一种编织化纤布效果比较理想,透水、耐烫且寿命长。采取外壁保温,管道保温和槽面覆盖措施的电解槽节气效果明显。
      2.对低位槽进行保温、封闭东营方圆公司电解液循环低位槽也是采用钢筋混凝土衬玻璃钢的,四壁全部用保温材料保温,厚度40mm,槽上面用软胶板进行覆盖,为避免液位检查经常掀开软胶板,我们安装了液位指示器,标出正常、上限、下限的位置,解决覆盖问题的同时,也方便了液面高度的检查与调节。
      3.选用高效换热设备电解液的加热一般都是用蒸汽通过换热器的换热来实现的,换热器的换热效率对蒸汽用量影响很大,特别是电解液中易结垢成分较多时,在较短的时间内就会在换热器冷却槽附着上一层积垢,大大降低换热效率,因此,选择换热器时必须考虑板片流道分布是否合理,机构是否易于清除,板片和密封垫能否经常拆卸。还应考虑到有无利用热水资源来换热的可能性,如果有合适的热水资源可用,选择换热器时需按热水换热系数核算所需板片面积,以及热水的流量与阻力的大小。板片式换热器具有换热效率高,占地面积小,易于拆洗的优点,在电解铜生产上使用的越来越广泛,节能效果较好。
      二、节电方面铜电解生产过程中电的消耗占总能源消耗的60%以上,电耗的高低直接关系到企业的生产成本。东营方圆公司在节电方面主要采取了以下三项措施:
      1.选择高效的整流电源整流电源是电解生产的核心设备,起着整流、稳流的作用。通常我们选择整流设备时只注重输出电压、电流的能力是否匹配,对整流的转换效率不是很关注,而实际上在这一环节相差1%,一年的损失则是相当可观的,以一个年产4万吨的电解车间为例:按直流电耗275kwh/t计算,年用电1.1×107kwh, 其1%为1.1×106kwh,按电价0.5元/kwh,损失5.5万元/年,10年损失55万元。因此,选择整流设备时必须关注其转换效率。按国标《评价企业合理用电技术导则(GB/T 3485-1998)》中的要求,一般直流电压100v以上的,转换效率应在95%以上。
      电压的调节级差也应该考虑,避免出现触发角度过大的现象,合理选择起调电压以及有载开关的级数,正常运行时触发角在25o以内(适用于可控硅整流设备),保证功率因数在较高的水平上。
      2.直流线路的设计电解生产所用的电流一般都很大,低则几千安培,高则几万甚至数十万安培,在如此大的电流下,如果导电截面以及线路走向不合理,损耗是相当大的。通常设计时直流铜排电流密度在1~1.1A/mm2范围内,小型精炼厂由于电流强度不大,取1.4~1.6A/mm2的电流密度。但通过计算可得出按1.5A/mm2和1A/mm2相比,前者比后者投资省,但后者在运行时降低线路损耗的电量,在2~3年内就能省回增加的铜排费用。而一套整流设备寿命在10年以上,可见设计时选取较低的电流密度是经济的。
      在15000A的电流下每米铜排损耗270~400W,每年1米铜排损耗电量2300~3500kwh,因此,在设计铜排线路、布置整流设备时铜排力求做到最短,即使缩短1米长,这种“永久性”的节电量也相当可观。
      3.选取合适的极距以及极板面积电解过程中电解液电压降占槽电压的30%~67%,按照R=ρ?I/S公式,电解的极距相当于电阻公式中的I,极板总面积相当于S。因此,设计时要结合人员操作水平、自动化程度、两极加工质量等因素,选择较短的极距,较大的极板面积。
      三、结语在设计阶段充分考虑到节能,对将来生产过程中能耗的降低起着主要作用,如果设计的不合理,再进行各种各样的改造,将带来较大的经济损失。因此进行节能设计有利于产品的节能降耗,保护生态环境。

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