某某电解铝厂节能优化工程可行性研究报告书(节能补助资金申请报告书).doc

某某集某某铝业有限公司
电解铝厂节能优化工程
可行性研究报告

某某 省 工 程 咨 询 院

目 录
第一章 总 论 1
第一节 项目名称及承办单位 1
第二节 可行性研究的依据与范围 3
第三节 可行性研究的结论 5
第二章 项目提出的背景及建设必要性 8
第一节 项目提出的背景 8
第二节 项目建设的必要性 10
第三章 建设地点与建设条件 12
第一节 项目改造地点 12
第二节 建设条件 12
第四章 节能优化工程建设方案 16
第一节 企业生产现状 16
第二节 306kA铝电解槽不停、降电停槽、开槽 18
第三节 铝电解槽控制系统优化改造 24
第四节 110kV整流所滤波补偿装置节能整改 26
第五节 采用离心式压缩机替代活塞式压缩机造 31
第六节 利用余热烟气加热导热油系统改造 33
第五章 节能管理机构及措施 37
第一节 节能管理机构 37
第二节 节能管理措施 39
第六章 环境保护、安全防护 44
第一节 环境保护 44
第二节 安全防护 45
第七章 建设实施与工程进度安排 48
第八章 投资估算、资金筹措与还款计划 50
第一节 估算依据及说明 50
第二节 投资估算 50
第三节 资金筹措 51
第九章 经济效益分析 52
第十章 环境效益和社会效益分析 54
第十一章 结论与建议 55

附件及附图：

1、委托书复印件；
2、营业执照复印件。

兖矿科澳铝业有限公司电解铝厂节能优化工程

第一章 总 论

第一节 项目名称及承办单位

一、项目名称
某某某某铝业有限公司电解铝厂节能优化工程。
二、项目建设地点
某某某某铝业有限公司电解铝厂内。
三、项目承办单位
某某某某铝业有限公司
四、项目承办单位及概况
1、单位名称：某某某某铝业有限公司
2、注册资本： 47.3246亿元
3、法定代表人：
4、联系电话： 联系人：
5、单位概况：
某某某某铝业有限公司（以下简称某某公司）现有员工2720人，总资产47.3246亿元，拥有发电、电解铝和碳素三大生产系统。电解生产系统采用306kA大型点式下料预焙阳极电解槽，该槽型尺寸合理，槽况稳定，磁场、力场、热场、电场结构先进，节能、环保效果显著。氧化铝输送采用超浓相输送技术，电解及阳极碳素系统采用烟气干法净化，回收采用蜂窝菱形大布袋收尘技术。阳极生产系统采用回转窑

1

兖矿科澳铝业有限公司电解铝厂节能优化工程

企 业 基 本 情 况 表

单位：万 元
企业名称
某某某某铝业有限公司
法定代表人
闫吉太
企业地址
某某省邹城市
联系电话
0537－5386161
企业登记注册类型
有限责任公司
职工人数
（人）
2720
其中技术人员（人）
189
隶属关系
地方
银行信用等级
AAA
有无国家认定技术中心
无
企业总资产
473246
固定资产原值

固定资产净值

资产负债率
%
企业贷款余额

其中：中长期贷款余额

短期贷款余额

主要产品生产能力，国内市场占有率，2007年水、能源及相关资源消耗量
年生产电解铝14万吨 ，铝用阳极碳块8.2万吨，设计年发电量22亿kW·h。2007年水资源消耗量60.9万立方米，消耗电量215392.464万kW·h、煤泥176223吨 、煤矸石498324吨。
年度（近三年）

企业经营情况
2005年
2006年
2007年
备注
销售收入

利润

税金

2

煅烧、连续混捏、振动成型、敞开式环式炉焙烧工艺，关键技术装备由德国、法国、美国等引进，主要检验设备由瑞士引进，博采国内外碳素行业的先进技术。发电系统采用了哈尔滨锅炉厂与德国EVT技术合作制造的440t/h和220t/h煤泥、煤矸石循环流化床混烧锅炉，均为当时国内同类型最大容量锅炉，属世界领先燃烧技术，填补了国内空白。上述系统设备运行安全可靠、经济合理、自动化水平高。无论是从原材料单耗、能耗还是污染物排放指标，均达到国内领先、国际先进的水平。
2004年底通过了质量、环境、职业健康安全、实验室等“四标一体”体系整合认证；2006年1月电解铝厂顺利通过国家环保总局验收，成为全国第一批环保达标的电解铝生产企业。
五、可行性研究报告编制单位
（1）某某省工程咨询院
1、单位地址：济南市解放路30—1号国华大厦
2、工程咨询资格等级：甲级
3、工程咨询资格证书编号：1030119001
4、发证机关：国家发展和改革委员会

第二节 可行性研究的依据与范围
一、可行性研究的依据
1、国家及某某省有关政策、法规、规定；
2、现行有关技术规范、规定；
3、国家发展改革委员会关于项目可行性研究报告内容和深度的规定要求；
4、《国务院关于加强节能工作的决定》；
5、国家发展和改革委员会《节能中长期节能规划》；
6、济宁市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要；
7、项目承办单位提供的有关技术基础资料；
8、有关部门、单位出具的证明；
9、某某某某铝业有限公司委托编制本项目可行性研究报告的委托书。
二、编制原则
1、采用国内外经实践证明为成熟、先进、可靠的工艺，确保改造后节能减排，并能稳定运行；
2、在可靠的前提下，尽可能采用国产技术与设备；
3、贯彻可持续发展战略，力求做到发展经济与保护环境同步，在节能减排的基础上减少“三废”排放和污染；
4、立足本地资源，优化技术方案，尽可能减少项目投资，提高项目经济效益和抗风险的能力；
5、设计贯彻工厂规模大型化、布置一体化、建筑物轻型化、公用工程社会化的四化方针；
6、严格执行国家有关法律法规，强制性设计标准及节能规范，保证工程设计质量；
7、结合场地现状，努力做到布局合理，节省占地；
8、增强环保意识，三废治理与工程建设实现“三同时”；
9、认真贯彻劳动法，加强劳动安全和工业卫生防护设计的措施，保证生产人员的身心健康。
三、可行性研究的范围
1、项目提出的背景及建设必要性；
2、建设地点与建设条件；
3、节能优化工程建设方案；
4、节能管理机构及措施；
5、环境保护、安全防护；
6、建设实施与工程进度安排；
7、投资估算及资金筹措；
8、经济效益分析；
9、环境效益及社会效益分析；
10、结论与建议。

第三节 可行性研究的结论
本项目符合科技兴国、强国的基本国策和国家大力推广节能减排的有关政策，响应国家提出的创建“节约型社会、发展循环经济”的号召，有利于使国民经济得到可持续快速发展及国家经济实力的显著提高。该项目实施后，将大大降低公司的产品用电单耗，降低企业成本，对进一步降低企业能源消耗水平，具有典型示范作用，其社会经济效益显著。企业目前拥有较强的技术力量、丰富的生产经验和雄厚的经济实力，技术改造条件已基本成熟。
一、节能优化的主要内容
该项目采用节能型设备及先进适用技术，主要从5个方面对公司现有生产系统即能量系统进行节能改造：
1、306kA铝电解槽不停、降电停槽、开槽；
2、铝电解槽控制系统优化改造；
3、110kV整流所滤波补偿装置节能整改；
4、采用离心式压缩机替代活塞式压缩机；
5、利用余热烟气加热导热油系统改造。
二、总投资及资金来源
本项目估算总投资为3045万元，按照项目承办单位提供的资金筹措意见，所需资金拟通过以下方式解决。
1、通过银行贷款1000万元；
2、企业自筹资金2045万元。
三、建设期
本项目建设期2年。
四、效益分析
该项目通过节能措施的成套实施，可实现在现有的耗能基础上再节标煤1.27万吨，实现节支635万元，经济效益显著。
本项目通过实施节能技术改造，投用新型节能技术、设备，一方面减少生产能耗，为国家节约大量的资源，另一方面，该工程解决了大量生产中存在的事故隐患，安全生产系数得到提高，职工工作环境得到改善，实现了经济效益和社会效益双赢的目的。项目建设是必要的、可行的。
第二章 项目提出的背景及建设必要性

第一节 项目提出的背景

中国经济增长模式的主要特征是投资推动和高增长。近三十年来，国内生产总值增长率年均为9.5%；在大部分时期，投资在国内生产总值中的比重大于40%；现在接近50%。中国经济中的主导一直是重工业。在1985年，重工业比重占国内工业总产值的55%。1990年降到50%，2000年回升到60%，2005年高达69%。在经济增长和城市化进程引起的大规模基础设施投资的推动下，重工业，尤其是高耗能产业在近几年经历了最快速的发展。
近期中国能源消费的快速增长将能源需求推上了一个更高的台阶。在这一基数上，即使能保持较低的能源消费增长，能源需求的绝对增量也将是巨大的。2006年能源消耗达到24.6亿吨标准煤(大约占世界能源总消耗的15%)。如果将能源需求降低到5%，年增加量也需要1.23亿吨标准煤。事实上，如果GDP增长为9%，以目前的经济结构和增长方式，很难将能源需求降低到5%。因此，2007年4月10日国家发改委公布《能源发展“十一五”规划》，将2010年一次能源消费总量目标控制目标为27亿吨标准煤左右。
因此，节能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针，也是当前一项极为紧迫的任务。能源紧缺已成为当今全球制约经济发展的瓶颈，开源与节流是解决能源危机的两大途径，而开源的过程是艰辛和漫长的，相比之下，节约的途径是最佳的，一方面需要的投资额不是很大，另一方面随着科学技术的日新月异，各项节约能源的技术、工艺、产品及设备也层出不穷，为我们提供了巨大的选择空间，再者国家政策的支持与资金的扶持，从经济手段上为能源的节约提供了有利条件，不久的将来，随着人们意识的不断提高，节能的行为将会被每一位有责任心的公民所接受和认可，节能政策也将被国家列为举足轻重的治国之策。大力推行节能技术改造，是符合国家能源政策，符合《节约能源法》、《国务院关于加强节能工作的决定》和国家发展改革委《节能中长期专项规划》中提高能源利用率的精神，是加快建设节约型社会，缓解能源约束矛盾和环境压力，促进经济社会可持续发展的需要，是减缓企业电源容量不足的需要，更是降低成本增加企业效益的需要。
当前我国有色金属行业的发展已经进入了一个新的阶段，煤炭价格的持续走高，烟气、废水达标排放等使企业感到空前的压力。单纯依靠资源、能源的优势和劳动力价格低廉来谋求发展的模式已经难以为继。我国有色金属行业能耗平均水平却远高于国际平均水平，说明我国有色金属行业在当前技术条件下，具有巨大的节能潜力。
某某某某铝业有限公司年生产电解铝14万吨，年生产铝用阳极8.2万吨，年发电量能力22亿kW·h。2006年水资源消耗量60.9万立方米,消耗电量215392.464万kWh、煤泥176223吨 、煤矸石498324吨；环保设施齐全，经监测该公司SO2排放浓度为373mg/Nm3；符合GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准第2时段SO2排放浓度≤800 mg/Nm3的要求，比国家标准降低了427mg/Nm3。生产水采用循环利用的方式，污水达到了“零排放”。
由于该公司投产时间短，职工运行经验少，工艺设备存在能耗高等问题，具有很大的节能降耗的潜力。为此，公司确定对生产系统进行全面的升级改造，进一步提高企业的能源利用水平，降低企业成本，将企业建成国内一流的有色金属生产企业。
本项目既是在上述背景下提出的。项目建设条件较好，进行下一步运作的条件已经基本成熟。

第二节 项目建设的必要性

一、符合国家产业政策
2005年12月2日，经国务院批准，国家发展与改革委颁布了新的《产业结构调整指导目录（2005年本）》，该目录将国内企业分为鼓励、限制和淘汰三类。该目录将对经济社会发展有重要促进作用，有利于节约资源、保护环境、产业机构优化升级的关键技术、装备及产品列为鼓励类项目。该目录将节能、节水、环保及资源综合利用等技术应用列为鼓励类产品。
国家“十一五”发展规划中指出：强化能源节约和高效利用的政策导向，加大节能力度。通过优化产业结构特别是降低高耗能产业比重，实现结构节能；通过开发推广节能技术，实现技术节能；通过加强能源生产、运输、消费各环节的制度建设和监管，实现管理节能。突出抓好钢铁、有色、煤炭、电力、化工、建材等行业和耗能大户的节能工作。
济宁市国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中指出：以资源高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为特征，以节能、节水、节地、节约矿产资源和原材料为重点，依靠科技进步，全面开展节能降耗和资源综合利用，大力发展循环经济，加快建立节约型社会。开展循环经济的试点示范，推动全市循环经济发展。在煤炭、建材、电力、轻工、化工等高资源消耗行业建立线上的中循环。分行业制定并实行指导性标准，转变经济增长方式，走新型工业化道路。
某某某某铝业有限公司依托自身的资金、技术优势，进行节能技术改造，符合国家有关产业政策和地方发展规划。
二、可以进一步提高企业的能耗水平，降低企业成本，将企业建成国内一流的热电联产生产企业
某某某某铝业有限公司具有很大的节能降耗的潜力。公司着眼于长远发展的需要，一方面采用高新技术改造实现内部挖潜；另一方面通过积极吸收国内外先进的节能技术、设备和先进的管理经验，使公司实现真正意义上的节能，进一步提高企业的能耗水平，降低企业成本，将企业建成国内一流的有色金属生产企业。
第三章 建设地点与建设条件

第一节 项目改造地点

本项目为某某某某铝业有限公司节能优化工程，属于原有项目内部挖潜改造。改造的地点公司厂区内，本项目拟对五个方面的内容进行改造。
1、306kA铝电解槽不停、降电停槽、开槽；
电解车间
2、铝电解槽控制系统优化改造；
电解车间、调控中心
3、110kV整流所滤波补偿装置节能整改；
动力车间
4、采用离心式压缩机替代活塞式压缩机；
动力车间
5、利用余热烟气加热导热油系统改造。
煅烧车间

第二节 建设条件

一、地形、地貌及地质
邹城市是某某省直辖县级市。位于某某省西南部，地处东经116°24′—117°30′，北纬35°11′—35°32′，是中国历史上著名的思想家、教育家孔子和孟子的诞生地，素称“孔孟桑梓之邦，文化发祥之地”。邹城东倚沂蒙山区，西临鲁西平原，南襟徐淮要冲，北枕泰岱南脉与鲁都曲阜毗邻，总面积1613平方公里，城市建成区面积24平方公里。
邹城市地貌景观复杂多样。其总地势东高西低，北高南低。全市平均海拔77.8米。山区峰峦叠嶂，丘陵逶迤起伏，平原沃野千顷，三种地貌各占三分之一。邹城市属淮河流域，境内有泗河、沂河两大水系，包括大小河流40余条，大、中、小型水库110座。其中，较大的河流有泗河、白马河、城南大沙河、城前大沙河、大沂河、石墙河、龙河等13条；较大的水库有孟子湖、莫亭水库等。本市河流多发源于境内，河水主要来源于降水，基本无客水入境。大部分河流属季节性间歇河，河道宽浅，源短流急，呈辐射状流向。河底多为沙质，河水含沙量大。邹城市属暖温带过渡型季风气候，四季分明，气候温和，风光秀丽。
二、气 象
1、气 温
邹城市属暖温带，为东亚大陆性季风气候区，四季分明，降水集中，雨热同步，冷热季和干湿季区别明显。全市年平均太阳辐射总热量120.64千卡／平方厘米，年日照时数为2l51—2596小时，平均占可照时数的55％，年平均气温为14.1℃，日平均气温稳定超过0℃农耕期297天，其间大于0℃的积温为5217℃，日平均气温≥10℃的活动积温为4697℃，持续217天。全年无霜期平均为202天，平均初霜日在10月28日，平均终霜日在4月8日。年平均降水量为777.1毫米，主要集中在6、7、8月份，年最大降水量为1225.5毫米，年最小降水量为434.4毫米，年际之间和年内各季节的降水极不平衡。历年平均相对湿度64％。
三、地温与冻土
区内年均地温为14.4—16℃。地面温度的变化趋势是：春季地温开始逐渐升高，夏季最高，平均地温在27℃以上；然后地温开始逐渐下降，冬季最低，平均地温在0℃以下。1月份地温均在-1.5℃以下，4月份均在16.9℃以下，7月份平均达到29.4℃，10月份均降至16.6℃以下
四、配套条件
1、技术条件
某某某某铝业有限公司特别重视对知识人才、专业技术人才的培养和使用。目前，公司在册员工为2720人，其中大学本科学历有38人，大专学历有34人，中专学历有57人，中技学历有324人，高中学历有1735人。大中专毕业生从事技术研发和技术管理工作。
公司按照“以人为本、共同发展”的原则，按照公司整体发展格局要求，每年投入50余万元用于员工的教育培训，为优秀员工技术、业务成长奠定基础，使员工整体素质得到提高，使公司技术实力得到了提升和保障，夯实了实施节能优化工程的技术基础。
2、给排水
邹城市境内水资源主要由地表水和地下水两部分组成。境内地表水主要是季节性降水，年均降水总量为12.34亿立方米，平均地下水天然补给量2.21亿立方米。
　　目前全市共建成各类水利工程2万余处，其中大、中型水库各1座，小型水库108座，塘坝650座，总库容2.28亿立方米。项目区位于现厂区内，本项目拟采用矿井水，水源引自原厂区供水管网；项目生活污水经处理后全部用于场区绿化浇洒，不外排；原厂区内有雨管网，雨水可就近排入原雨水系统。
3、供电
邹城市电网遍布全市城乡,供电能力自给有余。本项目电源线引自现厂区变电站，供电有保证。
4、通讯
固定电话达到19.14万部；移动电话33万部，增长58.66%。因特网户数1.55万户，增长15.9%。交换机容量达26.43万门。
5、交通
京福高速公路贯穿全市， 5小时可分别直达北京、上海、青岛等大中城市；1小时可直达济南国际机场。某某某某铝业有限公司出入交通十分便捷。

第四章 节能优化工程建设方案

第一节 企业生产现状

该公司的主要生产环节可大致分为：供变电系统、铝电解系统和阳极生产系统等。电解铝生产工艺及设备为：氧化铝、冰晶石、氟化盐铝加入306kA预焙阳极电解槽中，通入强大的直流电，在945～955℃温度下，原料变为熔融状态的电解质并发生复杂的电化学反应，氧化铝被分解，在阴极析出液态金属铝，铝液定期用真空抬包抽出运到铸造部，经保持炉除渣后由连续铸造机浇铸成铝锭。在电化学反应过程中，碳素阳极与氧化反应生成CO2和CO而不断消耗，通过不断更换预焙阳极块进行补充。

电解所需阳极由阳极系统生产。主要生产原料有石油焦和沥青。先将石油焦粗碎后入回转窑中进行煅烧，除去水分和挥发份，即为煅后焦；再与残极、生碎等回收料破碎、磨粉、配料后与熔化的液态沥青进行混合。混捏的糊料经振动成型机制成生阳极块，冷却后送至阳极焙烧炉在1200℃温度下焙烧，除去挥发份并进一步提高理化指标形成焙烧块，经与阳极钢爪组装后形成阳极组用于电解生产。
电捕净化

公司具备年发电22亿kWh ，年生产电解铝14万吨，铝电解阳极8.2万吨的生产能力。生产线设备配置先进，控制自动化程度高，采用DCS控制系统对生产线上所有设备进行集中控制；环保设施齐全，经监测，锅炉SO2排放浓度为373mg/Nm3，符合GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准第2时段SO2排放浓度≤800 mg/Nm3的要求，比国家标准降低了427mg/Nm3。生产水采用循环利用的方式，污水达到了“零排放”。

第二节 306kA铝电解槽不停、降电停槽、开槽

一、现状
当前铝电解槽的寿命在1500天左右，当达到寿命终点时，就需要单台停槽检修。大修时，需要经过停槽、检修和开槽的过程，大修一台电解槽需要停电两次，这样对一个172槽的系列来说，每年计划停槽30台，需要停、送电60次，停电时间达50小时，原铝产量损失达700多吨/年。由于系列停电造成电解槽效应增加，能耗增加，每年的增加的电耗为210万kWh。且停电过程会严重破坏了电解槽的能量平衡，使生产效率降低，氟化氢等有害气体排放增加。更为严重的是这种大负荷的波动会对电网安全运行造成危害，而且会对发电设备造成较大的危害。因此，试验应用大型铝电解槽专用不停电短路装置，实现电解槽的不停电短路操作成为世界电解铝工业亟待解决的重大问题。
二、整改方案
（一）节能措施
长期以来，国际大型铝电解厂家及多家专业开关制造商，都曾致力于开发能够实现不停电停、开电解槽的方法和装置。国内铝电解行业的技术人员也进行了不懈的努力和尝试，并在小型电解槽上应用了“坐槽法停槽短路”技术和“降负荷短路操作”停槽技术，但对操作要求高，不确定因素多，安全性差，使其具有较大的局限性，由于未能从原理上根本解决不停电停、开槽的问题，因此只是个别企业在小容量电解槽上试用，未能推广。
本次整改在现有技术的基础上，结合公司电解生产的情况，实现大型铝电解槽在系列全电流状态下，以较为简便可靠，并充分保证设备及生产安全的前提下，进行停、开槽短路操作，以彻底解决我公司电解系列单台电解槽大修必须系列停电的重大技术难题，为公司开创新的节能增产、降耗环保途径并提高供电设备、铝电解槽寿命。
通过研究操作短路口过程中槽电流、电压转移的情况及系列高电压、强电流对操作的影响，分析计算运用大电流分流开关设备进行带电停、开槽电流转换变化规律，分析应用大电流分流技术及设备的安全性、可靠性及对电解系列可能存在的影响；研制大电流分流装置与电解槽的对接装置，实现适用性和方便性；制定我公司电解槽预使用装置需要达到的技术指标，提出制造技术要求；进行不停电停、开槽的工业应用试验；最后在应用过程中对现有技术进行提高和完善。
（二）项目实施前后对比
1、原系统及能耗状况：
每一台电解槽需要大修,停、送电平均电解时间20分钟；未电解时间41分钟；产生效应74次，每次3分钟；在停、送电过程中电解槽用于保温的电流90A，电压4.2V,需要26分钟; 电解槽大修后在送电达到全电流6h后电流效率才能达到92%，在6h内的平均电流效率为90%。这样对一个172槽的系列来说，每年计划停槽30台，需要停、送电60次，停电时间达50小时，原铝产量损失达700多吨/年。
2、整改后系统及能耗状况：
经过整改电解槽大修不再需要停电，避免了由于大修电解槽停、送电带来的一系列的损耗，节能效果明显。
（三）节能量计算
1、节电量
每次停送电平均发生74次效应，每次效应3分钟，效应电压15V，电流315kA。不停送电节约电能为：
315×15×（3÷60）×74＝17483 kW·h
由于电解槽的电流强度在180kA以下不电解铝，所以在每次停送电过程中用于保温所消耗电量为：
90×4.2×（26÷60）×170=27846 kW·h
年节约电量：（17483+27846）×30=136 万kW·h
2、多产电解铝：
理论上原铝产量为：0.336kg/（kA.h.槽）。每次平均电解时间20min，平均工作电流为247kA（180kA以下不电解）。则不停槽多产电解铝为：
0.336×（20÷60）×170×0.001×（315×0.92-247×0.40）
= 3.64吨
停送电过程中电解槽未电解时间为41min，目前电流效率为0.92，则不停槽多产电解铝为：
0.336×315×（41÷60）×0.92×170×0.001
= 11.31
每次停送电流过程造成突发效应为74次，每次效应时间为3min，则不停槽多产电解铝为：
0.336×315×74×（3÷60）×0.92×0.001
＝0.38吨
电解槽在送电达到全电流6h后电流效率才能达到92%，在6h内的平均电流效率为90%，则不停槽多产电解铝为：
0.336×6×170×0.001×315×（0.92-0.90）×6000
=2.16吨
（五）实施效益分析
1、理论上原铝产量为：0.336kg/（kA.h.槽）。每次平均电解时间20min，平均工作电流为247kA（180kA以下不电解）。按目前铝锭的价格，我厂原铝价格大约为6000元/吨，则所产生的经济效益为：
0.336×（20÷60）×170×0.001×（315×0.92-247×0.40）×6000
= 3.64×6000
= 2.18万元
2、停送电过程中电解槽未电解时间为41min，目前电流效率为0.92，则不停槽所增加的经济效益为：
0.336×315×（41÷60）×0.92×170×0.001×6000
= 11.31×6000
= 6.79万元
3、每次停送电流过程造成突发效应为74次，每次效应时间为3min，则不停槽所增加的经济效益为：
0.336×315×74×（3÷60）×0.92×0.001×6000
＝0.22万元
4、每次停送电平均发生74次效应，每次效应3分钟，效应电压15V，电流315kA，每千瓦时按0.5元计算，则不停槽所产生的经济效益为：
315×15×（3÷60）×74×0.5＝0.87万元
5、由于电解槽的电流强度在180kA以下不电解铝，所以在每次停送电过程中用于保温所消耗电量将被节省，经济效益为：
90×4.2×（26÷60）×170×0.5=1.39万元
6、电解槽在送电达到全电流6h后电流效率才能达到92%，在6h内的平均电流效率为90%，则不停槽所增加的经济效益为：
0.336×6×170×0.001×315×（0.92-0.90）×6000
=2.16×6000
=1.29万元
每年可增加的直接经济效益为：
（2.18+6.79+0.22+0.87+1.39+1.29）×30＝382.2万元
三、主要特点及示范意义
本项目研制开发的技术及装置能够实现铝电解系列不停电停、开槽和大修焊接，节能效果显著。降低阳极效应减少了大量CO2及其它有害物质的排放量，减少了能源消耗；由于增加了电解槽的寿命，减少了由大修带来的废物排放，节约大量的资源，具有显著的节能和环保效果，符合国家的产业政策。
解决了铝电解槽系列单台电解槽大修系列停电的技术难题，避免了因此造成的供电负荷大幅波动对电解系列造成影响，改变了传统的生产操作模式，实现了电解铝在非事故条件下的不停电生产，对于高耗能产业的电解铝工业而言，在节能、增产、环保以及减少对电解槽设备危害都有着重要意义。
我国电解铝产能居世界第一位。除大型特大型电解槽系列以外，本项目技术及装置不仅适用于大型、特大型铝电解系列，而且对于中小型电解槽生产系列而言，完全能够适用。此外由于电解铝技术在世界范围内相同的技术特点，也适用于国外电解铝厂应用。因此本项目技术对于电解铝行业而言具有重大的推广应用价值和广阔的推广应用前景。

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兖矿科澳铝业有限公司电解铝厂节能优化工程

第三节 铝电解槽控制系统优化改造

一、现状
某某某某铝业公司是一个年产量14万吨的大型铝生产企业，装备了172台306kA电解槽，于2003年10月开始分批分期通电焙烧启动。投产四年来，槽况基本稳定，生产工艺管理基本正常，然而由于各方面原因，生产技术经济指标尚存在一定的差距。特别是铝电解生产的过程控制系统，不能很好地实施对电解槽的高效控制，控制水平低，控制效率低，这不仅影响电解生产的技术经济指标，而且直接影响电解槽的正常运行及电解槽寿命。鉴于以上原因，提出在现有铝电解生产工艺的基础上优化铝电解生产工艺，对电解槽控制系统进行优化改造。
二、优化方案
（一）节能措施：
本项目重点研究铝电解槽生产过程中的“电解质温度”、“初晶温度”和“过热度”的动态关系，进行铝电解槽的氧化铝浓度控制、氟化铝添加控制、槽电压控制、推导出当天的出铝计划，从而提高电流效率、降低效应系数。
由于不能直接在线检测电解温度和分子比,至今国内外铝电解槽控系统没有实现铝电解槽的“能量平衡”控制。目前国内外的铝电解生产槽控系统只能控制“物料平衡”中的氧化铝浓度，而影响“能量平衡”的槽工作电压的调整、产铝量的掌握、分子比(即氟化铝)的调节，均由操作管理者每天来完成。操作管理者的技术水平和经验的不同，会大大影响电解槽的指标。
以计算机为核心实现能量和物料双平衡的控制。可以实现“物料平衡”和“能量平衡”，建立现场工作站和多维数据分析系统，方便管理者掌握和评判电解槽的发展趋势；实现标准化操作管理；可以取得好的电流效率和低的效应系数。
电解控制工艺进行研究得出控制工艺模型
（二）节能量计算方法：
工
作
电
压
在
产
铝
量
钙
镁
锂
分
子
比
氧
化
铝
浓
度
初晶温度
电解质温度
人工控制
计算机控制
电
流
效
率
过热度

控制系统优化改造后，解决了硬件设备与控制技术两个方面的问题，保证了系统的稳定、安全运行，优化了电解工艺技术参数，提高了电流效率，克服造成死机、影响生产过程的连续控制等现象，减少维修维护工作量和运行成本。
按电流效率提高0.5%，直流电耗降低约75 kW·h，取以下参数计算经济效益（年产量按14万吨、电费按0.5元/kW·h，)：
增加产能：14（万）×0.5%=7000 吨
降低电耗：140000t×75 kW·h/t=1050万kW·h
由以上计算可以看出，仅仅节约电能和增加产量，就带来可观的效益，如果加上效应受控减少的电耗、阳极消耗等等，所带来的经济效益远不只这个数。
三、示范意义及主要特点
确定了铝电解槽“低分子比、低温、合适的过热度”的技术路线,充分利用信息化控制手段,实现过热度的在线控制,开发出天平式氧化铝浓度控制技术,确定了氟化铝添加的调整策略,实现设定电压在线自动调整,自动推导更为合理的出铝计划。由此实现电解槽信息化、标准化的管理模式,使电解铝的生产和管理更加规范、合理,减少了电解槽人为因素的影响。
优化改造后，稳定槽况运行，显著提高电流效率，大大降低了物耗及危害气体的产生，节能减排效果显著，社会效益巨大。

第四节 110kV整流所滤波补偿装置节能整改

一、现状
某某某某铝业公司电解铝厂滤波补偿装置于2003年12月26日投运至2004年5月7日停运。期间，滤波补偿装置多次出现电缆爆头导致滤波装置停运的事故，2004年5月7日发生3＃整流机组滤波补偿装置开关柜爆炸并且3＃整流调压变压器第三绕组（即补偿绕组）烧毁的恶性事故。因该装置多次出现事故，在原因未明的情况下，为确保整流机组的安全运行，自2004年5月7日事故停运。
近期，根据国家 “节能减排，降低能耗”方针的要求，为提高功率因数，降低损耗，在对滤波补偿装置前期故障认真分析的基础上，制定切实可行的改造方案，投运滤波补偿装置，达到降低能耗，增进效益的目的。
二、优化方案
（一）节能措施
通过对滤波补偿装置前期故障分析，提出改造方案，投运滤波补偿装置，提高功率因数，降低损耗。
1、电压互感器回路的整改
①电压互感器增加高压保险：通过加装电压互感器高压保险，能够在电压互感器发生谐振过电压的故障初期将电压互感器切除，以保护电压互感器并消除谐振源，此时低电压保护动作将整流调压变压器110kV侧断路器断开。
②更换原电压互感器为消谐电压互感器，消谐电压互感器能够有效地消除系统与电压互感器之间形成的铁磁谐振，避免系统产生过电压。
2、补偿装置保护定值整改
根据目前滤波补偿装置设备的原设计院保护整定计算认定，滤波补偿装置中的继电保护装置的定值是按照变压器额定容量来计算的，实际本滤波补偿装置可补偿的无功容量远小于变压器额定容量。其中，5次谐波实际补偿的容量为5760kVar，11次谐波实际补偿容量为9600 kVar。因此，该补偿装置原设计院提供的保护定值不能发挥有效的保护作用，按照补偿滤波装置的实际运行参数重新核对保护整定值。
（二）节能量测量
1、在现运行参数下，求取变压器和整流柜的等效阻抗
1）现运行参数如下：
功率因数 cosφ＝0.88
母线电压 U=114 kV
总功率 P＝238 MW
总电流 I＝1370 A
整流效率 η＝95.864％
平均每台整流机组的功率 P1=P/5=238/5＝47.6 MW
平均每台整流机组的电流 I1= I /5=1370/5＝274 A
整流变压器额定容量 Sn=84580 kVA
现整流变压器运行于65档，阀侧电压 U2=592.7 V
2）每台整流机组的总损耗
△P＝ P1（1-η）＝47.6×（1-95.864％）×1000＝1968.7 kW
①整流变压器等效阻抗
∵查《变压器出厂试验报告》，变压器负载损耗Pke=560.4kW，空载损耗P0=67.3kW。
∴每台整流变压器的损耗
△P1= P0+β2 Pke＝P0+ (I1/In)2 Pke= P0+ ( P1/Pn)2 Pke
=67.3+（47.6/（84.58×0.88) ）2 ×560.4=296.5 kW
∵△P1＝3(I1)2Z1
∴Z1=(296.5×1000)/(3×2742)=1.316
②整流柜等效阻抗
每台整流柜的损耗
△P2＝（△P-△P1）/2＝（1968.7-296.5）/2＝836.1 kW
∵U1/U2=I2/I1
∴I2=110000/592.7×274=50852 A
∵△P2＝6(I2)2Z2
∴Z2=836.1×1000/(6×508522)=0.000054
2、功率因数提高到0.9时整流效率计算
1）整流变压器一次侧电流
∵P1=U1I1 cosφ
∴I1=47.6×1000/(×114×0.9)=268 A
2）整流变压器的损耗
△P1＝3(I1)2Z1=3×2682×1.316=283561 W=283.6 kW
3）每台整流柜的损耗
∵U1/U2=I2/I1
∴I2=110000/592.7×268=49738 A
△P2＝6(I2)2 Z2=6×497382×0.000054=801533 W=801.5 kW
4）每台整流机组的总损耗
△P＝△P1+2△P2＝283.6+2×801.5＝1886.6 kW=1.887 MW
5）整流效率计算
η＝（P-△P）/P×100%＝(47.6-1.887)/47.6×100%=96.036%
可见，功率因数提高到0.9后，整流效率提高0.172%
3、功率因数提高到0.95时整流效率计算
1）整流变压器一次侧电流
∵P1=U1I1 cosφ
∴I1=47.6×1000/(×114×0.95)=254 A
2）整流变压器的损耗
△P1＝3(I1)2Z1=3×2542×1.316=254709 W=254.7 kW
3）每台整流柜的损耗
∵U1/U2=I2/I1
∴I2=110000/592.7×254=47140 A
△P2＝6(I2)2 Z2=6×471402×0.000054=719986 W=720 kW
4）每台