Проработка вариантов развития и оптимизации технологических процессов на новых производствах АО

Глава 2. Перспектива и вероятное применение технологии Ра-550
2.1. Особенности применения технологии Ра-550
Производство анодов и анодной массы в настоящее время сопровождается производством алюминия. Производство анодов происходит на производственных предприятиях алюминиевых заводов, полностью или в основном оснащенных электролизерами с предварительно обожженными анодами (ОА).
Практически на всех заводах осуществляется массовое производство анодов, оснащенных электролизерами с самообжигающимися анодами. Определение НДТ производства анодов и анодной массы будет заключаться в подборе устройств и установок газоочистки к стадиям производства, обеспечивающих наименьший удельный выброс загрязняющих веществ в технологическую атмосферу. Сброс сточных вод и образование отходов производства анодов и анодных масс не является ограничивающим фактором, так как алюминиевые заводы используют замкнутый водооборот, а основные отходы печей обжига и прокаливания зависят от ухода за покрытиями. срок службы, который практически одинаков для всех рассматриваемых отраслей.

4.1.1 Описание технологии производство анодной массы для самообжигающихся анодов
Это производство идентично на всех заводах и имеет практически одинаковое оборудование. Используемое оборудование:
- Передел хранения и приготовления кокса - конвейеры, конвейеры, дробилки, грохоты, мельницы;
- Смесительно-формовочные цеха - дозаторы, смесители, формовочные устройства;
- Передел обжига - обжиговые печи, сушильные установки;
- Размещение пекохранилищ и пекоподготовки - пекоприемников, пекоплавильных заводов.
К основным техническим решениям по снижению выбросов загрязняющих веществ относятся:
- Использование систем газоочистки на стадиях хранения и переработки кокса. Возможно использование одного или нескольких типов следующих газоочистных устройств: циклон, электрофильтр, рукавный фильтр. Данные технические решения позволят снизить выбросы пыли в атмосферу при дроблении и транспортировке кокса.
- Использование газоочистных установок на стадии прокалки кокса. Возможно использование накопительного циклона и (или) электрофильтра. Эти технические решения позволят сократить выбросы пыли в процессе прокаливания кокса и твердых частиц в процессе сжигания топлива, используемого в печах для прокаливания.
- Использование установок сухой газоочистки (реактор + рукавный фильтр) на стадиях смешения и формования. Данные технические решения направлены на снижение выбросов каменноугольного пека, возгоняемого в процессах смешения и формования анодной массы. Показатели концентраций выбросов маркерных загрязняющих веществ, характеризующих технологию массового производства анодов, признанных НДТ.

2.1.2 Описание технологии производства обожженных анодов
Применяемое оборудование: - реконструкция коксохранилища и приготовления - конвейеры, конвейеры, а также дробилки, грохоты, дробилки;
- этапы смешения и прессования - дозаторы, смесители, вибропрессы;
- перераспределение обжига анодов - многокамерная кольцевая обжиг;
- смолохранилища и подготовка - смолоприемники, смолопотоки;
- монтаж и демонтаж анодов после отжига - печей ИЧТ, конвейеров, систем очистки шлака, дробилок.
Основными техническими решениями, направленными на снижение выбросов некоторых загрязняющих веществ, являются:
- применение газоочистных устройств на стадиях хранения кокса и его подготовки. Возможно также использование одного или комбинации следующих типов газоочистителей: циклон, тканевый фильтр.
Снизить выбросы пыли в атмосферу при дроблении и транспортировке кокса позволит внедрение данных технических решений. КПД этих ГОУ может достигать 98%; использование газоочистного оборудования на стадии обжига анодов. Можно использовать сухой скруббер (реактор + рукавный фильтр) или мокрый скруббер. Применение таких технических решений позволят снизить выброс в атмосферу некоторых загрязняющих веществ от процесса анодного горения. Более эффективна сухая очистка газов: пыли - 99 %, газообразных фторидов - 99 %, пека каменноугольного возгоненного - 98,5 %. «Мокрый» ГОУ со скруббером обеспечивает следующие показатели: пыли – 84 %, газообразных фторидов – 98 %, пека возгоненного каменноугольного – 70 % – 75,5 %, диоксида серы – 90 %. Эффективно и предпочтительно «сухое» ГОУ, но оно не удаляет диоксид серы, таким образом исходя из условий выбор типа ГОУ определяется расположения предприятия и уровня загрязнения окружающей среды дно территории; - использование устройств сухой газоочистки (имеется в виду реактор + рукавный фильтр) на стадиях прессования и смешения.
Следовательно, предложенные технические решения направлены на снижение выбросов сублимированного углеродистого пека при производстве «зеленых» анодов. КПД этих ГОУ может достигать до 98 % по пыли и до 90 % по каменноугольным возгонам; - использование рукавных фильтров в цехе сборки анодов. Направленность таких технических решений на снижение выбросов пыли. Эффективность фильтра может достигать 99%.

2.1.3 Технология производства первичного алюминия
В промышленных алюминиевых литейных производствах применяются три технологии электролиза: - технология электролиза в электролизерах с предварительно приваренными анодами (ВА); - Технология электролиза в электролизерах с самовоспламеняющимися анодами и кросс-узловым источником питания (ТВ); - Технология электролиза в электролизерах с самовоспламеняющимися анодами и боковой подачей на анод (БТ). Потому что сброс сточных вод и образование промышленных отходов не являются доминирующими факторами для технологии электролиза.
Технология электролиза на электролизерах ОА характеризуется отсутствием выбросов смол и имеет самые низкие удельные выбросы загрязняющих веществ. Современные высокопроизводительные электролизеры, внедряемые на отечественных алюминиевых заводах, оснащены высокопроизводительными корпусами из листового металла с коэффициентом отбора газов до 98%. Для очистки газов электролизеров используется высокоэффективный «сухой» ГОУ с КПД более 99%. Учитывая уровень выбросов и ресурсоэффективность технологии обожженных анодов, целесообразно использовать ее в качестве основы для проектирования и строительства новых электростанций. В качестве НДТ для технологии высокотемпературного электролиза рекомендуются следующие технологии:
1) технология БТ «ЭкоСодерберг»;
2) Технология BT с производственной системой.
Технология ВТ с ПНГ и «сухим» ГОУ является переходом на технологию ЭкоСодерберг. Учитывая степень промышленного внедрения технологии электролиза БТ (предприятие из РФ), отсутствие экономически целесообразной альтернативы замены данной технологии электролизом с использованием обожженных анодов, целесообразно применение технологии электролиза БТ на действующем предприятии с использованием Русский бестселлер. Мерами по минимизации выбросов в атмосферный воздух являются «сухая» газоочистка и дополнительная герметизация анодного блока. Практически все алюминиевые литейные производства характеризуются наличием замкнутого водяного контура и захоронением изношенных покрытий на промышленных полигонах с возможностью частичной реализации третьим лицам в зависимости от потребности и рынка сбыта в регионе.
В условиях нестабильной экономической конъюнктуры перед производителями алюминия в настоящее время стоит задача достижения наивысших технико-экономических показателей в расчете на одну производственную площадь и одновременное снижение материальных и «энергетических» затрат. Актуальными становятся оптимизация технологических параметров на мощных сильноточных электролизерах и реализация проектов и технологий электролитического производства алюминия на ток более 550 кА. Темами становятся оптимизация технологических параметров мощных, сильноточных электролизеров и реализация проектов и технологий электролитического производства алюминия на ток более 550 кА. Существующие технологии высокоамперного электролиза в электролизерах с пламенным анодом 300-400 кА продемонстрировали возможность дальнейшего повышения эффективности процесса, улучшения конструкции, оптимизации перспективных технических решений с использованием новых материалов и высококачественного сырья.
В настоящее время только два завода, КрАЗ и БрАЗ, построенные в 1970-х годах, производят 50% всего российского алюминия с КПД 88-89% и потреблением электроэнергии 16 200 кВтч/т.
Показатели, достигнутые на основных зарубежных алюминиевых предприятиях, подтверждают эффективность выбранного направления: текущий КПД достигает 95%, энергоемкость процесса 12 500-13 000 кВтч/т Al, расход анодов 500-510 кг/т. Al, фтористый алюминий 15-17 кг/т Al. Использование анодов после отжига значительно снижает выбросы смолистых элементов, в том числе бензапрена и других вредных компонентов. Возможность использования большего количества герметичных укрытий с высокопроизводительными автоматизированными системами подачи глинозема, сокращающими время работы электролизера с открытыми укрытиями [3,4], помогает сократить выбросы вредных веществ в сильноточные электролизеры.
Основными особенностями, отличающими высокоамперные технологии от электролизеров средней мощности, являются:
- использование глинозема песочного типа, фторированных солей, фторированного глинозема и вторичного криолита для питания электролизера (только через системы ПНГ)
- работа в определенном диапазоне низких концентраций глинозема 2-5% по технологии без анодной пропитки (0,05 части/сутки);
- низкий уровень металла (18-20 см3) и высокий уровень электролита (20-22 см3);
- использовать в процессе только кислые электролиты с определенным диапазоном КО = 2,2-2,4;
- отказ от использования свежего криолита вместо вторичного криолита;
- использование фторалюминиевых ГОУ в качестве источника энергии и регулирование СО по заданным алгоритмам;
- возможность работы при плотностях тока, близких к критическим значениям 0,9-0,95 А/см2;
- высокие скорости (до 18-20 см/с) расплавленного материала в электролитной ванне с точками равновесия;
- новый состав обивочных материалов, гарантирующий стабилизацию теплового и материального баланса;
- технология «Автоматизированные объекты» с многофункциональными кранами, механизмами и робототехникой для обслуживания с постоянным сканирующим контролем технологического состояния ячейки;
- Каркасный катодный блок с дополнительными ребрами охлаждения с использованием высокографитостойких катодных блоков и боковых карбидокремниевых вставок с искусственно сформированными покрытиями.
Увеличение удельной мощности электролизера и рациональное размещение основного технологического оборудования в электролизных корпусах обеспечивают увеличение съема металла с 1 м2 производственной площади и снижают удельные затраты на создание электролизного производства. Использование малоотходных и безотходных процессов, которые способствуют использованию разделенных химических веществ, также снижает эксплуатационные расходы.
За последние 20 лет за рубежом не было реализовано ни одного проекта электролизного производства, но проекты, разработанные в институте ВАМИ, нашли свое применение во многих странах мира. Тем не менее, ИТЦ РУСАЛ, не обращая внимания на ошибки и недостатки предыдущих проектов, отказавшись от сотрудничества со специалистами по электролизу ведущих российских вузов, приступила к разработке электролизеров на ОА с током 550 кА.
В научно-технических интересах разработать альтернативный элемент с амперной нагрузкой более 600 кА с последующим внедрением в некоторых странах Ближнего Востока и Азии, имеющих алюминиевые активы.
Модель электролизера «Электролиз РА-550» состоит из четырех основных узлов:
• Катодное устройство с модернизированным корпусом каркасного типа, 25-секционной углеграфитовой футеровкой, покрытой специальным встроенным двухстержневым титановым пьезоэлектрическим распылителем, имеет искусственную конструкцию и металлические сливные отверстия. Между блоками установлены вставки из карбида кремния, под блоками предусмотрен барьерный слой из нефелина для предотвращения образования электролитических линз. Боковое покрытие из карбида кремния имеет специальный профиль с учетом МГД-ситуации.
• Анодный блок, состоящий из трех комплектов, с 64 обожженными анодами, управляется независимыми приводами и механизмами трансмиссии для подъема и опускания анодного комплекта. Эти вариаторы позволяют регулировать МГД-профиль отливки в зависимости от ситуации. Аноды имеют специальные канавки для отвода анодных газов от подошвы, которые расположены под углом 30°, в отличие от существующих технологий.
• Катодные шины и анодные шины с 6 усиленными стояками и несимметричные катодные шины с компенсаторами.
• Укрытие с 64 боковыми крышками со специальными ручками, концевыми вентилями и системой газопроводов, обеспечивающей практически полную герметичность камеры, имеет дополнительный вентиляционный двигатель для равномерного отвода газов по всей длине.