電解鋁整流器水風(fēng)冷卻存在的問題探討

袁瑞敏

摘 要：在電解鋁生產(chǎn)過程中，需要直流電流，因此需要使用大功率的整流器。但在具體使用過程中，會(huì)因整流器溫度過高使電解鋁工作被迫停止甚至引發(fā)安全事故，因此需要對(duì)電解鋁的整流器進(jìn)行冷卻。在冷卻中，“水風(fēng)冷卻”因成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)水性能突出受到了人們的歡迎，在電解鋁發(fā)展中被廣泛應(yīng)用。本文主要分析電解鋁整流器水風(fēng)冷卻存在的問題，并由此提出針對(duì)性的解決措施。

關(guān)鍵詞：電解鋁；整流器；水-風(fēng)冷卻

中圖分類號(hào)：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）05-0068-02

Discussion on Existing Problems of Water Cooling in Electrolytic

Aluminum Rectifier

YUAN Ruimin

（Henan Shenhuo Aluminum Company，Yongcheng Henan 476600）

Abstract： In the process of electrolytic aluminum production， a DC current is needed， so a high power rectifier is required. But in the specific use process， because of the high temperature of the rectifier， the electrolytic aluminum work is forced to stop or even cause a safety accident. Therefore， it is necessary to cool the rectifier of electrolytic aluminum. In cooling， "water air cooling" has been welcomed by people because of low cost， stable operation and water-saving performance. It is widely used in the development of electrolytic aluminum. This paper mainly analyzed the problems existing in the water air cooling of the electrolytic aluminum rectifier， and put forward the pertinent measures to solve it.

Keywords： electrolytic aluminum；rectifier；water-air cooling

電解鋁就是通過電解得到的鋁?，F(xiàn)代電解鋁在工業(yè)生產(chǎn)中主要采用冰晶石-氧化鋁融鹽電解法。為了確保電解鋁的安全性和可靠性，會(huì)使用大功率的整流器水風(fēng)冷卻方式。神火鋁電公司永城鋁廠目前也采用水風(fēng)冷卻裝置，但在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)面臨夏季運(yùn)行溫度過高和冬季需要防凍等問題。為了解決這些問題，需要加強(qiáng)相關(guān)研究。

1 電解鋁整流器的冷卻

在電解鋁生產(chǎn)過程中，需要直流電流，因此會(huì)使用整流元件，也就是通過二極管或者晶閘管來把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。在電流轉(zhuǎn)換過程中，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果其超過了該系統(tǒng)的最大承受能力，整流元件就會(huì)因過熱被擊穿燒毀，導(dǎo)致事故的發(fā)生。為了保證整流元件正常工作，需要將整流元件產(chǎn)生的熱量通過媒介帶走，使運(yùn)行溫度控制在安全范圍內(nèi)。一般來說，在這個(gè)環(huán)節(jié)，會(huì)使用整流器中的整流橋臂水冷母線將熱量帶走，媒介為純水，然后再利用板式散熱器對(duì)純水降溫來實(shí)現(xiàn)散熱的目的。板式散熱器利用的降溫媒介為工業(yè)循環(huán)水，工礦企業(yè)一般稱之為“付水”。當(dāng)前，在這個(gè)環(huán)節(jié)，國內(nèi)外電解鋁大功率整流器冷卻使用的熱交換器一般是“水風(fēng)冷卻”和“水水冷卻”兩種方式。

整流機(jī)組冷卻系統(tǒng)包括變壓器的“油風(fēng)冷卻”和整流柜的“水水冷卻”兩部分，本文主要闡述整流柜的“水水冷卻”。水水冷卻運(yùn)行過程中會(huì)遇到以下問題：①水水冷卻系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷和閥門內(nèi)在質(zhì)量缺陷。付水系統(tǒng)給水泵密封損壞，形成內(nèi)漏，因多處閥門不能完全關(guān)閉、逆流閥不起作用，水路不能有效截止，檢修難度較大；系統(tǒng)水泵為臥式結(jié)構(gòu)，水泵與電機(jī)采用連體設(shè)計(jì)，水泵或電機(jī)一旦出現(xiàn)故障，檢修必須整體拆卸，作業(yè)時(shí)間較長，若進(jìn)行強(qiáng)行修復(fù)，可能出現(xiàn)泵房嚴(yán)重積水從而淹沒水泵。②單一的“水水冷卻”，系統(tǒng)安全相對(duì)薄弱，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響整流系統(tǒng)的安全運(yùn)行。如果形成“水水冷卻”和“水風(fēng)冷卻”兩種方式，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，因而增加“水風(fēng)冷卻”裝置勢在必行[1]。

“水風(fēng)冷卻”熱交換器使用的交換媒介是純水和空氣，二者分布在交換器內(nèi)部的兩側(cè)。在將多余的熱量帶走時(shí)，熱量會(huì)先經(jīng)過純水這一側(cè)，然后再經(jīng)過水風(fēng)熱交換器，通過風(fēng)扇完成降溫，將熱量傳送到大氣中，該工藝是一個(gè)隨著生產(chǎn)持續(xù)進(jìn)行的過程。

2 水風(fēng)冷卻方式的優(yōu)勢

“水風(fēng)冷卻”的使用可以使整個(gè)整流系統(tǒng)的可靠性得到大大提高。因?yàn)椤八L(fēng)冷卻”方式利用水和風(fēng)之間的作用，使周圍的氣流快速變化，因此冷卻效果比較好，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。在這樣的情況下，整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率較小，因此不需要在設(shè)備維護(hù)上消耗更多資金和費(fèi)用。同時(shí)，該方式主要使用純水和空氣作為基本素材，因此不需要消耗大量能源，降低了冷卻成本。

3 水風(fēng)冷卻方式存在的問題

“水風(fēng)冷卻”方式在安全性、節(jié)能性、穩(wěn)定性和競技性方面是比較突出的，但在使用中也存在一定的問題。在夏季，特別是在七八月份的時(shí)候，電解鋁廠房的室外溫度一般都比較高，如果達(dá)到了35℃以上，勢必會(huì)加重電解鋁整流器“水風(fēng)冷卻”的壓力和負(fù)擔(dān)。在這樣的環(huán)境下，如果使用“水風(fēng)冷卻”的方式來對(duì)電解鋁的整流器進(jìn)行冷卻，常常會(huì)出現(xiàn)整流器的出水溫度高于運(yùn)行要求導(dǎo)致警報(bào)響起的現(xiàn)象，從而影響電解鋁生產(chǎn)的正常進(jìn)行。針對(duì)這種情況，一般把水噴淋在水風(fēng)冷卻器的扇葉上，從而達(dá)到降溫的目的，讓整流器可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但此方法違背了設(shè)備正常運(yùn)行的要求，一般不可取。

在冬季，中原地區(qū)室外溫度一般都比較低，為-5℃左右。如果采用“水風(fēng)冷卻”對(duì)整流器進(jìn)行冷卻，就需要對(duì)純水管路進(jìn)行防凍處理，如用保溫棉對(duì)管路進(jìn)行包裹，有時(shí)甚至需要用碳火進(jìn)行烘烤。同時(shí)，為了使整流器能運(yùn)行正常，需要在進(jìn)行檢修或者退出運(yùn)行時(shí)做好防凍工作。

4 應(yīng)對(duì)水風(fēng)冷卻存在問題的措施

4.1 夏季運(yùn)行防過熱的措施

整流器使用“水風(fēng)冷卻”的方法進(jìn)行冷卻時(shí)，可以改變整流器冷卻水出口最高水溫的設(shè)定值，從而改變報(bào)警定值，同時(shí)適當(dāng)提高整流器橋臂母線過熱跳閘信號(hào)的設(shè)定值。這種方式是解決夏季運(yùn)行過熱問題的關(guān)鍵所在。調(diào)整相關(guān)報(bào)警值，是為了避免整流元件因?yàn)槌霈F(xiàn)過熱的情況而被損壞。如果要提高相關(guān)數(shù)值，就需要考慮整流元件正常工作時(shí)的最高允許溫度，如果不考慮這個(gè)問題，反而會(huì)引發(fā)火災(zāi)或者爆炸事故。

此外，還可對(duì)原有方案和裝置進(jìn)行改造。通過對(duì)比分析冷卻容量數(shù)據(jù)可知，需要增加每套純水冷卻裝置冷卻電機(jī)的負(fù)荷，由20kW增加到22.5kW，從而提高冷卻能力?！八L(fēng)冷卻”裝置在河南神火鋁電公司永城鋁廠350KA系列的應(yīng)用較為成功，即在原單機(jī)組整流柜“水水冷卻”裝置的基礎(chǔ)上，將純水管道接至“水風(fēng)冷卻”裝置上[2]，二者可以隨時(shí)切換。

4.2 冬季運(yùn)行防凍的措施

調(diào)整參與工作的風(fēng)扇數(shù)量是解決冬季整流器運(yùn)行防凍問題的重要途徑。對(duì)于電解鋁來說，整流器在工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量大約有200J。因此，不管天氣如何嚴(yán)寒，水風(fēng)冷卻裝置依然會(huì)處于工作狀態(tài)，因此我們不能關(guān)閉所有風(fēng)扇，而應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整風(fēng)扇運(yùn)行數(shù)量。此外，還應(yīng)對(duì)水路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于不需要參與工作的散熱器，可以關(guān)閉進(jìn)出水端的閥門，且打開放水閥釋放散熱器中的純水，使其可以重復(fù)利用，從而防止水路還未優(yōu)化時(shí)散熱器因?yàn)楹涠霈F(xiàn)管路結(jié)冰的情況[3]。

5 結(jié)語

河南神火鋁電公司永城鋁廠通過利用上述措施，使得水風(fēng)冷卻裝置在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行良好，對(duì)整流元器件起到了降溫冷卻的作用，有效延長了元器件的使用壽命，且明顯降低了生產(chǎn)成本和能源消耗，同時(shí)解決了一系列運(yùn)行難題，在行業(yè)內(nèi)有較高的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐方冰，徐煜.電解鋁整流器水風(fēng)冷卻存在的問題分析與探討[J].電力電子技術(shù)，2016（10）：105-108.

[2]劉萬祥.整流器采用水風(fēng)冷卻存在問題探討[J].輕金屬，2015（3）：56-59.

[3]張六安.整流器純水冷卻系統(tǒng)調(diào)試問題分析及處理[J].輕金屬，2014（10）：61-62.