超低能耗绿色节能技术工业试验研究.pdf
《超低能耗绿色节能技术工业试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超低能耗绿色节能技术工业试验研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 年第 期轻金属 收稿日期:铝 冶 炼超低能耗绿色节能技术工业试验研究付 松,曹 曦,刘雅锋,胡红武,刘 伟,王 旋(沈阳铝镁设计研究院有限公司,辽宁 沈阳 )摘要:从 年至今,沈阳铝镁设计研究院有限公司()陆续开展了一系列科学研究以及试验,主要是围绕铝电解技术向环境友好型、深度节能型的发展方向进行。通过采用降低阴极压降的同时提高电解槽磁流体稳定性的技术路线,开发了一种新式节能阴极结构技术(简称 技术)。沈阳院采用 以及 技术,在 个 电解系列中进行工业扩大化试验中应用。试验统计数据表明,技术的能耗为 ,技术的能耗为 。关键词:技术,技术,磁流体稳定性,阴极压降,扩大化工业试验中图分类号:文献
2、标识码:文章编号:():,(,):,(),(),:;随着我国“”碳达峰和碳中和战略目标的实施,我国铝电解行业需要在发展环保和高效节能技术上做更深入的研究。电解铝行业所面临的“能耗双控”、“阶梯电价”政策压力愈发增大,电解铝行业如何实现碳达峰、碳中和?通过以电解槽为核心进行系统性技术升级,在达到节能降耗、减少碳排放目的之外,改变电解铝行业能源结构,使用清洁能源、再生能源,开发使用固碳技术,是电解铝行业实现碳中和的必由之路。众所周知,大型预焙阳极铝电解槽是一个集热场、电场、磁场、流动场和力场等多物理场为一体的复杂的系统,且这些物理场互相制约、互相影响,但必须达到一定的均衡,才能获得理想的经济技术指
3、标。因此针对大型电解槽的成套技术开发以及多维度智能控制是未来铝电解工业的发展方向。相关理论针对 法生产的铝电解槽,提出电解槽中磁流体的运动方程如下。()()()式中:为密度,单位 ;为重力加速度,单位 ;为压力,单位 ;为速度矢量,单位 ;为电流密度,单位 ;为磁通量密度,单位 ;为体积力,单位 。从以上方程可以认为熔体运动的主要驱动力就是电磁感应力 ,驱动电解槽磁流体运动的主要因素为磁场和水平电流。从式()可知,在没有大幅度降低水平电流措施之前,传统的设计理论仅依靠单一地降低 数值提高电解槽稳定性,对超大型电解槽来说是不够的。从磁场和铝液中的电流出发,解决源头问题:即减少垂直方向的磁场或减少
4、水平方向的电流。鉴于已建成铝厂的母线配置优化较难实施,因此减少水平方向的电流成为提高电解槽稳定性的关键。相关技术沈阳铝镁设计研究院有限公司()自 付松 等:超低能耗绿色节能技术工业试验研究 年第 期年以来开展了一系列技术研究和实验 ,形成了一整套绿色低碳铝电解技术体系。其中,新式节能阴极结构技术()是一种既可以提高 稳定性又能减少阴极压降的技术。该技术基于以下的两个理论基础:)通过大幅降低铝液中的水平电流,可以显著提高电解槽的 稳定性 。)通过特殊的生铁浇铸阴极结构设计,可以大幅降低阴极压降。技术利用先进的计算机模型,将减少铝液中水平电流的概念融入生铁浇铸阴极结构的设计和制造中,从四个方面对阴
5、极结构的总体设计进行了优化。改变阴极炭块和钢棒之间的接触表面和电阻比,以满足目标水平电流和阴极压降的控制目标。对阴极钢棒槽的设计进行了优化,进一步降低阴极电压降,消除局部应力集中,防止钢棒槽的拐角裂纹。在阴极炭块的下部设置耐火防渗层作为第一阻挡层,以防止电解质泄漏。将阴极炭块与钢棒的连接方式从使用碳糊改为生铁,并自行研制了阴极炭块和阴极钢棒采用生铁浇铸前的预热设备。这些优化达到了减少阴极电压降的同时抑制铝液中的水平电流的效果。技术已在印尼 铝厂的升级改造项目中成功应用和验证 。在此基础上,为了追求较低的水平电流和阴极压降,对该技术进行了进一步优化升级,采用铜 钢组合阴极钢棒形式,形成了 技术。
6、与 技术相比,该技术水平电流可进一步降低 以上,阴极压降可进一步降低 以上。技术可以提供更低的极距和更低的阴极压降,为进一步降低铝液直流电耗提供了更好的基础条件。和 技术对电解槽的影响 水平电流的影响 通过先进的热电耦合计算模型对 电解槽采用 和 技术下的铝液中水平电流进行计算。图 中的结果表明,相比于传统的 电解槽,在采用 和 技术后,水平电流密度分别从 降低到 和 。的水平电流降低了 以上,这显著提高了磁流体稳定性。9000800070006000500040003000200010000-1000-2000-3000JyA m/(/)2?=CVD 328mV?Jy8175maxNCCTC
7、VDmV?Jy2207+?=155maxNCCTCVDmV?Jy5539?=196max?700 0.0 5.1 0.1 5.2 0.y m/图 电流下各种技术的铝液水平电流同时,图中采用 和 技术的阴极压降降低也是显著的。传统 电解槽一般采用石墨质炭块与钢棒通过糊料方式组装,其阴极压降设计值为 。而采用石墨化阴极炭块结合 技术后,阴极压降可降低至 。当采用 技术时,阴极压降的设计值可降低到 (不同的槽型可能略有波动)。较低的炉底压降为降低电解槽的工作电压提供了基本条件。Jy:-.8772 5-.6237 5-.3702 5-.1167 51367 5.3902 5.6437 5.8972 5
8、.0y/m-9-8-5-3-7-6-4-2-10123456789x/m图 使用 技术前 模型的电解槽底部铝液面水平电流 年第 期轻金属 水平电流对电解槽磁流体稳定性影响分析由于铝液中水平电流的减小,电解槽的磁流体稳定性能显著提高,磁流体模型可以清楚地显示性能改进。使用 稳定性浅水模型研究了减小的水平电流的影响。首先通过 模型对铝液的水平电流进行计算。图 显示了传统 电解槽的水平电流。图 显示了 技术的水平电流。如图 和图 所示,水平电流的降低明显降低了铝液平均流速,铝液低流速区面积增加 左右(流速在 以下),同时铝液最大流速降低 。0y/m-9-8-5-3-7-6-4-2-101234567
9、89x/mJy:-.5705 31-.4077 94 5-.245065-.8231887804 188.2431.565686.314058 94.图 使用 技术后 模型的电解槽底部铝液面水平电流Vm:0 15m s./10-1y/m-9-8-5-3-7-6-4-2-10123456789x/m3 0E 03.-3E 02.-36 3E 02.-9 3E 02.-1 2.-E 011 5.-E 011 8.-E 012 1.-E 01图 使用 技术前 模型的铝液面稳态流场Vm:0 15m s./2 8.-E 033E 02.-15 8.-E 028 6.-E 021.-1E 011 4.-E
10、 011 7.-E 012 0.-E 0110-1y/m-9-8-5-3-7-6-4-2-10123456789x/m图 使用 技术后 模型的铝液面稳态流场 付松 等:超低能耗绿色节能技术工业试验研究 年第 期该模型用于计算单元的瞬态磁流体稳定性,而扰动曲线的收敛表示电解槽可以在该极距下稳定生产。使用 的恒定铝液厚度和 的初始扰动振幅进行稳定性分析。如图 所示,未使用 技术的 电解槽在 极距时稳定,但在 极距时即开始波动。0 015.0 010.0 005.0-.0 005-.0 010?/m0200400600800?/s?=ACDmm35?=ACDmm36?=ACDmm37?=ACD 40
11、mm图 未采用 前 模型瞬态电解槽稳定性分析如图所示,应用 技术后,电解槽可在 极距下达到稳定。为了证实这一结论,我们还研究了 极距下不同铝液高度下的 稳定性。因为铝液高度会影响铝液中的水平电流,铝水越高,水平电流越小。结果表明,当铝水的高度超过 时,扰动曲线即可达到收敛。这表明 技术可以在不影响电解槽电流效率的前提下,为安全降低极距提供了至少 的空间。同样,技术也可以依靠较低的水平电流来为更低的安全极距保驾护航。对热平衡的影响 技术为较低电压提供了基础,但电解槽能否在目标电压下稳定运行也与热平衡和运行窗口的设计密切相关。如果热平衡设计和热平衡管理发生偏差,则电解槽很难在目标电压下运行。0 0
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 低能 绿色 节能 技术 工业 试验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。