新型铝电解槽换热系统的研究

论文摘要

目前,尽管每吨铝的直流电耗已经降低到13000-14000kW·h,但是铝电解的能量利用率却只有40%左右。很多学者从降低平均槽电压和提高电流效率角度对铝电解节能降耗做了深入的研究。但从能量平衡角度分析,在铝电解中有50%左右的电能是以热能的形式散发到环境中的,其中电解槽的顶部散热48%,侧部散热43%,底部散热9%。为实现铝电解过程中的节能降耗的目标,本文对电解槽侧部余热的回收及其影响因素进行了研究。本文首先对铝电解槽的能量平衡、电解槽的散热分布和电解槽的散热方式进行了分析,全面的设计了本实验的新型余热回收式电解槽结构,选择了适合本实验的换热介质。然后在以焦炭为发热体的电解槽中研究了换热熔盐流量和输入功率对回收功率和回收效率的影响。在输入功率不变的条件下,在一定范围内增加或减少换热熔盐流量时,回收功率和回收效率也随着增加或减少。在换热熔盐流量不变的条件下,在一定范围内增加或减少电解槽的输入功率时,回收功率也随着相应的增加或减少,但回收效率确实随着输入功率的增加而减少的,随着输入功率的减少而增加的。最后在铝电解过程中研究了换热熔盐的流量对回收功率和回收效率的影响。电解时,电解温度为900℃,电流效率为90%,电流在1865A-2056A范围内波动,电压在11.53V-12.36V内波动。在维持稳定电解的条件下,当换热熔盐的流量增加时,回收功率和回收效率均增加。当换热熔盐的流量为135.5 cm3/s,回收功率的平均值为9890W,回收效率为41.9%,完全达到了铝电解过程中余热回收的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 铝电解节能意义
• 1.2 铝电解节能措施
• 1.2.1 大型槽的推广
• 1.2.2 低温铝电解的研究
• 1.2.3 阴极技术的改进
• 1.2.4 阳极技术的的进步
• 1.2.5 新槽型的设计
• 1.2.6 新装置的开发
• 1.2.7 其它节能工艺与措施
• 1.3 铝电解槽散热分布与节能降耗
• 1.3.1 铝电解槽散热分布
• 1.3.2 余热回收研究现状
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 新型余热回收式铝电解槽的设计
• 2.1 电解槽能量平衡
• 2.1.1 电解槽的电压平衡
• 2.1.2 电解槽的能量平衡
• 2.2 电解槽散热
• 2.2.1 电解槽散热计算
• 2.2.2 电解槽散热分布
• 2.2.3 电解槽散热方式
• 2.3 电解槽的设计
• 2.3.1 电流密度
• 2.3.2 槽膛深度
• 2.3.3 阳极到槽帮的距离
• 2.3.4 阴极结构
• 2.3.5 电解质的选择
• 2.3.6 电解槽炉帮厚度计算和碳化硅砖厚度计算
• 2.4 电解槽内换热器的设计计算
• 2.4.1 换热器尺寸的计算
• 2.4.2 换热介质的选择
• 2.4.3 换热熔盐流速的计算
• 2.4 电解槽内侧部保温转厚度的设计计算
• 2.5 电解槽炉底的保温结构设计
• 2.6 铝电解槽和换热器的结构
• 2.6.1 铝电解槽的结构
• 2.6.2 换热器结构
• 2.6.3 换热器上热电偶的分布
• 2.6.4 整个系统的流程
• 2.6.5 辅助设备—熔盐炉选型
• 第三章 电解槽焦粒发热过程余热回收
• 3.1 工业上的焙烧方法
• 3.1.1 炭粒焙烧法
• 3.1.2 铝液焙烧法
• 3.1.3 燃料焙烧法
• 3.1.4 焙烧方法的选择
• 3.2 熔盐流量的变化对温度的影响
• 3.2.1 熔盐流量的变化对电解槽内换热器温度的影响
• 3.2.2 熔盐流量的变化对换热器熔盐进出口温度的影响
• 3.3 回收功率和流量的关系
• 3.3.1 回收功率的计算
• 3.3.2 回收功率与熔盐流量的关系
• 3.4 回收功率与输入功率的关系
• 3.5 本章小结
• 第四章 电解过程电解槽余热的回收
• 4.1 铝电解槽的启动
• 4.1.1 干式启动
• 4.1.2 常规启动
• 4.1.3 本实验铝电解槽启动
• 4.2 电解过程电解槽余热回收
• 4.3 铝电解发热和焦炭焙烧发热过程的余热回收比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢