铝电解槽高温烟气焙烧过程中加热制度的选择与控制

论文摘要

面对电解铝行业竞争与机遇并存的时代,关注企业的经济效益成为永恒的主题。随着电解工艺日趋成熟、不同企业电解铝各项经济技术指标日愈趋同(同类技术装备水平),诸如原铝的交流电耗、电流效率、氧化铝消耗、阳极消耗与氟化盐消耗的差距正在缩小。作为电解铝生产的核心设备铝电解槽的寿命还存在着较大的差距,由此对电解铝的生产成本造成了较大的影响。也就是说在某种程度上电解铝工业的竞争归根结底要体现在铝电解槽寿命。 经研究分析认为:影响铝电解槽寿命因素大致体现在铝电解槽设计、筑炉材料、筑炉工艺、焙烧工艺和生产操作工艺等五个方面。论文研究了在目前技术水平情况下影响铝电解槽寿命的瓶颈因素为铝电解槽的焙烧方法。论文对目前国际上常用焙烧方法—铝液焙烧法、焦粒焙烧法和火焰直接焙烧法进行了分析比较,结合国内外相关领域的研究现状,选用了高温烟气焙烧法。 为确保高温烟气焙烧技术优势的充分发挥,论文结合铝电解槽的焙烧标准对铝电解槽高温烟气焙烧的加热制度进行重点研究。主要通过铝电解槽槽底的传热数学模型分析热量的变化,为铝电解槽烟气焙烧的加热制度的制定提供理论依据;研究结果表明采用72小时的缓慢加热制度较为合理,其主要体现在焙烧效果和焙烧经济性等方面。 为确保高温烟气焙烧方法的有效实施,研究开发出了高温烟气焙烧系统,高温烟气焙烧系统主要由燃烧装置和控制系统构成。说明了控制系统的硬件组成、控制算法和软件的实现。以铝电解槽阴极表面温度和烟气中的空气过剩系数为主要控制参数。通过PLC,运用增量PID算法,依据论文研究的加热制度和现场标定的风油比例系数对控制对象进行有效的控制,实现了铝电解槽的高温烟气焙烧。 论文所研究开发的基于PLC与增量PID算法的高温烟气焙烧过程自动控制系统在山西关铝股份有限公司的75kA铝电解槽上进行工业应用并取得较好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 炼铝发展概况
• 1.2 电解铝工业发展概况
• 1.3 电解法炼铝工艺流程
• 1.4 铝电解槽发展概况
• 1.5 铝电解槽寿命与原铝生产成本的关系
• 1.6 影响铝电解槽寿命的因素分析
• 1.7 论文研究的内容和结构安排
• 第二章 铝电解槽的焙烧方法
• 2.1 铝电解槽的阴极结构
• 2.2 铝电解槽焙烧目的
• 2.3 铝电解槽焙烧方法
• 2.4 铝电解槽焙烧效果评价
• 2.5 传统焙烧方法的比较
• 2.6 高温烟气焙烧法
• 2.7 小结
• 第三章 铝电解槽高温烟气加热制度的选择
• 3.1 铝电解槽槽底传热数学模型描述
• 3.1.1 物理模型及简化假设
• 3.1.2 基本方程
• 3.1.3 边界条件
• 3.2 模型求解及计算工况
• 3.2.1 模型求解
• 3.2.2 计算工况
• 3.3 铝电解槽高温烟气焙烧的传热特性
• 3.3.1 阴极上下表面温度及表面热流
• 3.3.2 快速加热制度时铝电解槽槽底断面温度分布
• 3.3.3 慢速加热制度时铝电解槽槽底断面温度分布
• 3.4 铝电解槽高温烟气焙烧的加热制度
• 3.4.1 加热过程中阴极炭块上、下表面温度变化
• 3.4.2 供热强度和燃料消耗量的变化
• 3.4.3 加热终了时电解槽槽底各层的温度分布
• 3.4.4 各焙烧制度的比较
• 3.5 小结
• 第四章 高温烟气焙烧过程自动控制系统的设计
• 4.1 控制系统的原理
• 4.2 控制系统的硬件构成
• 4.3 增量式PID算法
• 4.4 控制软件系统的实现
• 4.5 控制系统辅助装置
• 4.6 小结
• 第五章 铝电解槽高温烟气焙烧技术的工业应用
• 5.1 高温烟气焙烧技术在75kA预焙槽上的应用
• 5.2 75kA铝电解槽焦粒焙烧实例
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢