[有色冶金标准]-YST 481-2005 铝电解槽能量平衡测试与计算方法 五点进电和六点进电预焙阳极铝电解槽.pdf
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1、H 9 2 中华 人 民共 和 国有 色金 属 行 业 标 准 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 铝电解槽能量平衡测试与计算方法 五点进电和六点进电预焙阳极铝电解槽 A l u m i n i u m c e l l t e s t f o r e n e r g y b a l a n c e a n d i t s c a l c u l a t i n g me t h o d -F i v e - p o i n t f e e d c u r r e n t a n d s i x - p o i n t f e e d c u r r e n t p r e b a k
2、e d a n o d e a l u mi n i u m c e l l 2 0 0 5 - 0 5 - 1 8 发布2 0 0 5 - 1 2 - 0 1 实施 国家发展和改革委员会发 布 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 目次 前言 , 一m 1 范围 1 2 通则与基本量 . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 密闭型预焙槽各部温度测量 , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4 预 焙 槽 能 量 平 衡的 计算 方 法 . . . , . . . . . . . . . . .
3、6 5 铝电解槽能量平衡分析 . . . . . , . . . . . . . . . . . . , . . . . , 二 , .1 0 附录 A( 规范性附录) 五点进电和六点进电预焙阳极铝电解槽电压平衡测试与计算方法 1 2 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 前言 随着我国铝电解槽技术的发展, 各种进电方式的大容量预焙阳极铝电解槽投产运行, 其中大面五点 进电和大面六点进电铝电解槽是大容量铝电解槽技术的发展方向。本标准是结合我国铝电解发展实际 情况, 本着科学性、 合理性、 适用性的制标原则、 为指导铝电解生产合理用能而制定的。 本标准附录 A为规范性附录。 本标准由全国有
4、色金属标准化技术委员会提出并归口。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会负责解释。 本标准由中国铝业股份有限公司广西分公司和贵阳铝镁设计研究院起草。 本标准主要起草人: 刘永刚、 易小兵、 张庚民、 杨朝红、 王哗、 王朝鹏。 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 铝电解槽能量平衡测试与计算方法 五点进电和六点进电预焙阳极铝电解槽 范围 本标准规定了冰晶石一 氧化铝熔盐电解法密闭型中间点式下料大面五点和大面六点进电预焙阳极 铝电解槽能量平衡的测试方法与计算方法。 本标准适用于冰晶石一 氧化铝熔盐电解法密闭型中间点式下料大面五点和大面六点进电预焙阳极 铝电解槽能量平衡的测试与计算。 2 通
5、则与基本I 铝电解基本过程的总反应式 铝电解基本过程的总反应式见公式( 1 ) , 。 、。3。二 ,.3 N。 八h曰9十 下气- 二; 七 = 乙 八L 十 ;. , ,-曰,十 上 十 1 V 1 t 1 Y 3( 1一 N) 1+ N C O (1) 式 中: N阳极气体中C O : 的体积百分比, N= C O a / ( C O a +C O ) X 1 0 0 , 其测定方法为: 在进行阳极气体中C O : 的体积百分比测定之前, 确定需要测定的电解槽 , 在电解质结壳面上, 凿开 一个圆形的洞, 洞口大小与烟气采样器的采集口相当, 电解槽内的其他火孔要堵上。 把烟气采样器的采集
6、口对准所开的洞口, 对好后把采集口周围的空隙封堵好, 防止空气进人烟气采 样器。烟气采样器的另一端接双联球, 操作双联球进行烟气采集。 采集到的电解槽烟气通过奥氏气体分析仪, 分析烟气中C O :的百分含量。 2 . 2 物料平衡 2 . 2 . 1 电解槽每小时产铝1t 电解槽每小时产铝量见公式( 2 ) 0 M 一。 . 3 3 5 5 I q 一 (2) 式 中: M电解槽每小时原铝产量, 单位为千克每小时( k g / h ) ; 0 . 3 3 5 5 铝的电化学当量, 单位为克每安培小时 g / ( A “ h ) ; I 电解槽通过的电流强度, 单位为千安( k A ) ; i电
7、流效率, 单位为百分数( %) 。 2 . 2 . 2妞化铝消耗f 氧 化 铝 消 耗 量P A I1 ,、 的 计 算 见 公 式( 3 ) : P A ,z o s =。 6 3 4 幼 。 ( 3 ) 式 中: 尸 A , 叭 氧化铝的消耗量. 单位为千克每吨铝( k g 八一AI) ; 0 . 6 3 4 氧化铝的电化学当量, 单位为克每安培小时 g / ( A “ h ) . 2 . 2 . 3氧化铝理论单耗 氧 化 铝 的 理 论 单 耗P 从 马 理 为1 8 8 9 . 7 k g 八 一 AI。 2 . 2 . 4 碳的理论( 最小) 消耗f 阳极氧化讨程 中产生的一次 气体
8、全部 为 co:时 , 按铝 电解 总反应 式 ( 1 ) 计 算 , 碳的理 论消耗 量为 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 3 3 3 . 3 k g 八一A l . 2 . 2 . 5 碳生成 C O Z 和 C O的电化学当A 碳生成 C O : 的电化学当量为 。 . 1 1 2 g / ( A “ h ) 碳生成 C O的电化学当量为0 . 2 2 4 g / ( A “ h ) , 2 . 2 . 6 C O z 的生成i c o : 的 生 成 量P C - 2 ( 或P c o , ) 计 算 见 公 式( 4 ) : P co , 一 恶 x 4 4X 5 5 P
9、 CO , 一 _3 ( 24一 枷4 42 7 , 、 。 2 一 寻 ( 卜专 ) X Z M . . . . . , 。 (4) 或 式中 : P c o , ( P c o , ) C O , 2. 2. 7 CO 的 牛成 . 的生成量, 单位为千克每小时( k g / h ) 或千克每千克铝( k g / k g -A D) , C O的生成量 P c o ( 或 P c o ) 计算见公式( 5 ) : .|r| 3( 1一 N)、 2 8 Pc o=, 福 一下不下一 X l es 卜 王丫J4 M 28一2728-27 或 青 一 ) X 专 一 ) X . . . . .
10、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) -一一一 0O CC PP 式中: 风。 ( 或P c o ) C O的生成量, 单位为千克每小时( k g / h ) 或千克每千克铝( k g / k g - A l ) ) , 2 . 3 铝电解棺的电压平衡 2 . 3 . 1 电压平衡按附录A的规定计算。 2 . 3 . 2 体系内电压降计算见公式( 6 ) : E 休 系 内=U 阳 极+ U a 化+U电 解 质+U 阴 极+U效 应 =V 立 柱 母 a+V阳 极 母 线+V阳 极+V 护 底+V阴 极 母 线+V 效
11、 应 分 神+V 极 间 ” “ (6) 公式( 6 ) 中各参数的计算和说明见附录 A, 2 . 3 . 3 将电解槽生产技术条件和物料单耗及作业制度填写在表 1中。 表 ,生产技术条件、 物料单耗 序号项目单位指标值 1 实际电流强度 k A 2 阳极电流密度 A/ c m 3 铝液水平高度 Cl 】 1 4 电解质水平高度 Cm 5 工作电压 V 6 极距 eni 7 平均分子比 8 电解质中添加剂 % YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 表 1 ( 续) 序号项目单位指标值 s效应系数次/ 台 日 1 0氧化铝单耗 k g / t - A t 1 1氟化铝单耗 k g / t
12、-A I 1 2氧化钙单耗 k g / t -A I 1 3 冰晶石单耗k g 八一A I 1 4 炭阳极单耗k g / t -A I 密闭型预焙植各部温度 测t 3 . 1 测f器具 3 . 1 . 1 点温计: 测量范围 。 -5 0 0 - C , 3 . 1 . 2 表面温度计: 测量范围0 -5 0 0 0C o 3 . 1 . 3 热电偶及补偿导线。 3 . 1 . 4 热流计。 3 . 1 . 5 气体分析仪。 3 . 1 . 6 流量测定仪。 3 . 1 . 7 红外线测温仪。 3 . 2温度测f 3 . 2 . 1 槽壳底部 槽壳底部温度测量分布按图 1 进行, 测温布点可选
13、择在网格点的中心位置, 并尽量等距离布点。 箱壳钥底板温度 筋板腹板温度 筋板底板渴度 图 1 槽壳底部各测温点分布示意图 在测量槽壳底部钢板温度的同时, 需测量各底筋工字梁的腹板和底板温度。 3 . 2 . 2 描壳侧部 槽壳侧部温度测量按图2进行布置测温点。 高度方向: 以端部( 或侧部) 双围带对应的中部、 每个阴极钢棒窗口上, 下部位布点, 即分为 3组测 温带。 长度方向: 每隔一组摇篮架布置一测点, 位置选在两组摇篮架之间的槽壳钢板中点。 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 测槽壳侧部温度同时, 需测量各侧筋工字梁的腹板和底板温度 a 日一 袒二 胜 J/ 二 一一户 一
14、门口 口 口 口 口 口 口 b 旧 月.创 - 筋板、侧板沮度 了 X L / / ( 槽 A, B两大面)( 槽 D , E两端面) 图 2植 壳侧部测 温点位置示意图 3 . 2 . 3密封集气策 密封罩各部温度的测量按图 3 进行布置测温点: a ) 侧部罩: 每组槽罩上、 中、 下各布一测温点; b ) 端部罩: 方形槽罩上、 中、 下各一测温点, 三角槽罩 1 -2点; c ) 水平罩: 在槽两侧每两组导杆对应的中部位置上布置测温点。 3 . 2 . 4 槽沿板 槽沿板温度测量, 选在槽沿板外侧面布测温点, 布点位置应对应于槽壳大面和端面的侧部测温点位 置, 每个位置测量 1 点温
15、度。 3 . 2 . 5 阴极钢棒 阴极钢棒的测温点, 选择在每根阴极棒的内、 外两侧各布置 1 个点。每根阴极钢棒的铝一钢焊( 或 压接) 片的铝头侧布置 1 个侧温点。 3 . 2 . 6 铝导杆 铝导杆的测温点, 选在槽罩上每根铝导杆的外露点至卡具之间的中部位置, 测点为每根铝导杆的内 外侧各 1点。 3 . 2 . 7 摇篮架 摇篮架测温点布置, 对应于槽壳侧部钢板的筋板温度测量方法。 3 . 2 . 8 电解质温度 在电解槽 A, B两个大面的加工面中部, 出铝端、 烟道端各选一个电解质温度测量点。 3 . 2 . 9 烟气流f、 压力及温度 在电解槽排烟支管的观测孔上, 采用专用仪
16、器对电解烟气的流量和压力进行测定。同时测量电解 烟气的温度。 3 . 2 . 1 0 环境温度 在测量各部位温度的同时, 测量附近的空气环境温度。包括: a ) 槽( 间) 侧面上部( 操作面) 环境温度; b ) 槽( 间) 侧面下部环境温度; c ) 槽出铝端环境温度; d ) 槽烟道端环境温度; e ) 槽底环境温度。 Y S / T 4 8 1 - 2 0 0 5 图 3 槽罩、 阳极导杆各部位测温布点示意图 3 . 2 . 1 1 残极温度 残极测温点, 选在更换出的残阳极的上表面 1 - - 4 点。 3 . 2 . 1 2钢爪温度 选择 1 -2 组处于正常更换周期的中期生产阳极
17、碳块, 对其每根钢爪进行 1 点温度测量。 YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 4 预焙槽能f平衡的计算方法 4 . 1 能f平衡的计算原则 4 . 1 . 1 能f平衡计算温度基础 计算电 解槽能量平衡的温度基础, 取T k =2 9 8 K ( 2 5 0C ) 为 温度基 础。 4 . 1 . 2 能f平衡的计算体系 密闭型预焙槽的能量平衡计算体系见图 4 , 应包括: 槽底一槽壳侧部( 包括端部) 一阴极钢棒头一槽沿板一四面侧部槽罩一顶部水平罩一铝导杆 一 图 4 电解槽能f平衡计算体系示意图 3 槽体散热损失计算部位 为了准确地计算电解槽的槽体散热损失, 将槽体分为如下几个部
18、分进行计算: a ) 槽壳侧钢板; b ) 槽壳端钢板; C槽底钢板; d ) 槽壳侧部及端部筋板; e ) 槽沿板; f ) 槽四周槽罩; g ) 槽顶水平罩; h ) 铝导杆; i ) 阴极钢棒。 4 能f收入、 支出平衡的计算时间单位 能量收人、 支出平衡的计算时间单位以1 h为计算时间单位。 5 体系内电压降计算 计算体系内电压降按公式( 6 ) 进行( 见2 . 3 . 2 ) . 6 能f平衡方程式 根据计算温度基础和计算体系, 确定能量平衡方程式, 见公式( 7 ) : Q 电 能 一Q 1.1 . +Q 连 军 , +唉一+ Q 簇 十 Q 碳 - .w t m+ Q 热 损
19、Y S / T 4 81 -2 0 0 5 式 中: 嗓r 在 计 算温 度t 、 下发 生 电 化 学 反 应 所 耗 的 全 能, 单位 为 千 焦 每 小 时 ( k J / h ) ; 俄矿 电 解烟 气 离 开 体 系 时( 温 度 为t , ) 所 带 走的 热 量, 单 位 为千 焦 每 小时 ( k J / h ) ; 唉一 、 产 物 铝液 离 开 体 系 时 ( 温 度 为t z ) 所 带 走的 热 量, 单 位 为 千 焦 每 小 时( k J / h ) ; 唉矿 更换出的残阳 极离开体系时( 温度为t , ) 所带走的热量, 单位为千焦每小时( k J / h )
20、; 略谕 原 材 料 加 热的 热量 补 偿, 单位 为 千 焦 每 小 时 ( k / h ) : 注: 当环境温度 协 小于计算温度 t k 时, 原材料需加热至t k , 所需热量为正值。当铸 a 。 一6 . 7 9 +0 . 9 8 X 1 0 - B T 一0 . 1 1 X 1 0 5 T 一 , ; T , 二2 7 3 +t , 厂房环境温度, 单位为开尔文( K) ; 几=2 7 3 -4 - t , -槽上排烟管中测量的烟气温度, 单位为开尔文( K) o 3 空气带走热f 空气带走的热量呸a 的 计算见公式( 1 7 ) : Q 空 气=m,Z c ( 讯 一T , )
21、 V 2 - (1 7) 式 中 : m y 该系统每立方米空气的重 量, 单位为千克每立方米( k g / m ) ; c 空气比热, 单位为千焦每千克开尔文 k J / ( k g “ K ) ; T 2 -烟气离开体系时的绝对温度, 单位为开尔文( K ) ; T , 环境的绝对温度, 单位为开尔文( K ) ; YS / T 4 8 1 -2 0 0 5 当T共2 7 3 +3 0 K时, 应查表修正m 空及 的 数值。 V , 自 然 对流 进人 罩 内 空 气 的 流 量, V 空 = 肠 一 ( V I, o + V I, o a ) , 单 位 为 立 方米 每 小时 ( N
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- 有色冶金标准 有色冶金标准-YST 481-2005 铝电解槽能量平衡测试与计算方法 五点进电和六点进电预焙阳极铝电解槽 有色 冶金 标准 YST 481 2005 电解槽 能量 平衡 测试 计算方法
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