余熱回收鋁電解槽的基礎(chǔ)研究.pdf

1、目前，噸鋁的直流電能消耗為13000～14000kW·h，而理論上噸鋁電耗值不過6320kW·h，有一半以上的電能以熱能的形式散發(fā)到環(huán)境中的，其中電解槽的側(cè)部散熱40％以上。隨著大容量鋁電解槽的開發(fā)，槽散熱損失也在逐漸增加。為了降低鋁電解行業(yè)的能耗，通過在側(cè)部添加換熱器回收側(cè)部能量。
　　在工業(yè)鋁電解槽上，內(nèi)襯材料占有很重要的地位。內(nèi)襯材料的導(dǎo)熱系數(shù)是計算熱平衡的重要數(shù)據(jù)之一，尤其是側(cè)部電解質(zhì)結(jié)殼的導(dǎo)熱系數(shù)。本文設(shè)計做出了測量導(dǎo)熱

2、系數(shù)的裝置，通過測量已知硅酸鈣板的導(dǎo)熱系數(shù)驗證測量裝置的準(zhǔn)確性。通過對電解質(zhì)結(jié)殼的測量得到其導(dǎo)熱系數(shù)和溫度的關(guān)系λ=0.923+0.02×10-3T(密度3.004g/cm3，顯孔隙率3.097％)。
　　鋁電解槽中電熱場的分布狀況直接影響到電解槽的穩(wěn)定性及電流效率和能量消耗，因此對于電熱場場分布狀況的深入研究具有重要意義。本文采用通用有限元軟件ANSYS對實驗室余熱回收鋁電解槽進行了電熱場的模擬仿真。利用APDL建立了參數(shù)化的模

3、型，通過該模型對槽內(nèi)的電、熱場進行仿真計算。其結(jié)果與該槽的實測值吻合較好，驗證了該模型的準(zhǔn)確性。
　　為了進一步了解側(cè)部余熱回收對整個電解槽的電熱場的影響情況，本文在所建立模型的基礎(chǔ)上，對比分析了余熱回收前后的電解槽的電、熱場。研究結(jié)果表明側(cè)部余熱回收可以使碳化硅處溫度由之前較高的500～700℃降低為300～400℃，這種情況下，有利于槽幫結(jié)殼的形成，規(guī)整了槽膛內(nèi)形，進而提高電流效率。同時也導(dǎo)致陰極炭塊等溫線的上移，以陰極底部中

4、心為例溫度由余熱回收前的843.3℃降為810.9℃，但不會低于799℃。另外，對整個電解槽的電壓降沒有明顯改變。在模型中只考慮各部分的歐姆電壓降，整個電解槽的歐姆電壓降為2.218V，其中陽極炭塊歐姆壓降0.284V，熔融電解質(zhì)歐姆壓降為1.606V，陰極炭塊歐姆壓降為0.297V，陰極鋼棒歐姆為0.031V。熔融電解質(zhì)的電阻比較大，在陽極投影下邊電解質(zhì)中的電流密度基本一致，電流的方向垂直向下。陽極側(cè)部電解質(zhì)中電流密度較小，并隨著到陽