鋁電解槽“五環(huán)控制”技術(shù)簡介

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上鋁電解“五環(huán)”控制技術(shù)自從1886年霍爾、埃努爾發(fā)明了熔鹽電解制鋁方法之后，電解鋁技術(shù)已經(jīng)走過了120年。一百多年來，鋁電解的基本原理沒有改變，但電解槽的陽極型式、陰極型式、電流容量、筑爐材料、操作設(shè)備、直流供電裝置、控制技術(shù)經(jīng)歷了前所未有的提升。近幾年來，采用新型結(jié)構(gòu)電解槽技術(shù)以來，國內(nèi)鋁電解槽電耗大幅度降低，但國家十二五發(fā)展規(guī)劃對鋁電解重大節(jié)能技術(shù)要求是直流電耗達(dá)到12500kwh/t-al以下。從現(xiàn)有電解鋁發(fā)展水平來看，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須解決兩個核心技術(shù)：一是鋁電解槽的“靜態(tài)平衡”系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改進(jìn)技術(shù)，二是提高能量利用率的鋁電解生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。鋁電解生產(chǎn)

2、過程中的“靜態(tài)平衡”、“動態(tài)平衡”、“爐膛類型”、“過熱度”和“電流效率”五個支撐環(huán)節(jié)（簡稱“五環(huán)”），它們既相互獨(dú)立又互相制約，欲用低的能耗獲取高的“電流效率”，“靜態(tài)平衡”和“爐膛類型”的建立是基礎(chǔ)，“動態(tài)平衡”和“過熱度”的控制是保障和橋梁。從控制的角度來看，由于在現(xiàn)有硬件條件下不可實(shí)現(xiàn)在線檢測鋁電解槽的“五環(huán)”的信息反饋，故難以進(jìn)行閉環(huán)控制。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷提高，根據(jù)鋁電解槽電阻與AL2O3的“U”曲線關(guān)系，已成功實(shí)現(xiàn)了AL2O3濃度的在線控制，鋁電解“三度尋優(yōu)”控制技術(shù)，根據(jù)電解槽控制中自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并與測量數(shù)據(jù)結(jié)合，間接地識別“過熱度”的變化，實(shí)現(xiàn)了ALF3過剩量的實(shí)

3、時(shí)跟蹤與控制。在建立鋁電解槽“靜態(tài)平衡”和“電流效率”的基礎(chǔ)關(guān)系上，通過直接測量數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)自解析而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為控制的反饋，實(shí)現(xiàn)“動態(tài)平衡”、“爐膛類型”和“過熱度”實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，才能利用低的能耗獲取高的能量利用率。目前，我院在某企業(yè)的240KA電解槽、186KA電解槽、300KA電解槽上進(jìn)行了鋁電解槽“五環(huán)”控制技術(shù)的應(yīng)用，分別取得了9495%的電流效率，鋁錠綜合交流電耗控制在13100kwh13400kwh的良好指標(biāo)。一技術(shù)描述 鋁電解生產(chǎn)過程中的“靜態(tài)平衡”、“動態(tài)平衡”、“爐膛類型”、，“過熱度”和“電流效率”五個支撐環(huán)節(jié)（以下簡稱“五環(huán)”），它們既相互獨(dú)立又互相制約，欲用低的能耗

4、獲取高的“電流效率”，“靜態(tài)平衡”和“爐膛類型”的建立是基礎(chǔ)，“動態(tài)平衡”和“過熱度”的控制是保障和橋梁。從控制的角度來看，由于在現(xiàn)有硬件條件下不可實(shí)現(xiàn)在線檢測鋁電解槽的“五環(huán)”的信息反饋，故難以進(jìn)行閉環(huán)控制。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷提高，根據(jù)鋁電解槽電阻與AL2O3的“U”曲線關(guān)系，已成功實(shí)現(xiàn)了AL2O3濃度的在線控制，鋁電解“三度尋優(yōu)”控制技術(shù)，根據(jù)電解槽控制中自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并與測量數(shù)據(jù)結(jié)合，間接地識別“過熱度”的變化，實(shí)現(xiàn)了ALF3過剩量的實(shí)時(shí)跟蹤與控制。在建立鋁電解槽“靜態(tài)平衡”和“電流效率”的基礎(chǔ)關(guān)系上，通過直接測量數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)自解析而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為控制的反饋，實(shí)現(xiàn)“動態(tài)平衡”

5、、“爐膛類型”和“過熱度”實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，才能利用低的能耗獲取高的能量利用率。下圖為鋁電解槽“五環(huán)”之間的相互關(guān)系。動態(tài)平衡過熱度爐膛類型電流效率靜態(tài)平衡鋁電解槽“五環(huán)”之間關(guān)系鋁電解生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的多變量體系，存在兩類不同的變量，一類是快變量，其特點(diǎn)是變化速度相對較快、作用時(shí)間短，作用強(qiáng)度大；另一類是慢變量，其特點(diǎn)是變化速度較慢，作用時(shí)間長且連續(xù)，作用強(qiáng)度小。“慢變量”決定系統(tǒng)發(fā)展的方向，“快變量”可以影響系統(tǒng)發(fā)展的進(jìn)度，“慢變量”通過信息反饋支配著“快變量”，支配著系統(tǒng)的行為，使整個系統(tǒng)走向穩(wěn)定的有序狀態(tài)。鋁電解槽“靜態(tài)平衡”由電流強(qiáng)度、陽極電流密度、電壓平衡確定的工作電壓等多參數(shù)確定

6、，獲取高的電流效率需要“爐膛類型”支持，這樣就決定了系統(tǒng)的性能；控制好“動態(tài)平衡”的諸參數(shù)（氧化鋁濃度、氟化鋁過剩量、電壓平衡），才能維持電解槽的“靜態(tài)平衡”，“過熱度”是電解槽的“靜態(tài)平衡”和“動態(tài)平衡”之間的橋梁。二、技術(shù)路線1、“兩高雙低”工藝路線：高極距、高效率、低電壓、低電耗;2、“靜態(tài)平衡”和“電流效率”：當(dāng)電解槽在高的“電流效率”狀態(tài)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、有序的運(yùn)行，說明“靜態(tài)平衡”出現(xiàn)技術(shù)偏離，不可持續(xù)發(fā)展，以“電流效率”為核心調(diào)整電解槽的“靜態(tài)平衡”適應(yīng)效率型“爐膛類型”非常必要;3、在確立了電解槽的“靜態(tài)平衡”前提下，“動態(tài)平衡”和“過熱度”的控制顯得尤為重要，控制的好壞制約著

7、電解槽多參數(shù)的良好匹配，穩(wěn)定、健康運(yùn)行;4、物料、能量的循環(huán)利用：通過煙氣凈化、氧化鋁儲運(yùn)和電解循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)氟化物及電解生產(chǎn)多余能量的循環(huán)利用。三、主要工作內(nèi)容1、“動態(tài)平衡”控制軟件l 雙軌跡氧化鋁加料控制l 多模式氟化鋁加料控制l 多級噪聲控制l 電壓平衡自調(diào)節(jié)控制l “過熱度”識別l 出鋁量指示l 出鋁數(shù)據(jù)反饋l ALF3指示量推導(dǎo)2、管控一體化系統(tǒng)l 硬件系統(tǒng)平臺建立l 開發(fā)電解生產(chǎn)綜合監(jiān)視系統(tǒng)l 整合企業(yè)底層生產(chǎn)過程控制信息l 建立電解片區(qū)綜合生產(chǎn)信息庫l 開發(fā)電解綜合數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)l 導(dǎo)出宏觀分析數(shù)據(jù)，參與系統(tǒng)調(diào)控3、建立爐膛變化仿真系統(tǒng)仿真系統(tǒng)開發(fā)平臺l 爐膛類型庫l 爐膛

8、類型識別l “爐膛類型”分析及推導(dǎo)4、精確檢測裝置的開發(fā)應(yīng)用l 槽上料位計(jì)l 高精度回轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器l 智能出鋁裝置l 氧化鋁均勻加料（反吹系統(tǒng)）5、雙循環(huán)系統(tǒng)的建立l 單槽能量循環(huán)系統(tǒng)l 系統(tǒng)循環(huán)l 載氟循環(huán)系統(tǒng)建立三、實(shí)現(xiàn)目標(biāo)（1）、電流效率：93%0.05%（2）、直流電耗：12600200kwh/tAL（3）、陽極毛耗：480kg10kg/tAL（4）、氟化鋁單耗：15kg2kg/tAL（5）、效應(yīng)系數(shù)：0.050.02（6）、氟化氫排放：小于3mg/Nm3四、生產(chǎn)工藝要求：1、電解槽基本技術(shù)規(guī)范： （1）、鋁液高度：（出鋁后）（2）、電解質(zhì)高度：19cm（3）、電解溫度： （4）、分子比：2、“靜態(tài)平衡”測試及尋優(yōu)（1）、電解質(zhì)體系規(guī)范