Контроль выхода по току на современных электролизерах

В данной работе обсуждаются существующие методы контроля выхода по току на алюминиевых электролизерах. В качестве альтернативного способа контроля представлена новая концепция интеллектуальной системы АПГ, которая позволяет отслеживать основные параметры энергоэффективности процесса в автоматическом режиме без влияния человеческого фактора.

Введение. Повышение энергоэффективности российской экономики за счет рационализации потребления энергоресурсов, применения энергосберегающих технологий и оборудования является одним из основных приоритетов утвержденной в 2003 году Энергетической стратегии России на период до 2020 года. Повышение энергоэффективности является скрытым резервом для динамичного роста экономики за счет перераспределения высвобождающихся финансовых ресурсов, создания новых высокотехнологичных производств. Вопросы энергосбережения имеют чрезвычайную актуальность как в условиях экономического роста ввиду постоянного роста тарифов на энергоресурсы, так и экономического спада вследствие необходимости сокращения эксплуатационных издержек.

В последнее время проводятся активные разработки по созданию таких электролизеров, включающие предварительные расчеты магнитной гидродинамики, энергетических и механических характеристик с последующими конструкторскими проектами. Это позволило достичь на некоторых алюминиевых предприятиях показателей удельного расхода электроэнергии до 12100 кВт-ч.

Методы контроля энергоэффективности электролиза алюминия. Основная часть электроэнергии переменного тока (95 %), поступающая от энергосистемы на алюминиевый завод, преобразуется в постоянный ток и передается на электролизные серии. Остальная часть электроэнергии переменного тока расходуется на силовую и осветительную нагрузку завода, отпуск сторонним организациям..

Выход по току является критерием оценки эффективности использования энергии на производство алюминия и выражается как отношение теоретически возможной массе производимого металла к практической, поэтому важно своевременно отслеживать изменения данного показателя.

В настоящее время, когда экономически оценивается каждая десятая доля выхода по току, особо важной становится задача контроля данного показателя.

Для расчета количества полученного металла в ванне могут быть использованы химические или радиоактивные индикаторы, однако для получения достоверных данных контроль должен составлять не менее 15 дней. При увеличении количества определений и применении методов математической статистики для обработки полученных результатов контрольный период может быть сокращен до 3-5 дней. Однако эти методы связаны с большими затратами труда и применимы лишь в исследовательских целях..

Количество наработанного металла можно оценить по количеству электричества прошедшего через электролизер за определенный промежуток времени. Счетчики ампер-часов обеспечивают учет количества электричества с точностью до 1 %, что не отвечает современным требованиям.

Имеется ряд косвенных методов оценки выхода по току: по напряжению анодного эффекта, по температуре электролита, по составу анодных газов. Однако данными методами пока нельзя количественно описать величину выхода по току из-за большого влияния вторичных факторов: неравномерность распределения температуры, взаимодействие СО2 с углеродом анода и с водородом, поступающим сырьем и т.д. Количественная оценка выхода по току по напряжению анодного эффекта требует проведения дополнительных исследований для определенного типа ванн. На современных предприятиях анодный эффект позиционируется как аварийная ситуация и происходит достаточно редко (0,05-0,3 шт/сут), оценка выхода по току по напряжению анодного эффекта не целесообразна.

В настоящее время на практике широко используют метод, когда массу наработанного металла определяют, погружая лом в расплав ванны. Используемый метод является наиболее простым в осуществлении и не отвечает требованиям необходимой точности, в связи с большим количеством неучтенных факторов.

Не один из выше описанных способов контроля выхода по току не применяется на отечественных предприятиях вследствие своей не надежности и трудности реализации.

Система АПГ — основной контролирующий орган электролизера. Компания ООО «Бош Рексрот» совместно с кафедрой Металлургии цветных металлов СПГГИ (ТУ) разработали новую концепцию управления алюминиевым электролизером, в которой главным управляющим органом является система АПГ. Помимо основной своей задачи — обеспечение питания электролизера глиноземом, системы АПГ «Бош Рексрот» позволяют при каждом пробивании корки определять уровни электролита и металла.

Новые системы АПГ «Бош Рексрот» построены на системе обратной связи от сигналов с системы АСУТП. Оптимизатор давления удерживает поршень цилиндра в верхнем положении в случае потери давления. Сброс воздуха централизован через специальное отверстие с глушителем. При реализации системы самодиагностики легко обнаружить разрывы цепи, нарушения электроизоляции, утечки сжатого воздуха через резиновые манжеты, наличие холостого хода пробойника. Системы АПГ могут частично контролировать изменение параметров. Например, по глубине опускания штока и началу контакта «пробойник-электролит» можно определить уровень расплава в ванне. Зная глубину шахты электролизера и форму рабочего пространства ФРП, а также вес каждого сантиметра расплава, можно контролировать изменение высоты расплава. Через величину напряжения в МПР определять уровень металла. При помощи пневмоустройтва, встроенного в пробойник после корки электролита можно измерять температуру электролита и концентрацию глинозема.

Нами проводятся дальнейшие исследования, направленные на возможность определения системой АПГ «Бош Рексрот» при каждом пробивании корки приращения массы металла, а, следовательно, и выхода по току на ванне. Постоянный контроль над изменением выхода по току позволит выявить количественные зависимости влияния отделенных факторов на энергоэффективность процесса.

В данном случае система АПГ является основным элементом управления (brain system) электролизером через АСУТП по сигналам датчиков. Изменение приоритетов для систем АПГ ставит перед технологами новые задачи, и позволит создать экономичный высокоуправляемый электролизер с минимальным влиянием человеческого и временного фактора.

Заключение. Эффективное использование энергоресурсов это — управление энергорежимом электролизных предприятий, в основе которого лежит определенная система планирования и контроля. Контроль является инструментом достижения поставленных целей. Определение оптимальных целей энергетических параметров является функцией системы планирования, которая позволяет увеличить технико-экономические показатели и стабилизировать технологию электролизных производств. Поиск целей энергетических параметров имеет оптимизационный характер.

Основными показателями, определяющими энергетическую эффективность работы электролизера, являются выход по току и удельный расход электроэнергии, которые необходимо постоянно контролировать. Эффективное решение данной проблемы позволит разработать технические решения, направленные на снижение энергоемкости и повышение конкурентоспособности электролиза алюминия.

Дата публикации: 28.02.2012

Похожие записи:

• Исследование тепловых процессов при гранулировании алюминиевых сплавов
• Математическое моделирование теплогидравлических режимов работы водяных систем отопления зданий
• Эксергетическии анализ систем комбинированного теплоснабжения с термотрансформаторами на низкокипящих веществах и новыми циклами
• Анализ эффективности инвестирования в теплоснабжение с учетом интересов участников инвестиционного процесса
• Анализ влияния отклонений параметров на перерасход топлива при работе теплофикационных энергоблоков
• Численныи анализ сопряженной задачи конвективного тепломассопереноса в замкнутом объеме