YS/T 480-2005 铝电解槽能量平衡测试与计算方法 四点进电和两点进电预焙阳极铝电解槽

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中华人民共和国有色金属行业标准

YS/T480-2005

铝电解槽能量平衡测试与计算方法

四点进电和两点进电预焙阳极铝电解槽

Aluminiumcelltestforenergybalanceanditscalculationmethod

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prebakedanodealuminiumcell

2005-05-18发布2005-12-01实施

国家发展和改革委员会发布

YS/T480-2005

目次

前言··································································································，··············……皿

1范围.·1

2通则与基本量···································································································……1

3计算参数选择与测试项目······················································.·..······……，……2

4测试仪表·························································································，·············，……3

5能量平衡计算原则····.··...……3

6测试数据处理及计算公式····，··········································.··……4

7铝电解槽能量平衡分析····························································.····.·……8

附录A(规范性附录)四点进电预焙阳极铝电解槽电压平衡测试与计算方法·····················……9

附录B(规范性附录)两点进电预焙阳极铝电解槽电压平衡测试与计算方法·····················……17

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前言

本标准根据目前国内铝行业的实际情况和发展趋势的要求，以及四点进电预焙阳极铝电解槽等一

些新型的铝电解生产设备在国内铝电解生产中的成功应用，特制订两点进电和四点进电预焙阳极铝电

解槽能量平衡测试与计算方法，有利于准确量化预焙阳极铝电解槽的能耗水平，有利于不同铝电解槽之

间进行能耗比较。

本标准附录A和附录B为规范性附录。

本标准由全国有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贵州分公司负责起草。

本标准主要起草人:龚春雷、蔡逸侠、曾垂新、刘四清、张凤琴、狄贵华、任剑、李小青、黄燕、刘钢。

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铝电解槽能量平衡测试与计算方法

四点进电和两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四点进电和两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四点进电和两点进电预焙阳极铝电解槽能量平衡测试与

计算。

2通则与基本f

铝电解基本过程的总反应式

铝电解基本过程总反应式见公式(1).

3。。.1。3N。八3(1一N)CO·。·。。。。..··.······……(1)

八眨口a十万-下下兀七=乙八1十;玉不七口2十

1呀~IV1卞IV1+N

式中N为阳极气体中CO:的体积分数，N=仁C02八C02+C0)IX100%c

22物料平衡

2.2.1电解槽每小时产铝f

电解槽每小时产铝量见公式(2),

M=0.3355I'1(2)

式中:

M一.电解槽每小时原铝产量，单位为千克每小时((kg/h);

0.3355—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((kA);

r电流效率，单位为百分数(%)口

2.2.2氧化铝消耗且

氧化铝消耗量见公式((3).

Pgi202=0.634I，(3)

式中:

PA120—氧化铝的消耗量，单位为千克每吨铝((kg/t-All;

0.634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

氧化铝理论单耗为1889.7kg每吨铝(kg/t-AU.

2.2.4碳的理论(最小)消耗f

碳理论单耗为333.3kg每吨铝(kg/t-AD,

2.2.5碳生成CO:和CO的电化学当f

碳生成CO:的电化学当量为。.112g每安培小时[g/(A"h)习;

碳生成CO的电化学当量为。.224g每安培小时g「/(A"h)〕.

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2.2.6二饭化碳的生成f

Pco,一禺Xx4544

Pp一coz=43(2一青))X又4247(4)

或Pco一_43(一“韵X44M

式中:

Pcoz一一1千克铝二氧化碳生成量，单位为千克每千克铝((kg/kg-AD,

拭oz—1小时二氧化碳生成量，单位为千克每小时((kg/h),

2.2.7一复化碳生成.

.

一

Pco=3(11+-NN)X只4248

、

Pco导号(专一))Xx‘2287一(5)

或，:。一普)X287M

式中:

Pco—1千克铝一氧化碳生成量，单位为千克每千克铝((kg/kg-AD;

P品-1小时一氧化碳生成量，单位为千克每小时((kg/h),

2.3铝电解植的电压平衡

2.3.1四点进电铝电解槽的电压平衡按附录A的规定进行测试计算。

2.3.2两点进电铝电解槽的电压平衡按附录B的规定进行测试计算。

2.3.3将电解槽电压平衡测试与计算数据代人能量收入计算。

3计算参数选择与测试项目

3.1电流强度:为测试期间系列电流平均值。

3.2电解温度:为测试期间每小时测试一次的电解质温度平均值。

3.3发热电压:为体系电压。

3.4电流效率:使用气体分析仪测定CO,CO:浓度，导出N值，按公式((6)计算电流效率。

:一(NX音+。5·+。0·35)X。。‘%…。·……(6)

3.5小时产铝量:由公式((2)计算求得。

3.6环境温度:为测试期间厂房内每小时测试一次的室内温度平均值。

3.7排烟管烟气温度:在排烟管测定孔处插人温度计，每小时测量一次的烟气温度平均值。

3.8CO,CO:气体浓度测定方法:在槽A侧或B侧大面处打一个直径约0100mm的孔，罩一个

0300mm-500mm的集气罩，用皮球接人漏斗接口处，用集气球排空几次集气，用气体分析仪测定

COICO2气体浓度，利用压差原理测定烟气速度及动压、静压算出烟气流速折算烟气流量。

3,9换出阳极重量:为清极后称量的换出阳极重量，单位为千克(吨)。

3.10钢爪温度:测量换出阳极的钢爪温度值，单位为摄氏度(℃)。

3.11换极时间:按实际换极时间计，单位为min/块。

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3.12电解槽各部散热值:为槽壳、槽罩、阳极导杆、槽水平顶部、阴极钢棒头等的散热值。

测试仪表

4.1热流计，测量范围。~士9999kcal/(m'·h)

4.2气体分析仪。

4.3数字万用表:精度0.5.

4.4流量测定仪。

4.5数字温度显示仪:精度士。.5写。

4.6红外线测温仪。

5能t平衡计算原则

能量平衡的计算原则:以环境温度为电解槽能量平衡计算的基础温度。

:;

能量平衡的计算体系:槽底一槽壳一槽罩一阳极导杆一槽底(包括阴极钢棒头)。

乐建立体系模型，见图1,

5能量收人、支出计算以千焦每小时(kJ/h)为单位。

乐槽壳、槽罩、阳极导杆、水平顶部测试布点见图2、图3.

图1体系模型图

二「二巨二压二巨二压二巨二压二巨二压二

二「口仁二压二1二]二【二巨二压丁厂，吓丁

不「门厂，陈勺厂勺陈门厂门陈门厂，飞【门

刃「巨二压二巨二压〕巨二压〕巨二压〕槽底

玉「口巨二压口巨口压口巨口压口巨二压二

国口口国冈口口口口口口口口口口口口口口口口冈冈冈冈

门曰门冈冈口口口口口口口口口口口口口口口口口口口口

口口口冈冈口口口口口口口口]口口口口口同同冈冈同同

门门门冈冈口口口口口口口口口口口口口口同冈口口口口

冈同同冈冈口口]口口口口口口口口口口口口口口口口口

压困二【]〔二巨二二【〔二巨二〔二压〕

陈门厂勺吓万厂勺吓厂「一陈，厂一陈门

刃「巨二压二巨二压二厂了厂打厂甲陈门

币门厂门陈，厂门吓厂厂，陈门厂一陈门

三「巨二压二巨二压二巨二压二巨二压二

图2槽底、槽侧部测试分布点

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因一阳极导杆翻点

O一水平顶部侧试

TE端口口冈口口口口口口口口口口口口

口口口口口口口口口口口口口口口

口口口口口口口口口口口口口口口

OOO

因因因

因因因因因因

OOO

口口冈口口口口口口口口口口口口

口口日门口口口口口口口口口口口

口口口口口口日口口口口口口口口

图3摘里、阳极导杆、水平顶部测试分布点

6测试数据处理及计算公式

6.1能f收入计算

能量收人计算见公式((7),

Q"m=36001E*;,n(7)

式中:

Q电二—收人能量，单位为千焦每小时(kJ/h);

3600-1kW·h能量换算单位，单位为千焦每千瓦小时[kJ/(kW·h)];

E休二内—发热电压，单位为伏(V),

6.2能.支出计算

6.2.1COZ气体消耗热.

COp气体消耗热量见公式((8),

Qco,一、丁Cpm，dT(8)

)烟气

式中:

QCO,—CO2气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h);

nco,—1小时产生的CO，气体的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h);

T,—环境绝对温度，单位为开尔文(K);

TzMt—烟气绝对温度，单位为开尔文(K);

叭一CO:气体热容，单位为千焦每立方米摄氏度k〔1/(m'0C‘)]o

6.2.2CO气体消耗热f

CO气体消耗热量见公式(9)a

Qco一丁C,_dT(9)

TTm,a

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式中:

Qc,—CO气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h);

nco—1小时产生的CO气体的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h);

coco—CO气体热容，单位为千焦每立方米摄氏度k〔7/(m'·℃)〕。

6.2.3CO,C08气体消耗热f

CO,CO:气体消耗热量见公式(10),

QCO'co，一Qco+Qco,(10)

式中:

Qc,co,-CO,CO:气体消耗热量，单位为千焦每小时(kJ/h).

6.2.4每小时产生的CO2,C()的物质的f

根据A40,+xC=2A1+YCO,+zCO得出公式(11),

nco,=Y·nAl/2,nco=z·nAl/2

式中:

nco,—每小时产生的C02的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h);

n}—每小时电解产铝的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h);

nco—每小时产生的co的物质的量，单位为千摩尔每小时(kmol/h),

6.2.5铝电解反应耗热

铝电解反应耗热按照公式(12)计算。

Qr、一华XnAIX10312)

其中△Him:的计算见公式(13);

AH,2e:一2〔pH,;98AU.)+yAHz98co,(t)+,AHiz9sco(-c)」一A〔Hf',MAl,o,(.)+xAHa098c，··…(13)

公式(13)中250C(298K)时主要反应物质的反应热熔值为:

AHy(98A1(.〕一。;AH0,-cc.一0;

t1Mseco("v=(一110.70kJ/mol);OHizsaAl,o,c.>=(一1678.74kJ/moll;

AHaseco'(-o=(一394.15kl/mollo

6.3铝液带走热

铝液带走热分为3部分，即QAI=QAIM十QA。十QAIA，其中:

嗽14=AM··················……(14)

式中:

QAIV—铝熔化带走热，单位为千焦每小时(kJ/h);

x-铝熔化热，其值为397.33kJ/kg.

QAM二cMAtl··················……(15)

式中:

QAM铝凝固带走热，单位为千焦每小时(kJ/h);

c,铝200C-675℃的平均比热，其值为0.9739kJ/(kg"0C);

At,熔化温度与环境温度的差值，即△t,=tvtxtt-tstammt，单位为摄氏度(℃)。

QAI$=c2MOt2

式中:

QAI$—铝液由电解温度降至凝固温度所带走的热量，单位为千焦每小时(kJ/h);

c,-铝8000C时的比热，其值为1.0789kJ/(kg"0C);

At,—电解温度与铝熔化温度的差值，即△ti=t电解。，一崛肚毗，单位为摄氏度(℃)。

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6.4残极带走热

残极带走热见公式(17),

Q。一分X、。Xmav,(T,a。一T,)·····”····…·…(17)

式中:

吸。—残极带走热，单位为千焦每小时(kJ/h);

合一每小时换极数，

残极比热，其值为0.7118kJ/(kg"K);

cma&a残极重量，单位为千克每小时((k刃h);

Tea&—换块平均绝对温度，即Tzaa=电解温度+残极温度，单位为开尔文(K);

钢爪带走热

钢爪带走热见公式(18).

Q*qm一合X。。爪Xm.爪(讯，爪一丁,)(18)

式中:

Qmm钢爪带走热，单位为千焦每小时((kJ/h);

Cwm钢爪比热，其值为0.5024kJ/(kg"K);

m钥爪—钢爪重量，单位为千克每块阳极((kg/块);

Tz01m钢爪绝对温度，单位为开尔文(K)。

6.6换极散热

6.6.1对流散热

对流散热计算见公式(19),

Qzaa=anrm(t:一t,)S

式中:

Qna—对流散热损失，单位为千焦每小时((kJ/h);

a对上部=Am(tz一tl)via,a对上部=1.3a对;

Am常数，与介质性质及计算温度t,有关，见图4,t,二(t,-t,)/2，单位为摄氏度(℃);

azt—对流换热系数，单位为千焦每平方米小时摄氏度[kJ/(m'·h.℃)〕;

t2—体系温度，单位为摄氏度(℃);

t—环境温度，单位为摄氏度(℃);

5—给热面面积，即实际阳极底掌面积，单位为平方米(mz),

Am

50100200300400500600