1 概述

鋁電解槽能量靜態(tài)分布和動態(tài)變化是電解槽工況表現(xiàn)的重要特征，通過鋁電解槽能量平衡測試、計算和分析，可以對鋁電解槽電能利用率、區(qū)域熱量分布特征、工藝技術(shù)條件和加工操作制度合理性進行定量分析和科學評估。 通過實踐，能量平衡測試和計算體系選取鋁電解槽和環(huán)境之間形成的封閉物理界面，即槽頂 - 槽罩 - 槽殼 - 槽底，包括界面上參與傳熱的筋板或搖籃架。鋁電解槽體系的能量收入或支出計算以千瓦(kW)為單位，電解溫度選為能量平衡計算的基礎(chǔ)溫度。在鋁電解槽能量平衡測試和計算過程中，封閉物理界面向周圍環(huán)境散熱損失測試和煙氣帶走的熱損失，在整個能量平衡測算中占有重要的位置。 某企業(yè) 500kA 鋁電解槽在開展鋁電解槽能量平衡測試過程中，利用日本生產(chǎn)的 HFM-215 型熱流計測量槽體向周圍環(huán)境散熱損失 ；利用 TH-990 型智能煙氣分析儀測試煙氣流量和煙氣帶走的熱損失。

2 槽體系散熱損失測試

為了準確測試鋁電解槽體系散熱損失，需要在槽體系表面上，按照經(jīng) - 緯線劃分區(qū)域，布置測點。測試過程中，測試人員在緯度方向?qū)㈥帢O槽殼側(cè)部表面劃分成熔體區(qū)(電解質(zhì) + 鋁液)、陰極碳塊區(qū)和耐火保溫區(qū)，以搖籃架為經(jīng)線形成測點區(qū)域。對于槽罩、槽底和槽頂采用同樣的方法進行區(qū)域劃分和布點測試。此外，測點還包括凸出或露出體系表面的搖籃架、陽極導(dǎo)桿、陰極鋼棒以及槽沿板等散熱部件 。 根據(jù)測得的熱流密度和測點區(qū)域面積，可以計算槽體系表面散熱損失 ；根據(jù)測得的煙氣流量和溫度，可以計算煙氣通過煙道帶走的熱量。某企業(yè) 500kA 鋁電解槽各測試槽熱損失平均測算結(jié)果如表 1 所示。

由 表 2-1 可 知，某 企 業(yè) 500kA 測 試 槽 平 均 總 散 熱 損失 為 1.754V。其 中，陽 極 區(qū) 平 均 散 熱 為 0.968V，占 總 散熱損失的 55.3%，陰極區(qū)平均散熱為 0.786V，占總散熱的44.7%。

3 區(qū)域能量分布

根據(jù)表 1 中 500kA 鋁電解槽體系平均散熱損失測算數(shù)據(jù)，可以繪制鋁電解槽體系熱流分布圖[2]，具體見圖 1 所示。

從 500kA 鋁 電 解 槽 區(qū) 域 熱 損 失 分 布 圖 可 知，某 公 司 500kA 電解槽測算出的槽熱損失分布比較合理。?

4 能效計算與分析?

4.1 能效計算方法?

通過能量平衡測試和計算，可以全面掌握槽體系能量收 入和支出各子項的數(shù)值大小和它們在能量平衡中的影響程 度，檢驗?zāi)芰科胶鉁y試和計算工作的可靠性和準確度，計算 電能利用率。 電解槽的能量利用率公式如下??：

理論能耗中，電解反應(yīng)能耗主要與電解溫度和電流效率 有關(guān)，其它兩項能耗主要與陽極毛耗、氧化鋁單耗和電解溫 度有關(guān)。如果需要計算的時電解槽槽電壓電能利用率，則實 際能耗中的電壓為電解槽平均電壓 ；如果計算的為體系壓 降電能利用率，則實際能耗中的電壓為體系壓降。

4.2 能效分析?

測試過程中，500kA 測試槽的體系壓降為現(xiàn)場測試數(shù) 據(jù)，其它相關(guān)數(shù)據(jù)均采用近期一個月內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。500kA 測試槽能量平衡誤差分析如表 2 所示。?

結(jié)果表明 ：某企業(yè) 500kA 測試槽能量平衡測試誤差絕

對值均在 ±5% 以內(nèi)，測試結(jié)果真實可靠。經(jīng)計算分析，某 企業(yè) 500kA 測試槽電能利用率如表 3 所示。 由表 3 可知，某企業(yè) 500kA 電解槽測試槽電能利用率 平均達到 50.51%。相關(guān)文獻指出，鋁電解生產(chǎn)中的電解槽 的電能利用率不到 50%。

?5 小結(jié)?

(1)本次能量平衡測試計算誤差均小于允許誤差 ±5%， 符合電解槽能量平衡測試誤差要求，測試結(jié)果準確可靠。?

(2)從總熱損失計算結(jié)果來看，某企業(yè) 500kA 測試槽 總的散熱損失較低，平均總散熱損失為 1.754V。其中陽極 區(qū)平均散熱為 0.968V，占總散熱損失的 55.3%，陰極區(qū)平均 散熱為 0.786V，占總散熱的 44.7%。?

(3)綜合分析，某企業(yè) 500kA 測試槽電能利用率較高， 平均達到 50.51%。

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總結(jié)

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