Цех электролитического получения алюминия, производительностью 250 000 тонн в год

 

        где  – производительность электролизёра по алюминию, кмоль/час;       

I     – сила тока на электролизёре, А;

  –  выход по току, доли единиц;

F   –   число Фарадея, равное 26,8 А×ч.

 

 

По справочным данным принимаем:

Тогда потери тепла с  вылитым из электролизёра алюминием:

 

 

 

в) Унос с отходящими газами

Расчёт уноса тепла  с отходящими газами ведём на основе основных компонентов анодных газов  – окиси и двуокиси углерода. Температуру отходящих газов  принимаем по практическим данным равной 550 °С. Энтальпию составляющих отходящих газов, находим по справочным данным.

Тогда потери тепла с  отходящими газами составит:

 

             (10.2.5)

 

        где – соответственно число выделяющихся киломолей  СО₂ и СО кмоль/час;

       – энтальпия двуокиси углерода соответственно при температурах 550 и 25 °С, кДж/моль;

По справочным данным принимаем:

      

 

 

г) На нагрев воздуха, засасываемого под шторы

 

Когда система ограничивается укрытием (шторами), т.е. когда происходит значительное разбавление электролитических газов, унос тепла с газами вычисляется по формуле:

 

                                  (10.2.6)

 

       где  – плотность газов при нормальных условиях ( ), кг/ м³;

       – приведенный объем воздуха при нормальных условиях ( ),    

       – средняя удельная теплоемкость газов ( ), кДж/кг·град;

       – температура отходящих газов ( ), °С;

    – температура окружающей среды ( ), °С;

 

.

 

д) На нагрев исходных материалов

 

,                                                  (10.2.7)

 

        где  - расход тепла на нагрев каждого загружаемого материала, кДж/час.

,                                                   (10.2.8)

 

        где  - часовой расход материалов, кг/час;

       - изменение теплосодержания материалов в пределах температур 25-950 °С, кДж/кг.

 Часовой расход  материалов принимаем из материального  баланса кг/час:

Глинозём                                                           52,976

Фторсоли                                                           1,242

Анодная масса                                                  13,62

По справочным данным теплосодержание материалов принимаем, кг/час:

Глинозём                                                       1042,5

        Фторсоли                                                     1783,6

        Анодная масса                                              1394,4

Тогда расход тепла на нагрев исходных материалов составит:

 

 

Потери тепла в окружающую среду с поверхности электролизера определяют на основании законов теплопередачи конвекцией и излучением.

Для упрощения расчетов тепловые потери с поверхности электролизера  определяем по разности:

 

.     (10.2.9)

 

Результаты расчета сводим в таблицу 10.1.

 

Таблица 10.1 – Энергетический баланс электролизёра

Приход тепла	кДж/час	%	Расход тепла	кДж/час	%
От электрической энергии	1343304	80,14	На разложение глинозёма	852321	50,85
От сгорания анода	268057	16,0	С выливкой металла	37974	2,27
От догорания анодных  газов	27070	1,61	С отходящими газами	19905	1,19
От изменения теплосодержания  СО и СО2 в анодных газах	37762	2,25	На нагрев воздуха, засасываемого под шторы	303470	18,1
			На нагрев исходных материалов	76434,4	4,55
			С поверхности электролизёра	386088,6	23,03
ВСЕГО:	1676193	100	ВСЕГО:	1676193	100

 

11 РАСЧЁТ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО

   ЦЕХА                         

 

11.1 Расчёт количества электролизеров цеха

Для расчета используются следующие  данные:

- выход по току –  0,91 %;

- среднее напряжение – 4,6802 В;

- производительность  цеха 250000 тонн в год;

- сила тока 90 кА.

Суточная производительность электролизера [2]

 

,                                                (11.1.1)

 

        где  – суточная производительность электролизера кг/сут;

        – вывод по току, %;

        – электрохимический эквивалент, г/А∙ч;

        – сила тока, А.

 

= 0,336×90000×0,91×24/10 = 660,44 кг/сут.

 

Годовая производительность электролизера:

 

= ,                                                      (11.1.2)

 

        где  – годовая производительность электролизера, кг/год;

       – суточная производительность электролизера кг/сут;

        365 – число дней в году, сут.

 

= 660,44×365 = 241061 кг/год = 241,061 т/год.

 

Для обеспечения производительности электролизного цеха 200000 тонн алюминия в год необходимо электролизеров:

 

,                                                        (11.1.3)

 

        где  – количество рабочих электролизеров цеха, шт;

       – годовая производительность цеха т/год;

       – годовая производительность электролизера, кг/год;

шт,

 

Принимаю 830 (округлено) электролизеров цеха.

Количество электролизеров цеха, находящихся в капитальном ремонте [2]:

                           

,                                                     (11.1.4)

 

        где – количество электролизеров цеха, находящихся в капитальном ремонте, шт;

     – количество рабочих электролизеров цеха, шт;

        – продолжительность ремонта ( ), сут;

       – срок службы электролизера ( ), год;

       365 – число дней в году, сут.

 

шт.

 

Принимаю 7 (округлено) электролизеров цеха.

Количество установленных электролизеров в цехе:

                          

  = + ,                                                (11.1.5)

 

        где   – количество установленных электролизеров цеха, шт;

– количество рабочих электролизеров цеха, шт;

– количество электролизеров цеха, находящихся в капитальном ремонте, шт;

= 1037 + 6 = 1043 шт,

 

11.2 Расчёт количества электролизеров серии

 

Число рабочих электролизеров серии принимается в зависимости  от напряжения выпрямительных агрегатов с учетом потерь напряжения в аппаратуре в шинопроводах подстанции и резерва напряжения, необходимого для предупреждения снижения силы тока при возникновении в серии анодных эффектов и при колебаниях напряжения во внешней сети.

Выбираю напряжение выпрямленного тока от подстанции 850 В. т.к. обычно серии с выпрямительными подстанциями на 850 В состоят из 160 – 170 электролизеров, что соответствуют моему расчету.

Потери напряжения в  аппаратуре и шинопроводах подстанции составляют около 1 % (т.е. 8,5 В) от номинального напряжения выпрямительных агрегатов. Резерв для компенсации возможных колебаний напряжения во внешней сети принимается равным 5 % (т.е. 42,5 В) от напряжения агрегатов.

Успешно осваиваемая  практика работы со сниженным числом анодных эффектов позволяет ограничить  резерв напряжения на подстанции для компенсации анодного эффекта в пределах 35 – 40 В.

При этих условиях для серии, питающейся, от подстанции с напряжением выпрямляемого тока 850 В, расчетное напряжение, определяющее число электролизеров серии составит:

 

                               (11.2.1)

 

        где – расчетное напряжение, определяющее число электролизеров серии, В;

 – напряжение выпрямленного тока от подстанции (850 В), В;

 – потери напряжения в аппаратуре подстанции и внешнем

шинопроводе (8,5 В), В;

 – резерв напряжения анодных эффектов (35 В), В;

 – резерв автоматического регулирования (42,5 В), В.

 

.

 

При работе в режиме, когда частота анодных эффектов составляет 0,5 сут^-1, а продолжительность - 2 мин, составляющая часть от анодных эффектов равна 0,024 В.

Число рабочих электролизеров серии составит:

 

,                                               (11.2.2)

        где  – число рабочих электролизеров серии, шт;

        – расчетное напряжение, определяющее число электролизеров серии, В;

 – среднее напряжение на электролизере, В;

 – падение напряжения от анодных эффектов, В.

 

шт.

 

Принимаю 166 (округлено) рабочих электролизера в серии.

 

Кроме действующих в серии, всегда имеются электролизеры, находящиеся в капитальном ремонте, так называемые резервные электролизеры. Их число определяется средней продолжительностью работы электролизера между капитальными ремонтами и длительностью самого ремонта.

По опыту БАЗа принимаю продолжительность межремонтной эксплуатации электролизера 5 лет, а длительность самого капитального ремонта 12 суток (включая пусковой после ремонта период). При этих условиях число резервных электролизеров серии составит:

 

                                                    (11.2.3)                                                   

 

         где  – число резервных электролизеров серии, шт;

         12 – длительность самого капитального ремонта, сут;

         5 – продолжительность межремонтной эксплуатации электролизера, год;

         365 – число дней в году, сут.

 

 шт.

 

Отсюда общее число электролизеров серии будет равно:

 

166 + 1,09 = 167,09 шт.

 

Для удобства расположения электролизеров в одной серии добавляю 2 электролизера, что составит:

 

= 166 + 2 = 168 шт.

 

11.3 Количество серий электролизного цеха

 

                                              (11.3.1)

 

        где  – количество серий электролизного цеха, шт;

        – количество рабочих электролизеров цеха, шт;

        – число рабочих электролизеров серии, шт.

 

шт.

 

Принимаю 6 (округлено) серий электролизного цеха при двухрядном продольном размещении электролизеров в корпусе.

При двухрядном размещении электролизеров серия размещается  в двух корпусах электролиза. Для удобства размещения серии в корпусе принимаю серию из 168 электролизеров. В каждом корпусе располагается 84 электролизера.

Тогда фактически установленных  электролизеров цеха составит:

 

= · ,                                       (11.3.2)

 

        где  – фактически установленных электролизеров цеха, шт;

       – число рабочих электролизеров серии, шт;

       – количество серий электролизного цеха, шт;

 

= 168 ∙ 6 = 1008 шт.

 

 

11.4 Годовая производительность электролизного цеха

 

Фактическая производительность цеха в год составит: