一种电解铝综合节能方法及系统与流程

本发明涉及电解铝，具体为一种电解铝综合节能方法及系统。

背景技术：

1、电解铝生产过程中需要向电解槽内部持续补充氧化铝物料。现有的控制方式采用固定的绝对浓度数值进行统一控制，无法精确掌握电解槽内部各个下料点局部的氧化铝实际消耗状态。由于不同厂家的工况和电解槽型号存在差异，对氧化铝浓度的控制上限定义并不统一。当下料速率与实际消耗速率不匹配时，局部氧化铝浓度偏高引发槽底物料沉淀现象，局部氧化铝浓度偏低引发阳极效应，破坏电解槽的稳态运行。现有的混合料注入方式将低温状态的物料直接投入高温电解质内部，造成局部电解质产生骤冷沉淀并增加系统整体热量消耗，未能利用电解槽排烟管路排出的烟气废热。当下料速率改变时，缺乏同步调整氟化铝和氧化铝混合比例的控制逻辑，会导致槽内电解质的氟化铝总量失衡。

2、另外，电解槽内部的高温熔体表面由于散热冷凝形成电解质结壳，需要通过打壳机构击穿结壳形成下料通道。现有的打壳机构采用气动打壳气缸结构，依赖压缩空气动力管网提供动力。电解槽顶部处于高温恶劣环境，气动打壳气缸内部的活塞动态橡胶密封件老化损坏速度快，容易造成压缩空气管网存在跑冒滴漏现象，增加打壳动力环节的能耗，导致设备的日常维护频率偏高。当打壳机构停止下料处于休眠状态时，封堵在新开启的下料通道表面的物料长时间受高温烘烤发生烧结，后续恢复下料时，现有的打壳机构无法击穿烧结层造成死锁现象。

3、因此，本发明提出一种电解铝综合节能方法及系统，来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于传统电解铝系统对氧化铝局部浓度控制不精准容易引发沉淀或阳极效应，并且传统气动打壳机构在高温强磁环境中老化损坏快且能耗高。

2、为解决现有技术存在的问题，本发明提供如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种电解铝综合节能系统，包括：

4、预混装置、阳极预热炉、烟气余热预热器、螺旋连续下料装置、阳极电流采集模块、控制单元、电磁缸、打壳头、总电流检测模块和排烟流量检测模块。

5、预混装置出料端口连接烟气余热预热器进料端口，阳极预热炉设立在电解槽的外围区域。

6、烟气余热预热器进气端口对接电解槽的排烟管路，烟气余热预热器出料端口连通螺旋连续下料装置进料端口，螺旋连续下料装置下料端口悬空正对电解槽顶部的打壳孔上方预设安全距离处。

7、阳极电流采集模块固定在阳极导杆表面，总电流检测模块安装于电解槽的母线槽处，排烟流量检测模块安装于电解槽的排烟管路上；阳极电流采集模块、总电流检测模块与排烟流量检测模块的数据输出端口均连接控制单元的数据输入端口。

8、电磁缸垂直安装于电解槽顶部，电磁缸的动力输出轴末端固定连接打壳头。预混装置、烟气余热预热器、螺旋连续下料装置和电解槽构建成混合料流通通道，阳极电流采集模块、控制单元、螺旋连续下料装置和电磁缸构建成闭环数据通道。

9、本发明第二方面提供一种电解铝综合节能方法，包括下述步骤：

10、步骤一，预混装置混合粉状氟化铝和粉状氧化铝生成混合料，烟气余热预热器接收混合料和电解槽排出的烟气并加热混合料。控制单元获取电解槽的运行温度和排烟流量，推导得出氟化铝挥发损耗速率，结合整体槽电压和基准电流效率常数计算混合配比参数，控制预混装置进料区域的称重给料机执行称量动作。控制单元生成初始打壳触发信号并传输至电磁缸，电磁缸驱动打壳头击穿电解槽表面的结壳形成下料通道，螺旋连续下料装置输送混合料进入电解槽。

11、步骤二，阳极预热炉加热新阳极，新阳极温度升高达到设定目标预热温度后进入电解槽的内部。

12、步骤三，阳极电流采集模块采集阳极导杆两点间的电压降数据并传输至控制单元。控制单元接收温度传感器采集的实际温度数据，利用电阻温度系数对基准电阻数值进行动态补偿，结合电压降数据解算出局部阳极电流。控制单元同步采集全槽直流总电流数据，将局部阳极电流结合整体槽电压和基于槽规结构的预设常数系数进行比值运算，解算出局部电流分布系数。

13、控制单元将电解槽划分为与螺旋连续下料装置数量对应的多个下料防区，计算防区内各阳极导杆局部电流分布系数的平均值作为区域等效分布系数。控制单元提取运行温度和整体槽电压，结合区域等效分布系数代入多元浓度映射模型中，反向映射得出对应防区的局部氧化铝浓度。

14、控制单元将局部氧化铝浓度分别对比弱欠量下限阈值和弱欠量上限阈值：

15、当局部氧化铝浓度小于弱欠量下限阈值时，控制单元生成加速指令和协同打壳指令，螺旋连续下料装置提升变频驱动电机的运转频率增加实际下料速率，电磁缸增加工作频次；控制单元同时削减称重给料机对粉状氟化铝的称量配比权重；

16、当局部氧化铝浓度大于弱欠量上限阈值时，控制单元生成减速暂停指令和打壳休眠指令，螺旋连续下料装置降低或终止运转频率，电磁缸切换至低频打壳模式；若下料动作完全终止，控制单元驱动螺旋连续下料装置排出封堵料覆盖于下料通道表面，并周期性驱动电磁缸执行弹射穿透动作将封堵料击穿打入熔体中；

17、当局部氧化铝浓度处于弱欠量下限阈值和弱欠量上限阈值之间时，控制单元生成常规运转指令，螺旋连续下料装置微调下料速率保持动态平衡，电磁缸维持基础定时打壳频率。

18、本发明提供了一种电解铝综合节能方法及系统。具备以下有益效果：

19、1、本发明通过阳极电流采集模块采集阳极导杆两点间的电压降数据，控制单元计算电压降数据得到局部氧化铝浓度数据，控制单元将局部氧化铝浓度数据与弱欠量下限阈值和弱欠量上限阈值进行对比，生成调速指令控制螺旋连续下料装置改变混合料进入电解槽内部的输送速率。控制单元建立闭环控制逻辑防止电解槽内部产生物料沉淀或阳极效应，维持电解质中氧化铝浓度的动态平衡。

20、2、本发明通过电磁缸垂直安装于电解槽顶部驱动打壳头执行打壳动作，电磁缸的动子采用非永磁高导磁铁芯结构，电磁缸外层包裹多层复合防磁屏蔽罩，避免电磁缸受高温热辐射导致退磁以及受外部母线磁场造成干扰。控制单元协同调度螺旋连续下料装置排出封堵料和电磁缸执行巡检打壳动作，防止下料通道封堵料发生坚硬烧结，降低打壳环节的动力能耗。

21、3、本发明通过预混装置混合粉状氟化铝和粉状氧化铝生成混合料，烟气余热预热器接收电解槽排出的烟气并利用烟气热量加热混合料，螺旋连续下料装置将处于加热状态的混合料排入电解槽内部。控制单元获取运行温度和排烟流量推导氟化铝挥发损耗速率并下发混合配比参数，防止下料速率变化造成电解槽内部氟化铝总量失衡，并且利用烟气废热降低电解槽的热量散失。

1.一种电解铝综合节能方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，基于阳极电流采集模块采集阳极导杆（5）两点间的电压降数据，包括：

3.根据权利要求2所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，基于所述控制单元（7）计算所述电压降数据得到局部氧化铝浓度数据，包括：

4.根据权利要求1所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，基于控制单元（7）控制电磁缸（9）驱动打壳头（10）击穿电解槽（8）表面的结壳形成下料通道，包括：

5.根据权利要求1所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，利用所述控制单元（7）处理所述局部氧化铝浓度数据生成调速指令和打壳指令，包括：

6.根据权利要求5所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，当所述局部氧化铝浓度数据大于所述弱欠量上限阈值时，方法包括：

7.根据权利要求1所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，在基于螺旋连续下料装置（4）输送混合料进入所述电解槽（8）之前，还包括：

8.根据权利要求7所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，所述预混装置（1）进料区域安装有称重给料机，基于预混装置（1）混合粉状氟化铝和粉状氧化铝生成所述混合料，包括：

9.根据权利要求7所述的一种电解铝综合节能方法，其特征在于，所述烟气余热预热器（3）内部设立有相互隔离的管程通道和壳程通道，所述壳程通道进气端并联设有烟气旁通调节阀，在所述烟气余热预热器（3）内部加热所述混合料的过程中，包括：

10.一种电解铝综合节能系统，其特征在于，应用于如权利要求1-9任一项所述的一种电解铝综合节能方法，包括：