1.4.2 Расход тепла

На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_{Г *} ∆H^T_Г, (43)

где R¹_Г - расход глинозёма, кмоль определяется по формуле 44

∆H^T_Г - тепловой эффект образования оксида алюминия при 25 ˚С (298 К), равный 1676000 кДж/кмоль.

(44)

кмоль

кДж

Потери тепла с выливаемым из ванны алюминием рассчитываются, исходя из условия, что количество вылитого алюминия соответствует количеству наработанного за то же время.

При температуре выливаемого алюминия 960 °С энтальпия алюминия ∆H^T1_Al составляет 43982 кДж/кмоль, а при 25 °С энтальпия алюминия ∆H^T2_Al равна 6716 кДж/кмоль. Отсюда потери тепла Q_Al, кДж с выливаемым алюминием составят:

Q_Al = Р¹_{Al *} (∆H^T1_Al - ∆H^T2_Al) (45)

где Р¹_Al - количество наработанного алюминия, кмоль определяемое по формуле:

(46)

кмоль

кД

Унос тепла с газами при колокольной системе газоотсоса рассчитываем, принимая, что разбавление газов за счет подсоса воздуха в систему отсутствует. В этом случае ведем расчет на основные компоненты анодных газов – оксид и диоксид углерода. Тогда унос тепла с газами Q_газ, кДж будет равен:

Q_газ = Р¹_{СО *} ( H^T1_CO - H^T2_CO) + Р¹_{СО2 *} (H^T1_CO2 - H_T2^CO2), (47)

где Р¹_СО и Р¹_СО2 – количество CO и CO₂, кмоль

H^T1_CO – энтальпия СО при температуре 550 °С, равна 24860 кДж/кмоль

H^T2_CO – энтальпия СО при температуре 25 °С, равна 8816 кДж/кмоль

H^T1_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 550 °С, равна 40488 кДж/кмоль

H^T2_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 25°С соответственно, 16446 кДж/кмоль

Q_газ =0,721 кДж

Потери тепла в окружающую среду определяются на основании законов теплоотдачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Так как электролизер представляет собой сложную систему, изготовленную из различных материалов, для упрощения расчетов, потери тепла конструктивными элементами электролизёра Q_П, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:

Q_п = (Q эл + Qан) - (Q_Г + Q_Al + Q_газ) (48)

кДж

Таблица 3 - Тепловой баланс электролизера на силу тока 175000 кА

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
От прохождения электроэнергии	2923200	85,22	На разложение глинозёма	1646184	48,07
			С вылитым металлом	71960,646	2,1
От сгорания угольного анода	507044,237	14,78	С отходящими газами	37636,47	1,1
			Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра	1671463,12	48,73
ИТОГО	3430244,24	100	ИТОГО	3430244,24	100

1.5 Расчёт цеха

В расчёт цеха входит определение числа рабочих электролизёров в серии, число резервных электролизёров, общее число устанавливаемых электролизёров, годовой выпуск алюминия-сырца одной серией и тремя сериями и удельный расход электроэнергии.

Расчёт числа рабочих электролизёров определяется величиной среднего напряжения на электролизёре и напряжением выпрямительных агрегатов, питающих серию электролизёра.

КПП обеспечивает серию электролизёров, напряжением 850 В. Учитывается резерв напряжения 2% на колебание во внешности сети, потери напряжения в шинопроводах и т.д.

Для подстанции на 850 В рабочее напряжение серии U, В составит:

U = 850 - (U₁ + U₂ + U₃) (49)

U =В

Число рабочих электролизеров N в серии составит:

, (50)

где:U - напряжение серии U, В

U_СР - среднее напряжение на электролизере, В (из таблицы 2);

U_АЭ- доля увеличения напряжения от анодных эффектов, В (по формуле 36)

Число установленных электролизёров в серии 172

Для максимального использования возможностей преобразовательной подстанции и обеспечения постоянства производительности серии, число установленных в ней электролизеров N_У должно быть больше, чем работающих, на число резервных электролизеров.

Количество резервных ванн N_Р рассчитывается исходя из необходимости капитального ремонта электролизеров по формуле:

, (51)

где:N – число рабочих электролизёров в серии;

t – длительность простоя ванн в ремонте, по практическим данным 5 – 8 дней;

Т – срок службы электролизёра, 4 года;

365 – дней в году.

Принимаем 1 резервный электролизёр на серию. При двухрядном расположении электролизеров в корпусе, по проекту в серии можно установить 172 электролизера, т.е. размещается в двух корпусах по 86 электролизеров в каждом. Один из этих электролизеров резервный, тогда рабочих электролизеров будет 171. По расчетам рабочих электролизеров может быть 173, из этого следует, что остается запас напряжения.

Тогда в серии будет установленных электролизеров N_У, шт.:

N_У = N+ N_Р, (52)

где N - число рабочих электролизеров;

N_Р - число резервных электролизеров.

N_У = 171 + 1 = 172

В 3 сериях будет 6 корпусов, в них установлено электролизёров, N_УСТ:

N_УСТ = N_{У *} n (53)

N_УСТ = 172 * 3 = 516

Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:

Pс = 0,335 * I * η * 8760 * N * 10-3 (54)

где 0,335 - электрохимический эквивалент, кг/(кА_*ч);

I - сила тока, кА;

η - выход по току, д. е.;

8760 - часов в год;

N - число работающих ванн в серии.

Р_С = 0,335 * 175 * 0,887 * 8760 * 171 * 10^-3 = 77894,48 т

Годовая производительность цеха Рц, т будет:

Рц = Рс _* n (55)

Рц = 77894,48 * 3 = 233683,44 т

Удельный расход электроэнергии W, кВт*ч/т рассчитывается по следующей формуле:

(56)

кВт/ч

Выход по энергии

(57)

г/кВт*ч