2.4.2 Расчёт расхода тепла

На разложение глинозема расходуется тепла Q_Г, кДж:

Q_Г = R¹_Г * ∆H^T_Г (2.43)

где ∆H^T_Г - тепловой эффект образования оксида алюминия при 25˚С (298 К), равный 1 676 000 кДж/кмоль.

(2.44)

кг/моль

Q_Г = 0,99 * 1676000 = 1 659 240кДж

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) (2.45)

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

(2.46)

Р¹_Al кг/моль

Q_Al = 1,95 * (43982 – 6716)= 72 668,7кДж

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), (2.47)

где Р¹_СО и Р¹_СО2 – количество CO и CO₂, кмоль

H^T1_CO – энтальпия СО при температуре 550 °С, равна 24 860 кДж/кмоль

H^T2_CO – энтальпия СО при температуре 25 °С, равна 8 816 кДж/кмоль

H^T1_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 550 °С, равна 40 488 кДж/кмоль

H^T2_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 25°С соответственно, 16 446 кДж/кмоль

H^T2_CO2 – энтальпия СО₂ при температуре 25°С соответственно, 16 446 кДж/кмоль

Q_газ = 0,73 * (24 860-8 816) + 1,09 * (40 488 – 16 446)=37 917,9кДж

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 QП, кДж определяются по разности между приходом тепла и расходом по рассчитанным статьям:

Q_п = (Q эл + Qан) - (Q_Г + Q_Al + Q_газ) (2.48)

Q_п = (2 995 808,76+421 786,62) – (1 659 240+72 668,7+37 917,9)=1 647 750,78кДж

Таблица 2.3 - Тепловой баланс электролизера на силу тока 170 кА

Приход тепла	кДж	%	Расход тепла	кДж	%
От прохождения электроэнергии	2 985 573	85,4	На разложение глинозёма	1 659 240	47,5
			С вылитым металлом	72 669	2,1
От сгорания угольного анода	510 286	14,6	С отходящими газами	37 918	1,0
			Конструктивными элементами и с поверхности электролизёра	1 726 032	49,4
Итого	3 495 859	100	Итого	3 495 859	100

2.5 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 цехом, а также 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 1 % 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) (2.49)

U = 850 – (8,5 + 8,5 + 30) = 803 В

Число установленных электролизеров N в серии составит:

N = (2.50)

N

где U - напряжение серии U, В

U_СР - среднее напряжение на электролизере, В (из таблицы 2.3);

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

В связи с необходимостью проведения капитальных ремонтов оборудования и обеспечения постоянной производительности серии, рассчитываем количество резервных электролизеров.

N_р= (2.51)

где N – число рабочих электролизёров в серии;

t – длительность простоя ванн в ремонте, по практическим данным 7 дней;

Т – срок службы электролизёра, 4 года;

365 – дней в году.

N_р шт

Принимаем 1 резервный электролизёр на серию, тогда в серии рабочих электролизеров N шт. будет:

N=172 – 1 = 171 (2.52)

где N_у - число установленных электролизеров;

N_Р - число резервных электролизеров

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

N_УСТ = N_{У *} n (53)

N_УСТ = 172 * 4 = 688

Nраб = 171 * 4 = 684ванн

Годовая производительность серии Pс, т рассчитывается по формуле:

Pс = 0,335 * I * η * 8760 * N * 10^-3 (2.54)

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 * 177,7 * 0,882 * 8760 * 171 * 10^-3= 78 650,42 тонн

Годовая производительность цеха Рц, т будет:

Рц = Рс _* n (2.55)

Рц = 78650,42 *4 = 314 602т

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

(2.56)

кВт*ч/т

Выход по энергии г/кВт*ч

(2.57)

г/кВт*ч