鋁電解槽的電壓平衡和能量平衡計(jì)算案例1電壓平衡通常來(lái)說(shuō)，電流的效率和全過(guò)程平均下來(lái)的電壓共同決定了在工業(yè)上的鋁電解槽的電能的消耗情況。這就決定了，為了降低成本，也就是降低電能消耗率可以從兩個(gè)方面入手，其一是對(duì)全過(guò)程電壓進(jìn)行把控，是平均下來(lái)的電壓減少，其二是把電流效率加大。實(shí)際情況中電解槽的平均電壓可以如下進(jìn)行表示：1.1實(shí)際分解電壓其一就是Al2O3在理論上來(lái)講的開(kāi)始進(jìn)行分解的電壓值，其二就是陽(yáng)極的過(guò)電壓，其三是陰極的過(guò)電壓的累加。1.2電解質(zhì)電壓1.3陽(yáng)極電壓降1.3.1陽(yáng)極大母線(xiàn)電壓降綜上所述，等斷面變電流母線(xiàn)的電壓降由下式可以算出：所以1.3.2陽(yáng)極軟母線(xiàn)電壓降本次設(shè)計(jì)選取軟母線(xiàn)，長(zhǎng)度為，t=60℃，則：1.3.3陽(yáng)極立柱母線(xiàn)電壓降1.3.4陽(yáng)極炭塊組電壓降預(yù)焙炭塊壓降按公式計(jì)算。——炭塊電阻系數(shù)，時(shí)，；d——炭塊平均電流密度；h——炭塊的平均導(dǎo)電高度，；設(shè)殘極長(zhǎng)為，寬為，則1.4陰極電壓降1.4.1槽底電壓降；1.4.2陰極軟母線(xiàn)電壓降1.4.3槽周陰極母線(xiàn)電壓降1.4.4焊點(diǎn)壓降陰極鋼棒-鋁棒爆炸焊壓降取3mV，鋁棒與軟母線(xiàn)焊點(diǎn)之間的壓降取5mV。1.5陽(yáng)極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航凳街小?yáng)極效應(yīng)次數(shù)（次/槽·日），取0.06次/槽·日；電壓由4V升至40V，可計(jì)算出：1.6連接母線(xiàn)壓降本次設(shè)計(jì)種的槽外母線(xiàn)均攤電壓根據(jù)實(shí)測(cè)將取60mV。表6-1槽電壓2能量平衡通常情況下電解槽的能量平衡指的是除卻電解槽本身之外由外部補(bǔ)充給電解槽的能量（在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)積累的），與除去外部能量電解槽獨(dú)立在周?chē)h(huán)境不改變的情況下，由于內(nèi)部在不斷地進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換，這些交換所消耗的能量之間的平衡。2.1計(jì)算方法與基礎(chǔ)條件2.2能量平衡計(jì)算2.2.1熱量輸入計(jì)算(1)電能收入(2)陽(yáng)極反應(yīng)所得熱P=0.3356Iηt=0.3356×550000×0.95×10-3=175.35kg/槽·h=1.494kmol/槽·h在陽(yáng)極附近的氣體中CO2組成了其中的75%，CO組成了其中的25%：則： 每個(gè)電解槽中：CO2的生成熱為：CO的生成熱為：則氣體總生成熱：CO的燃燒熱：由于通常情況下CO在火炎的部分會(huì)燃燒，這就使得整個(gè)過(guò)程的溫度上升了，本次設(shè)計(jì)我們遵循經(jīng)驗(yàn)規(guī)定為50％，25℃時(shí)1kmolCO燃燒生成CO2，燃燒熱為67630kCal，則2.2.2熱量支出計(jì)算1.Al2O3反應(yīng)熱ΔFt=405760+3.75TlgT-92.22T可得Al2O3的分解熱為：每槽1h可分解，即2.氣體帶走的熱電解槽氣體流量：；排煙管煙氣溫度：；氣體平均比熱：3.鋁液帶走的熱量298K~933K時(shí)C0=4.96+0.00296T933K~1273K時(shí)Cp=2.00kCal/mol則 所以4.殘極帶走的熱由C殘：C耗=161.9:438.1則殘極的量為：殘極碳比熱：故殘極碳帶走熱量為：5.加熱冰晶石、氟化鋁1.散熱損失(1)槽殼損失傳導(dǎo)熱損失：a.正對(duì)槽膛底的槽殼損失槽殼底面積：℃底部炭塊：δ1=45cm，取平均溫度為925℃。δ2=130+2=132mm，取平均溫度：870℃硅酸鈣質(zhì)絕緣板：δ5=65mm，鋼殼：δ6=12mm，解得用所求得的Q驗(yàn)算各層溫度是否合理：陰極炭塊：b.槽膛底以下的熱損失℃槽幫：δ1=15cm=0.15m，取平均溫度為900℃，則：側(cè)部炭塊：δ2=125mm，其、取平均溫度為850℃鋼板：δ3=12mm，解得傳導(dǎo)熱：c.角部熱損失AD面的散熱損失：AD面面積BD面的面積：取根據(jù)公式：槽殼總的熱損失：(2)密閉罩熱損失a.長(zhǎng)為：寬為：總面積為：垂直壁：A3的確定：查表知：壁表面向上時(shí)：輻射損失：對(duì)于水平鋼板槽罩：ε=1.0b.端頭罩熱損失環(huán)境25℃，表面50℃查表垂直壁：輻射熱損失：c.側(cè)罩鋁板熱損失環(huán)境溫度：25℃，表面溫度：65℃，鋁板總面積：查表對(duì)流熱損失：輻射熱損失：鋁板的熱損失d.框架熱損失查表：輻射熱損失：框架總損失：罩總損失：(3)開(kāi)罩損失：a.加工面熱損失b.未加工面熱損失查表得熱損失：則，每小時(shí)的熱損失：每小時(shí)開(kāi)罩時(shí)間：則開(kāi)罩熱損失：(4)槽沿板熱損失總長(zhǎng)槽沿板散熱面積：㎡散熱損失：查表得：，(5)陰極棒頭熱損失Q===2.3能量平衡列表表7-1550kA鋁電解槽能量平衡表收入支出項(xiàng)目數(shù)量(kJ/h)百分比(%)項(xiàng)目數(shù)量(kJ/h)百分比(%)直流電陽(yáng)極反應(yīng)熱CO燃燒7926874.661808748.397196973.35179.8118.211.98Al2O3分解氣體帶走鋁液帶走殘極加熱冰晶石等散熱損失槽殼密閉罩開(kāi)罩槽沿板陰極鋼棒頭3982361.5421084.972.32244110.566158