铝电解槽高温烟气焙烧技术理论与实践.pdf

彳鹰大季博士学位论文分类¨————篓嚣、聱宾救兀赫疟辰淌诓┑贾厍齑笱申请学位级别:博士学科、专业名称:冶金工程学位授予单位:重庆大学论文题目:铝电解槽高温烟气焙烧技术的理论与实践论文作者:伍成波论文提交日期:年月日答辩委员会主席:丁培道教授论文评阅人:李劫程素森刘石聂剑平沈保罗文光华郑忠。’答辩日期:年月授位日期:年月年月日辫级日【
摘要种新的燃料焙烧技术——铝电解槽的高温烟气焙烧技术,即用燃料燃烧产生的高烟气焙烧装置,并对该技术所涉及的一些理论问题进行了深入、系统的研究。究了炭极以及扎固糊在烟气中的氧化特性。实验测得,温度低于保考于嬉院螅缂ǖ难趸俾士J忌撸步鑫T诳掌械%左右。另外,我国的铝电解工业正处在空前的繁荣昌盛时期,然而,国内的铝电解槽的槽寿命较国外普遍偏低。焙烧技术对铝电解槽的寿命有至关重要的影响,因此,焙烧技术的开发与研究对铝电解生产尤为重要。本论文针对目前国际上火焰直接加热的燃料焙烧技术的不足,首次提出了一温烟气来加热铝电解槽,并根据高温烟气焙烧技术的要求,开发了铝电解槽高温针对电解槽炭极及扎囿糊表面是否会被严重氧化等问题,首次用实验方法研在烟气中的氧化速率在/甤以下,仅为在空气中的在温度高还用热力学和动力学理论研究了炭极的氧化机理,研究认为炭极的氧化速率取决于界面化学反应,并且在焙烧温度范围内,炭极在烟气中的氧化反应属于一级反应,反应速率常数与温度的关系在不同的温度区间相差较大。在以前为:一疶.;在以后为::高温烟气焙烧的升温速度可调的范围很大,因此,高温烟气焙烧技术能满足铝电解槽启动前的焙烧要求。由于调节灵活,升温速度和温度分布控制方便,可用此方法克服铝液焙烧和焦粒焙烧之缺点。与其它焙烧方法沽1烧、铝液焙烧、石墨焙烧啾龋眉际跏沟缃獠凵潞捅荷站龋⑶铱梢允阴极表面温度按优化的升温曲线自动升温,从而可以有效避免因热应力而导致的阴极裂缝现象,同时对扎缝和边部扎固糊的焙烧充分,能达到其它焙烧方法无法达到的效果。针对高温烟气焙烧的特点,对阴极碳块导热系数对阴极温度分布的影响进行了研究,研究表明:℃,阴极碳块上下表面温度差在℃之间。使用导热系数小于/甂的阴极碳块时,导致更大的温差,不能较好的满足电解槽的焙烧要求。因此,在阴极碳块的导热系数小于/甂时,不宜用高温烟气焙烧技术来加热电解槽。高温烟气焙烧技术装置的关键是燃烧器和分配室。针对该技术对燃烧器的特殊要求,用燃烧数学模型研究了燃烧器的性能。研究认为,燃烧器预燃室的存在中文摘要
和开发中的空白,而且也充实和完善了铝电解槽燃料焙烧理论。对提高燃烧器的燃烧效率有利,无预燃室,燃烧效率较低,最大为%,加装预燃室后,燃烧效率能达到%以上,但燃烧室的温度由岣叩搅舛匀忌帐业氖褂檬倜焕R虼耍档捅谖率羌幼霸と际液蟮娜忌掌设计中所要考虑的问题。由于三次风的存在,燃烧室壁温降低,这对燃烧器的寿命有利。另外,通过建立分配室流动与传热的数学模型研究了分配室的流场与温度场。研究认为矩形断面分配室优于圆形断面分配室,分配室各喷口的流量与能量分配的均匀性主要受分配室入口位置、形状和入口方向、分配室断面尺寸以及喷射管结构的影响,与入口速度关系较小。并对分配室的结构参数进行了优化,得到了较合理的分配室结构尺寸。针对铝电解槽槽内腔形状复杂同时存在多块阳极的计算对象,首次应用整体建模及耦合求解的思想,建立了铝电解槽烟气焙烧过程的数学模型,避免了计算对象中复杂的几何边界条件的处理以及大量的导热与对流的耦合边界问题,使温度场的求解简单方便,较好地解决了高温烟气焙烧时电解槽内的温度场计算。应用所建立的数学模型,计算了盗泻盗械缃獠鄹呶卵唐荷帐钡温度分布,结果表明,采用高温烟气焙烧该技术不但能方便地按升温要求焙烧好槽底阴极,而且能使边部扎固糊取得很好的焙烧效果,弥补了其它焙烧方法不能很好地焙烧边部扎固糊的缺陷。在加热末期,阴极上表面最大温差被控制在℃左右,下表面温度可达到孀笥遥芙虾玫芈懵恋缃獠郾荷盏墓ひ找求。同时,该方法也为复杂结构下的流动与传热的研究提供了新的途径,丰富和充实了冶金热能工程的理论研究。研究成果应用于中国铝业广西分公司的盗泻蜕轿鞴芈凉煞莨镜系列电解槽上,可以做到使阴极内衬表面温度缓慢均匀上升,阴极表面温度均匀;同时,避免了燃料焙烧时扎固糊及阴极碳块燃烧损坏的可能性。综上所述,本论文开发的高温烟气焙烧技术既具有燃料焙烧的优点,还弥补了目前国外燃料焙烧易使炭极及扎固糊表面燃烧氧化的不足,是一种较理想的铝电解槽焙烧技术,该技术的开发成功,不但填补了我国在燃料焙烧新技术的研究关键词:铝电解槽,焙烧,高温烟气,数值计算,模型重庆大学博士学位论文
猙祎缸雃..曲.—甒..簂/,甋英文摘要