權(quán)利要求書： 1.一種鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間，采集鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的過熱度測(cè)量值；

2)將所述過熱度測(cè)量值與所述標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間比較，若所述過熱度測(cè)量值高于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間上限，則控制槽壁換熱裝置使槽壁換熱量增加；若所述過熱度測(cè)量值低于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間下限，則控制槽壁換熱裝置使槽壁換熱量減少；若所述過熱度測(cè)量值在標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間范圍內(nèi)，則不做調(diào)整；所述槽壁換熱裝置為調(diào)節(jié)槽壁散熱量的換熱裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，其特征在于，通過加大所述槽壁換熱裝置內(nèi)換熱介質(zhì)的流量來(lái)增加換熱量；通過減少所述槽壁換熱裝置內(nèi)換熱介質(zhì)的流量來(lái)減少換熱量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述過熱度測(cè)量值的采集方法包括，在線測(cè)量獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度和電解質(zhì)自然冷卻開始結(jié)晶時(shí)的結(jié)晶溫度，以該結(jié)晶溫度為初晶溫度；所述實(shí)時(shí)溫度減去初晶溫度得到所述過熱度測(cè)量值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述過熱度測(cè)量值的采集方法包括，獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的樣本及電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度，通過檢測(cè)樣本獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的分子比，通過查表獲得對(duì)應(yīng)的初晶溫度，所述電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度減去初晶溫度得到過熱度測(cè)量值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間為5～15℃、6～8℃、8～10℃或10～12℃。

6.一種鋁電解槽，其特征在于，包括電解槽控制器和調(diào)節(jié)槽壁散熱量的槽壁換熱裝置，所述槽壁換熱裝置至少設(shè)置于電解槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述電解槽控制器控制所述槽壁換熱裝置，所述電解槽控制器還執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法的指令。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋁電解槽，其特征在于，所述槽壁換熱裝置包括熱管。

8.一種鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，包括余熱回收系統(tǒng)控制器和調(diào)節(jié)槽壁散熱量的槽壁換熱裝置，所述槽壁換熱裝置用于至少設(shè)置于電解槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述余熱回收系統(tǒng)控制器控制所述槽壁換熱裝置，所述余熱回收系統(tǒng)控制器還執(zhí)行實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求

1～5任一項(xiàng)所述鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法的指令。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)，其特征在于，所述槽壁換熱裝置包括熱管。

說明書： 基于過熱度的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法、系統(tǒng)、鋁電解槽技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種基于過熱度的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法、系統(tǒng)、鋁電解槽，屬于鋁電解槽節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)[0002] 鋁電解工業(yè)生產(chǎn)采用冰晶石—氧化鋁融鹽電解法。所謂冰晶石—氧化鋁融鹽就是以冰晶石為主的氟化鹽作為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)組成的多相電解質(zhì)體系。以碳素體作為陽(yáng)

極，鋁液作為陰極，通入強(qiáng)大的直流電后，在920℃～970℃下，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電

化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)主要通過以下方程進(jìn)行：2Al2O3+3C＝4Al+3CO2。陽(yáng)極產(chǎn)物主要是二氧化

碳和一氧化碳?xì)怏w，陰極產(chǎn)物是鋁液。

[0003] 如圖1所示的鋁電解槽示意圖，包括陰極1、陽(yáng)極導(dǎo)電棒2、陽(yáng)極母線3、打殼下料機(jī)構(gòu)4、集氣罩5、陽(yáng)極碳?jí)K6、槽幫結(jié)殼7、側(cè)壁內(nèi)襯8、陰極棒9、槽殼10、防滲隔熱材料11、電解

質(zhì)12、鋁水13、煙道口14。通電后，電流依次通過陽(yáng)極碳?jí)K6、電解質(zhì)12、鋁水13、陰極1、陰極

棒9，電解生成的鋁水形成在陰極1上。電解質(zhì)12開始結(jié)晶時(shí)的溫度為初晶點(diǎn)或初晶溫度，電

解質(zhì)12的溫度和初晶點(diǎn)的差為過熱度。陽(yáng)極碳?jí)K6到鋁水13表面的距離為極距。電解過程

中，電解質(zhì)通過槽側(cè)壁散熱，靠近槽側(cè)壁的電解質(zhì)凝固形成槽幫結(jié)殼7，槽幫結(jié)殼7的形狀由

電解質(zhì)溫度決定，溫度高則熔化一部分，溫度低則槽幫結(jié)殼7變厚。

[0004] 2017年我國(guó)鋁電解用電量高達(dá)5000億kWh，整個(gè)電解鋁行業(yè)耗電量占到全國(guó)總用電量的9％以上，電解鋁能量利用率不到50％，因此，鋁電解生產(chǎn)的高能耗、低能效是一個(gè)較

為嚴(yán)重的問題。

[0005] 噸鋁的直流電耗等于2980×平均電壓/電流效率。低溫及低電壓工藝，是實(shí)現(xiàn)電解鋁節(jié)能的兩大途徑。研究表明，電解溫度每降低10℃，電流效率約提高1％，噸鋁節(jié)電140度。

但是，低溫狀態(tài)下電解質(zhì)導(dǎo)電性能、氧化鋁溶解性能、添加劑種類及添加方法等均對(duì)電解過

程產(chǎn)生影響，因沒有找到適宜的低溫電解質(zhì)體系，制約了低溫電解在大型鋁電解槽上的工

業(yè)化應(yīng)用。

[0006] 而平均電壓每降低0.1，噸鋁節(jié)電320度，因此，降低鋁電解槽的槽電壓，提高電流效率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能是目前電解鋁行業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要途徑。

[0007] 然而，在鋁電解生產(chǎn)過程中，槽電壓是電解槽能量平衡中眾多相互耦合的變量之一，電解槽能量平衡中任何變量的改變都會(huì)引起電解槽現(xiàn)有的平衡被打破，若不能控制其

他變量使電解槽達(dá)到新的能量平衡，槽內(nèi)鋁電解反應(yīng)會(huì)受到影響，電解槽的運(yùn)行也會(huì)變得

不穩(wěn)定甚至電解槽遭到損壞。例如，極距的減小會(huì)減小槽電壓，導(dǎo)致輸入到電解槽中的能量

減少，直接影響就是使電解質(zhì)的溫度降低和過熱度降低，同時(shí)導(dǎo)致槽幫結(jié)殼及伸腿變厚，改

變爐幫形狀，影響槽內(nèi)電流分布和電解槽的電磁穩(wěn)定性。而能量平衡的打破和改變又會(huì)影

響到槽內(nèi)的物料平衡(氧化鋁和氟化鋁成分的穩(wěn)定)，例如槽幫結(jié)殼和伸腿的熔化或變厚會(huì)

影響電解質(zhì)水平，改變氧化鋁濃度，電解質(zhì)溫度的改變會(huì)影響氧化鋁的溶解度；最終會(huì)改變

電解質(zhì)的分子比和初晶點(diǎn)，而初晶溫度的改變又會(huì)反過來(lái)影響過熱度，過熱度又會(huì)引起一

系列的參數(shù)和變量的改變。也就是說電解槽的能量平衡和物料平衡不是相互獨(dú)立的，而是

能量平衡和物料平衡中每個(gè)參數(shù)每個(gè)變量之間都存在耦合關(guān)系，是互相關(guān)聯(lián)互相影響的，

因此在現(xiàn)有技術(shù)中，同時(shí)控制好電解槽的能量平衡和物料平衡才能取得好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

和保證電解槽穩(wěn)定運(yùn)行。

[0008] 對(duì)于電解槽能量平衡和物料平衡的控制，在目前的鋁電解生產(chǎn)過程中，如圖2所示的現(xiàn)行鋁電解工藝與臨界穩(wěn)定控制系統(tǒng)，通過采集槽狀態(tài)參數(shù)判斷槽況，然后通過調(diào)整極

距、電壓、電流、鋁水平來(lái)調(diào)整電解槽的能量平衡；繼續(xù)基于槽況預(yù)估再通過氧化鋁和氟化

鹽的合理加料制度來(lái)調(diào)整電解槽的物料平衡。通過槽內(nèi)兩種平衡的協(xié)調(diào)配合下，保證電解

槽電化學(xué)反應(yīng)的基本條件，同時(shí)維持電解槽及電解反應(yīng)的穩(wěn)定，并且盡可能的提高電流效

率實(shí)現(xiàn)節(jié)能。即從輸入端進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電解鋁穩(wěn)定性及節(jié)能控制。

[0009] 但是由于電解槽可用于控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)極少，加之能量平衡和物料平衡互相影響，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)電解反應(yīng)的穩(wěn)定和提高電流效率實(shí)現(xiàn)最大程度的節(jié)能，現(xiàn)實(shí)情況

往往是為了保證電化學(xué)反應(yīng)的基本條件和電解槽及電解反應(yīng)的安全穩(wěn)定，而去犧牲電流效

率提高能耗。能量平衡這一電解過程最基本的工藝條件無(wú)法獨(dú)立實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，就很難保證電

解過程處于優(yōu)化的狀態(tài)；難以實(shí)現(xiàn)鋁電解過程的穩(wěn)定和節(jié)能平衡下的最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)鋁電解槽穩(wěn)定的同時(shí)進(jìn)一步降低能耗的鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法及實(shí)現(xiàn)該方法的鋁電解槽、余熱回收系統(tǒng)。

[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：[0012] 本發(fā)明提供一種鋁電解能量平衡調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：[0013] 1)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間，采集鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的過熱度測(cè)量值；[0014] 2)將所述過熱度測(cè)量值與所述標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間比較，若所述過熱度測(cè)量值高于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間上限，則控制槽壁換熱裝置使槽壁換熱量增加；若所述過熱度測(cè)量值低于標(biāo)

準(zhǔn)過熱度區(qū)間下限，則控制槽壁換熱裝置使槽壁換熱量減少；若所述過熱度測(cè)量值在標(biāo)準(zhǔn)

過熱度區(qū)間范圍內(nèi)，則不做調(diào)整；所述槽壁換熱裝置為調(diào)節(jié)槽壁換熱量的換熱裝置。

[0015] 本發(fā)明還提供一種鋁電解槽，包括電解槽控制器和調(diào)節(jié)槽壁散熱量的槽壁換熱裝置，所述槽壁換熱裝置至少設(shè)置于電解槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述電解槽控制器控制所述槽壁

換熱裝置，所述電解槽控制器還執(zhí)行實(shí)現(xiàn)上述用于鋁電解槽的能量平衡調(diào)節(jié)方法的指令。

[0016] 本發(fā)明還提供一種鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)，包括余熱回收系統(tǒng)控制器和調(diào)節(jié)槽壁散熱量的槽壁換熱裝置，所述槽壁換熱裝置用于至少設(shè)置于電解槽的一個(gè)側(cè)壁上；所述余

熱回收系統(tǒng)控制器控制所述槽壁換熱裝置，所述余熱回收系統(tǒng)控制器還執(zhí)行實(shí)現(xiàn)上述用于

鋁電解槽的能量平衡調(diào)節(jié)方法的指令。

[0017] 本發(fā)明的技術(shù)效果：[0018] 1)電解鋁能耗的50％是通過熱的形式散失于環(huán)境中，因此熱平衡是電解槽電解反應(yīng)能量平衡中重要的環(huán)節(jié)，本發(fā)明通過熱平衡的在線獨(dú)立控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量平衡的獨(dú)立干

預(yù)和控制調(diào)節(jié)。

[0019] 本發(fā)明的方案采集電解槽電解質(zhì)的熱參數(shù)(通過溫度及初晶點(diǎn)獲得過熱度)，并針對(duì)電解槽的過熱度進(jìn)行獨(dú)立優(yōu)化調(diào)節(jié)，在現(xiàn)有電解槽的能量控制和物料控制即在輸入端控

制平衡的基礎(chǔ)上，通過電解槽的散熱或保溫的輸出端控制，在不干預(yù)輸入端調(diào)節(jié)、不破壞現(xiàn)

有平衡的基礎(chǔ)上對(duì)過熱度進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了熱平衡的獨(dú)立調(diào)節(jié)和過熱度這一重要工藝

參數(shù)的解耦，能夠?qū)崿F(xiàn)電解鋁安全穩(wěn)定和節(jié)能的進(jìn)一步優(yōu)化。

[0020] 2)電解槽散失的熱量主要是通過槽壁散失的，通過槽壁設(shè)置的換熱裝置，能最大程度上影響槽內(nèi)電解質(zhì)的溫度，進(jìn)而控制過熱度，因此通過槽壁對(duì)電解質(zhì)溫度調(diào)整的周期

短，最適宜實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溫度及過熱度的調(diào)節(jié)。

[0021] 3)本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)從電解槽散熱側(cè)(即熱輸出端)反向?qū)﹄娊獠鄣臒崞胶膺M(jìn)行調(diào)節(jié)，與輸入端的能量及物料平衡的控制互不干預(yù)，在實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，不需要考

慮極距的控制和分子比的控制，實(shí)現(xiàn)了電解槽過熱度與其他工藝參數(shù)的“解耦”控制，能夠

實(shí)現(xiàn)電解鋁安全穩(wěn)定和節(jié)能的進(jìn)一步平衡優(yōu)化。

[0022] 4)以400kA鋁電解槽為例，單臺(tái)鋁電解槽可獲得熱量約為155kW，按照年產(chǎn)25萬(wàn)噸鋁生產(chǎn)線計(jì)算，采用本發(fā)明進(jìn)行余熱回收可通過換熱回收總熱量為32000kW。

[0023] 若將上述回收的熱量送入火力發(fā)電廠，通過熱平衡分析，可增加汽輪發(fā)電機(jī)組電功率約6000kW，降低機(jī)組煤耗4.9g/kWh?；厥諢崃咳粲糜诔鞘泄┡?，可供熱330000GJ，實(shí)現(xiàn)

效益約1000萬(wàn)元。

[0024] 作為對(duì)方法、鋁電解槽和鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，通過加大所述槽壁換熱裝置內(nèi)換熱介質(zhì)的流量來(lái)增加換熱量；通過減少所述槽壁換熱裝置內(nèi)換熱介質(zhì)的

流量來(lái)減少換熱量。

[0025] 槽壁換熱裝置通過散熱介質(zhì)將槽壁溫度帶走，加快散熱介質(zhì)的流速實(shí)現(xiàn)加速槽壁散熱，降低槽壁溫度進(jìn)而降低電解質(zhì)的溫度，最終實(shí)現(xiàn)降低過熱度；減慢散熱介質(zhì)的流速甚

至停止散熱介質(zhì)的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)槽壁散熱的減慢或保溫，使槽壁溫度升高，進(jìn)而升高電解質(zhì)溫

度及過熱度。

[0026] 加大或減少換熱介質(zhì)在槽壁換熱裝置內(nèi)流量，可以通過調(diào)節(jié)流速實(shí)現(xiàn)，具體可以通過泵的變頻調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)，流速易于精確調(diào)節(jié)，使散熱量易于控制和計(jì)算，控制上簡(jiǎn)單可靠

容易實(shí)現(xiàn)，且能夠精確的量化控制。

[0027] 作為對(duì)方法、鋁電解槽和鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，所述過熱度測(cè)量值的采集方法包括，在線測(cè)量獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度和電解質(zhì)自然冷卻開始

結(jié)晶時(shí)的結(jié)晶溫度，以該結(jié)晶溫度為初晶溫度；所述實(shí)時(shí)溫度減去初晶溫度得到所述過熱

度測(cè)量值。

[0028] 通過探針和溫度傳感器，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)出槽內(nèi)的電解質(zhì)溫度及電解質(zhì)的結(jié)晶溫度(即初晶點(diǎn))，相減即可獲得過熱度，方法快速可靠，能夠在現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間內(nèi)獲得結(jié)

果，并且結(jié)果能夠自動(dòng)被系統(tǒng)自動(dòng)獲取。

[0029] 作為對(duì)方法、鋁電解槽和鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，所述過熱度測(cè)量值的采集方法包括，獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的樣本及電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度，通過檢測(cè)樣本

獲得鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的分子比，通過查表獲得對(duì)應(yīng)的初晶溫度，所述電解質(zhì)的實(shí)時(shí)溫度

減去初晶溫度得到過熱度測(cè)量值。

[0030] 通過采集樣本并利用實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的方式測(cè)得成分(分子比)，根據(jù)成分獲得初晶點(diǎn)，實(shí)時(shí)溫度與初晶點(diǎn)的差即為過熱度，化驗(yàn)方法精確可行，也能夠?qū)崿F(xiàn)過熱度的準(zhǔn)確獲

取。

[0031] 作為對(duì)方法、鋁電解槽和鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，所述標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間為5～15℃、6～8℃、8～10℃或10～12℃。

[0032] 作為對(duì)鋁電解槽和鋁電解槽余熱回收系統(tǒng)的進(jìn)一步的改進(jìn)，所述槽壁換熱裝置包括熱管。

[0033] 熱管結(jié)合熱傳導(dǎo)和流體變相原理實(shí)現(xiàn)高效導(dǎo)熱，其導(dǎo)熱能力超過銅，能夠有效的實(shí)現(xiàn)槽壁溫度的轉(zhuǎn)移控制。

附圖說明[0034] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)鋁電解槽結(jié)構(gòu)示意圖；[0035] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)鋁電解工藝與臨界穩(wěn)定控制系統(tǒng)示意圖；[0036] 圖3是本發(fā)明的能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立能量平衡調(diào)節(jié)的方法流程圖；[0037] 圖4是本發(fā)明的鋁電解槽系統(tǒng)示意圖。[0038] 圖中包括：陰極1、陽(yáng)極導(dǎo)電棒2、陽(yáng)極母線3、打殼下料機(jī)構(gòu)4、集氣罩5、陽(yáng)極碳?jí)K6、槽幫結(jié)殼7、側(cè)壁內(nèi)襯8、陰極棒9、槽殼10、防滲隔熱材料11、電解質(zhì)12、鋁水13、煙道口14；槽

體本身100、槽壁換熱裝置31、流量調(diào)節(jié)站34、熱輸出裝置35、管道36。

具體實(shí)施方式[0039] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。[0040] 鋁電解槽實(shí)施例：[0041] 硬件部分：[0042] 如圖4所示的本發(fā)明的鋁電解槽系統(tǒng)，包括：槽體本身100和換熱系統(tǒng)，槽體本身100的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的鋁電解槽槽體相同。

[0043] 換熱系統(tǒng)用于控制電解槽槽壁的散熱，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電解槽余熱的二次利用。換熱系統(tǒng)包括槽壁換熱裝置31、煙氣換熱裝置(圖中未示出)、流量調(diào)節(jié)站34、熱輸出裝

置35、管道36。所述槽壁換熱裝置31設(shè)置于鋁電解槽的槽壁上，或者與鋁電解槽一體設(shè)置，

用于輔助鋁電解槽側(cè)壁(槽壁)的散熱，能夠吸收鋁電解槽槽壁的熱量并通過換熱介質(zhì)將熱

量帶走轉(zhuǎn)移。鋁電解槽頂部設(shè)置有煙道(圖中未示出)，煙道與鋁電解槽的煙道口相連，用于

排出鋁電解槽內(nèi)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔狻煹?2上設(shè)置有煙氣換熱裝置，煙氣換熱裝

置也可以通過管道36串聯(lián)進(jìn)圖4所示的換熱系統(tǒng)，高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣換熱裝置后可以得到

冷卻，同時(shí)將熱量傳遞給煙氣換熱裝置內(nèi)的換熱介質(zhì)。流量調(diào)節(jié)站34實(shí)現(xiàn)換熱系統(tǒng)內(nèi)部的

換熱介質(zhì)流速的調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)槽壁換熱裝置31內(nèi)單位時(shí)間換熱介質(zhì)流量的調(diào)節(jié)，流量調(diào)

節(jié)站34具體可以是由可調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)的泵，調(diào)速電機(jī)(即泵的轉(zhuǎn)速)由鋁電解槽控制系統(tǒng)控

制，用于驅(qū)動(dòng)換熱介質(zhì)通過管道36在槽壁換熱裝置31、煙氣換熱裝置(圖中未示出)、熱輸出

裝置35之間循環(huán)。熱輸出裝置35用于將換熱介質(zhì)冷卻，轉(zhuǎn)移換熱介質(zhì)攜帶的熱量，可以將熱

量進(jìn)行再次利用。熱輸出裝置35具體可以是換熱站，被加熱后攜帶熱量換熱介質(zhì)在換熱站

內(nèi)給水加熱，被加熱后的水可以用于供暖或發(fā)電。

[0044] 換熱介質(zhì)采用導(dǎo)熱油，也可以采用其他介質(zhì)，例如冷卻液、水或者氣體等。本發(fā)明對(duì)換熱介質(zhì)不做限定。

[0045] 槽壁換熱裝置31包括集成有熱管的集熱板，集熱板內(nèi)通有導(dǎo)熱油，熱管一端與槽壁接觸，另一端插入集熱板內(nèi)部并與導(dǎo)熱油充分接觸，槽壁換熱裝置31利用熱管將槽壁熱

量傳遞到集熱板內(nèi)的導(dǎo)熱油，將導(dǎo)熱油加熱，攜帶能量的高溫導(dǎo)熱油流動(dòng)將槽壁熱量帶走，

從而實(shí)現(xiàn)槽壁溫度的調(diào)節(jié)。

[0046] 作為其他實(shí)施例，槽壁換熱裝置31也可以不采用熱管，而直接在槽壁上設(shè)置其他類型的換熱裝置。

[0047] 導(dǎo)熱油在流量調(diào)節(jié)站34的驅(qū)動(dòng)下，流入熱輸出裝置35。熱輸出裝置35可以為一個(gè)換熱水站，導(dǎo)熱油管可以在換熱水站內(nèi)通過彎曲布置或者連接散熱片的方式與水充分接

觸，換熱水站利用水將導(dǎo)熱油管內(nèi)的導(dǎo)熱油冷卻，水被加熱后可以進(jìn)一步使之沸騰用于發(fā)

電或供暖等。熱輸出裝置35內(nèi)用于冷卻導(dǎo)熱油的介質(zhì)還可以為氣體、冷卻液等其他介質(zhì)，冷

卻方法可以為對(duì)導(dǎo)熱油管噴淋、浸泡或利用散熱風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)的方式，其目的主要是

為了冷卻導(dǎo)熱油，使冷卻后的導(dǎo)熱油進(jìn)入下一冷卻循環(huán)，導(dǎo)熱油的熱量是否重復(fù)利用或者

如何利用，本發(fā)明不做限定。

[0048] 本實(shí)施例中，為了有效利用導(dǎo)熱油帶出的熱量，導(dǎo)熱油還在冷卻后利用高溫?zé)煔膺M(jìn)行預(yù)熱，即導(dǎo)熱油在進(jìn)入槽壁換熱裝置31前先進(jìn)入煙氣換熱裝置，煙氣換熱裝置設(shè)置于

煙道上，高溫?zé)煔庠跓煔鈸Q熱裝置內(nèi)與導(dǎo)熱油管充分接觸，將煙氣攜帶的熱量充分利用，為

導(dǎo)熱油預(yù)熱，預(yù)熱后的導(dǎo)熱油再通過槽壁換熱裝置31，可進(jìn)一步的提高導(dǎo)熱油攜帶的熱量，

便于高溫導(dǎo)熱油在熱輸出裝置35內(nèi)輸出能量以提高余熱利用率。作為其他實(shí)施例，也可以

不在煙道上設(shè)置煙氣換熱裝置，不對(duì)導(dǎo)熱油預(yù)熱，直接使冷卻后的導(dǎo)熱油進(jìn)入槽壁換熱裝

置31，以提高槽壁換熱裝置31對(duì)槽壁的冷卻效率。

[0049] 軟件部分：[0050] 鋁電解槽控制系統(tǒng)采用如圖2所示的現(xiàn)行鋁電解工藝與臨界穩(wěn)定控制系統(tǒng)的策略對(duì)電解槽進(jìn)行能量平衡和物料平衡的控制，即實(shí)現(xiàn)極距控制和分子比控制；同時(shí)還包括對(duì)

換熱系統(tǒng)的控制，即根據(jù)散熱度對(duì)槽壁換熱裝置31、流量調(diào)節(jié)站34乃至熱輸出裝置35進(jìn)行

控制的方法。具體控制策略在方法實(shí)施例中敘述。

[0051] 需要說明的是，本實(shí)施例中，對(duì)換熱系統(tǒng)的控制與極距控制和分子比控制相同，都屬于針對(duì)電解槽的控制。也就是說，對(duì)換熱系統(tǒng)的控制方法形成的軟件在電解槽的控制裝

置(例如電解槽的控制柜)中加載并且運(yùn)行。

[0052] 余熱回收系統(tǒng)實(shí)施例：[0053] 余熱回收系統(tǒng)包含上述鋁電解槽實(shí)施例中的換熱系統(tǒng)(本實(shí)施例中不再贅述)和余熱回收控制器，余熱回收控制器對(duì)換熱系統(tǒng)進(jìn)行控制，執(zhí)行實(shí)現(xiàn)用于鋁電解槽的能量平

衡調(diào)節(jié)方法的控制，具體控制策略在方法實(shí)施例中敘述。

[0054] 需要說明的是，本實(shí)施例中，對(duì)換熱系統(tǒng)的控制方法形成的軟件在余熱回收控制裝置(例如作為流量調(diào)節(jié)站34的泵的電機(jī)控制器或余熱回收系統(tǒng)控制柜)中加載并且運(yùn)行。

本實(shí)施例中，余熱回收系統(tǒng)的散熱控制與鋁電解槽本身現(xiàn)行的鋁電解控制策略(如圖2的控

制方法)互相獨(dú)立運(yùn)行，可以互不干預(yù)。

[0055] 方法實(shí)施例：[0056] 如圖3所示的能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立能量平衡調(diào)節(jié)的方法，包括如下步驟：1)控制系統(tǒng)采集電解槽中電解質(zhì)的過熱度；2)將采集的過熱度與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)過熱度比較。若采集的過熱度

大于標(biāo)準(zhǔn)過熱度，則控制系統(tǒng)控制換熱系統(tǒng)加快電解槽槽壁的散熱速度，實(shí)現(xiàn)電解槽槽壁

溫度降低，進(jìn)而使電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度降低，最終實(shí)現(xiàn)降低電解質(zhì)的過熱度，使電解質(zhì)過熱

度接近標(biāo)準(zhǔn)過熱度；若采集的過熱度小于標(biāo)準(zhǔn)過熱度，則控制系統(tǒng)控制換熱系統(tǒng)減慢電解

槽槽壁的散熱速度，實(shí)現(xiàn)電解槽槽壁溫度升高，進(jìn)而使電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度升高，最終實(shí)現(xiàn)

升高電解質(zhì)的過熱度，使電解質(zhì)過熱度接近標(biāo)準(zhǔn)過熱度；若采集的過熱度等于標(biāo)準(zhǔn)過熱度，

則控制系統(tǒng)控制換熱系統(tǒng)維持當(dāng)前電解槽槽壁的散熱速度，即維持接近標(biāo)準(zhǔn)過熱度的當(dāng)前

過熱度。

[0057] 控制系統(tǒng)可以是鋁電解槽的控制系統(tǒng)，也可以是余熱回收系統(tǒng)獨(dú)立的控制系統(tǒng)。[0058] 電解鋁電解質(zhì)合理的過熱度區(qū)間為5～15℃，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)過熱度為一定的溫度范圍，在設(shè)定時(shí)可以是理想的窄小范圍(例如6～8℃)、也可以是較寬區(qū)間(如6～10℃或8～12

℃)，也可以是接近理想過熱度的溫度范圍。當(dāng)過熱度測(cè)量值超出該標(biāo)準(zhǔn)過熱度時(shí)才進(jìn)行調(diào)

節(jié)，例如設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間為8～10℃，則當(dāng)過熱度低于8℃達(dá)到7℃或高于10℃達(dá)到11℃

才進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到回到標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間內(nèi)的目標(biāo)值時(shí)，停止調(diào)節(jié)，防止系統(tǒng)難以穩(wěn)定下來(lái)而

頻繁震蕩反復(fù)調(diào)節(jié)。

[0059] 采集的過熱度大于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間或者大于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間并超過設(shè)定值，可以認(rèn)定為此采集的過熱度大于標(biāo)準(zhǔn)過熱度；采集的過熱度小于標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間或者小于標(biāo)準(zhǔn)

過熱度區(qū)間并超過設(shè)定值，可以認(rèn)定為此采集的過熱度小于標(biāo)準(zhǔn)過熱度。理想過熱度或理

想過熱度的范圍也可以為技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定的，或者選擇現(xiàn)有運(yùn)轉(zhuǎn)良好且電流效率高

的電解槽的過熱度作為其他槽況相近的電解槽的理想過熱度。

[0060] 加快電解槽槽壁的散熱速度的方法為，鋁電解槽控制系統(tǒng)通過控制加快換熱系統(tǒng)中作為流量調(diào)節(jié)站34的泵的轉(zhuǎn)速，加快換熱系統(tǒng)中導(dǎo)熱油在槽壁換熱裝置31中的流速，則

加了單位時(shí)間槽壁換熱裝置31從槽壁帶走的熱量，最終實(shí)現(xiàn)了加快電解槽槽壁的散熱速

度。減慢電解槽槽壁的散熱速度的方法與加快電解槽槽壁的散熱速度的方法相反，即鋁電

解槽控制系統(tǒng)降低換熱系統(tǒng)中泵34的轉(zhuǎn)速，最終實(shí)現(xiàn)減慢電解槽槽壁的散熱速度。

[0061] 作為其他實(shí)施例，還可以通過其他方法加快或減慢電解槽槽壁的散熱速度。例如，控制進(jìn)入槽壁換熱裝置31的導(dǎo)熱油的初始溫度，在泵34轉(zhuǎn)速不變，導(dǎo)熱油流速一定的情況

下，通過提高熱輸出裝置35對(duì)導(dǎo)熱油的冷卻速率來(lái)降低進(jìn)入槽壁換熱裝置31的導(dǎo)熱油的初

始溫度，可以實(shí)現(xiàn)加快電解槽槽壁的散熱速度；相反通過降低熱輸出裝置35對(duì)導(dǎo)熱油的冷

卻速率來(lái)提高進(jìn)入槽壁換熱裝置31的導(dǎo)熱油的初始溫度，可以實(shí)現(xiàn)減慢電解槽槽壁的散熱

速度。還可以在保證流速一定的前提下，通過調(diào)節(jié)閥門的開度控制單位時(shí)間進(jìn)入槽壁換熱

裝置31的導(dǎo)熱油的流量，但此方法下若需實(shí)現(xiàn)定量的精確控制，則需要冷卻系統(tǒng)中導(dǎo)熱油

流速(即泵的轉(zhuǎn)速)和進(jìn)入換熱系統(tǒng)閥門的開度聯(lián)合控制，以保證流速一定，控制方法較為

復(fù)雜。

[0062] 同時(shí)還可以對(duì)熱輸出裝置35進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)熱輸出裝置35對(duì)導(dǎo)熱油的冷卻速率，以適應(yīng)導(dǎo)熱油的流速控制。例如作為流量調(diào)節(jié)站34的泵的轉(zhuǎn)速加快，即導(dǎo)熱油流速加快時(shí)，

控制增加調(diào)節(jié)熱輸出裝置35的冷卻速率以適應(yīng)導(dǎo)熱油的流速，具體可以為增加導(dǎo)熱油管被

水浸泡的長(zhǎng)度、增加冷卻液噴淋量或者加快散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等。同時(shí)鋁電解槽控制系統(tǒng)還可

以采集槽壁換熱裝置31導(dǎo)熱油進(jìn)口及出口的溫度，導(dǎo)熱油流速等參數(shù)，即通過采集相關(guān)參

數(shù)，對(duì)導(dǎo)熱油流速和進(jìn)入槽壁換熱裝置31的導(dǎo)熱油的初始溫度的精確控制，以實(shí)現(xiàn)槽壁散

熱量的精確計(jì)算，及實(shí)現(xiàn)精確調(diào)節(jié)槽壁的散熱量。

[0063] 鋁電解槽控制系統(tǒng)采集電解槽中電解質(zhì)的過熱度的方法基于以下原理：當(dāng)電解質(zhì)熔體結(jié)晶時(shí)釋放出凝固潛熱，因此電解質(zhì)冷卻溫度曲線會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，此拐點(diǎn)溫度即為電解

質(zhì)的初晶溫度。用電解質(zhì)工作溫度減去初晶溫度，即可得到過熱度。具體可以為，挖取部分

電解槽電解質(zhì)樣本，通過溫度探針持續(xù)測(cè)定電解質(zhì)樣本的溫度，根據(jù)電解質(zhì)開始結(jié)晶時(shí)的

溫度變化曲線與其他情況的溫度變化不同的特點(diǎn)得到電解質(zhì)開始結(jié)晶時(shí)的溫度，并將該溫

度作為初晶溫度，用電解質(zhì)樣本的初始溫度減去初晶溫度即得到電解質(zhì)的過熱度，過熱度

可以通過手動(dòng)輸入或在線實(shí)時(shí)檢測(cè)的方式被鋁電解槽控制系統(tǒng)獲得。電解質(zhì)過熱度的在線

TM

測(cè)量，可以采用STARprobe 過熱度測(cè)量?jī)x實(shí)現(xiàn)。

[0064] 鋁電解槽控制系統(tǒng)采集電解槽中電解質(zhì)的過熱度的方法還可以為，取電解槽電解質(zhì)樣本，采用實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)的方法確定樣本電解質(zhì)的分子比，根據(jù)查表的方法獲得對(duì)應(yīng)電解

質(zhì)的初晶溫度，用電解質(zhì)樣本的初始溫度減去初晶溫度即得到電解質(zhì)的過熱度，過熱度可

以通過手動(dòng)輸入的方式被鋁電解槽控制系統(tǒng)獲得。

[0065] 本發(fā)明通過調(diào)整槽壁溫度和散熱量，進(jìn)而調(diào)整槽內(nèi)電解質(zhì)的溫度，最終實(shí)現(xiàn)輸出端散熱對(duì)電解質(zhì)過熱度的調(diào)節(jié)控制；通過流量調(diào)節(jié)站34控制通過槽壁換熱裝置31的換熱介

質(zhì)的流量來(lái)調(diào)整槽壁溫度，例如可以為基于對(duì)泵的轉(zhuǎn)速控制對(duì)槽壁散熱量的精確控制實(shí)現(xiàn)

對(duì)電解質(zhì)過熱度的調(diào)節(jié)，具體可以為以電解質(zhì)過熱度為控制目標(biāo)，以換熱系統(tǒng)(包括泵)為

執(zhí)行調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的PID閉環(huán)控制。

[0066] 具體例如，在設(shè)定周期(t0＝4h)采集鋁電解槽內(nèi)電解質(zhì)的過熱度測(cè)量值(ΔT測(cè)1＝6℃，過熱度測(cè)量值即為圖3中ΔTb)，控制系統(tǒng)對(duì)過熱度測(cè)量值(ΔT測(cè)1＝6℃)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)

過熱度范圍(8～10℃)進(jìn)行比較，得出過熱度測(cè)量值(ΔT測(cè)1＝6℃)小于預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)過熱度

范圍(8～10℃)的下限值(下限值ΔTb1＝8℃，上限值ΔTb2＝10℃)，進(jìn)而計(jì)算得到過熱度的

偏差值ΔT＝ΔTb1?ΔT測(cè)1＝8?6＝2℃，根據(jù)過熱度偏差值(ΔT＝2℃)的正負(fù)判斷需要加速

散熱還是減速散熱，此實(shí)施例中過熱度偏差值為正則需要減速散熱以升高過熱度。具體控

制調(diào)整方法可以為：計(jì)算過熱度偏差百分比ξ＝(ΔTb1?ΔT測(cè)1)/ΔTb1＝2/8≈33.33％，即電

解槽需要減少散熱量。首先調(diào)整減少散熱量的10％；調(diào)整后，再次進(jìn)行過熱度測(cè)量，測(cè)量值

仍然低于標(biāo)準(zhǔn)過熱度下限，再次調(diào)整減少散熱量的20％；每個(gè)調(diào)整周期依次遞增，直到測(cè)量

值回歸到標(biāo)準(zhǔn)過熱度區(qū)間內(nèi)。

[0067] 本發(fā)明的目的是為了通過不改變其他工藝參數(shù)的方法調(diào)整過熱度，從而維持每個(gè)不同槽況的電解槽的過熱度都在理想的范圍內(nèi)，同時(shí)本發(fā)明的方法可以與現(xiàn)有技術(shù)的鋁電

解工藝與臨界穩(wěn)定控制方法共存，即鋁電解槽控制系統(tǒng)按照?qǐng)D4所示的現(xiàn)行控制方法對(duì)鋁

電解槽的其他工藝參數(shù)進(jìn)行輸入端調(diào)節(jié)，控制好電解槽的能量平衡和物料平衡，同時(shí)鋁電

解槽控制系統(tǒng)通過本發(fā)明的方法從輸出端對(duì)電解槽的熱平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電解槽過熱度

的解耦控制，最終能夠在維持電解槽鋁電解過程的安全穩(wěn)定的同時(shí)盡可能的實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

[0068] 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)施例：[0069] 按照上述方法，編制計(jì)算機(jī)程序，將計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)介質(zhì)中，由(一個(gè)或多個(gè))處理器調(diào)用并且執(zhí)行，從而可以實(shí)現(xiàn)用于鋁電解槽的能量平衡調(diào)節(jié)方法。根據(jù)電解槽實(shí)

施例和余熱利用實(shí)施例的說明可知，上述計(jì)算機(jī)程序可以在電解槽控制裝置中運(yùn)行，或者

在余熱回收控制器中運(yùn)行。

[0070] 上述介質(zhì)是，存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令的可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備。例如，可以是集成有存儲(chǔ)器的控制器，例如單片機(jī)或工控機(jī)，和/或是其他獨(dú)立的存儲(chǔ)器、內(nèi)存儲(chǔ)器。上述介質(zhì)還

可以是一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于

磁盤存儲(chǔ)器、CD?ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)。