CN102808199B - 一种铝电解槽在线阳极效应预警和抑制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝电解槽在线氧化铝临界浓度识别、阳极效应预警和抑制处理的方法，通过监测铝电解槽烟气中的PFC气体含量变化对电解槽的氧化铝临界浓度进行识别，进行阳极效应进行预报和抑制处理。该方法可对不同结构、不同电流级别的铝电解槽在各种槽况条件下的氧化铝临界浓度进行识别、效应预警和抑制处理，效应预报和抑制成功率可达百分之百，将效应遏止在萌芽状态，实现电解槽低电压无效应生产。有利于铝电解生产过程氧化铝浓度精准控制，有助于铝电解行业的节能与温室气体减排。
Description
技术领域
本发明属于铝电解领域，尤其涉及一种铝电解槽生产过程中氧化铝临界浓度识别、阳极效应预警和抑制的方法。
背景技术
霍尔埃鲁法生产原铝的过程是：将氧化铝在高温熔融冰晶石中熔解，直流电通过电解槽炭阳极，在阳极底部生成二氧化碳，在阴极表面生成铝液。
2Al2O3 + 3C = 4Al + 3CO2
当电解槽氧化铝浓度在合适的范围内可以进行正常的生产，氧化铝浓度的高低变化将会导致电解槽槽电压的相应变化，氧化铝浓度与槽电压的关系为：当氧化铝浓度在3%左右的时候槽电压最低，不同的工艺条件下会略有差别。浓度向两边变高或变低都将导致槽电压的升高。当槽电压升高到一定程度的时候，伴随着正常的电解反应开始有副反应产生的PFC（全氟化碳）气体的逐渐生成，
甚至导致正常反应停止，全部为生成PFC气体的副反应在进行，也即发生了电解过程中的“阳极效应”现象。阳极效应发生时，没有氧化铝被电解生成铝液，而且电压很高，峰值电压可高达几十伏，不仅无谓的消耗大量的能量，而且使电解槽温度急剧升高，槽膛融化等，对电解生产带来很多不利的影响，同时还排放大量的高温室效应的PFC温室气体。
目前的铝电解生产过程的氧化铝浓度控制一般为控制系统根据槽电阻的变化，来识别判断氧化铝浓度。通过过量下料、欠量下料等激励下料的方式下，电解槽运行反映出的电阻斜率的变化情况识别判断氧化铝浓度，根据槽电压或槽电阻的急剧升高来识别阳极效应的发生，或提前预报和预处理。由于在实际的生产过程中，槽电压和电阻变化所受的影响因素比较多，比如工艺条件：槽温、分子比、初晶温度、和工艺操作：阳极升降、出铝、换极等，都会对槽电压和槽电阻的变化带来干扰和噪声，导致系统无法准确识别电解槽是否处在了临界状态，是否将要有阳极效应发生了。因为该临界状态经常随槽况的变化而变化。
传统的方法是通过监测槽电压和槽电流来计算出槽电阻等间接的方式来识别判断临界氧化铝浓度和进行阳极效应预报和预处理。通常控制系统通过槽电压、槽电阻的变化进行“阳极效应”的预警，及效应预处理时，PFC监测系统检测到的单槽烟道PFC气体浓度都已经大于0.5ppm，判断为阳极效应发生和进行效应熄灭处理时，PFC气体已经达到1ppm。因此传统方法的预报往往不够及时。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供了一种铝电解槽在线氧化铝临界浓度识别、阳极效应预报和抑制处理的方法，通过监测铝电解槽排放烟气中的PFC气体含量变化对电解槽的氧化铝临界浓度进行识别，进行阳极效应进行预警和抑制处理。该方法可对不同结构、不通电流级别的铝电解槽在各种槽况条件下的氧化铝临近浓度进行识别和效应预警，效应预报和抑制成功率可达百分之百，实现电解槽低电压无效应生产。有利于铝电解生产过程氧化铝浓度精准控制，有助于铝电解行业的降低能耗和减少温室气体排放。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种铝电解槽在线阳极效应预警和抑制的方法，其特征在于，所述方法是通过PFC监测系统测量铝电解槽排放烟气中的PFC气体含量变化对铝电解槽的氧化铝临界浓度进行识别，进行阳极效应预警和抑制处理。
根据上述的方法，其特征在于，至少可以测量电解槽排放的CF4一种PFC气体的测量装置。
根据上述的方法，其特征在于，所述的PFC监测系统的集气位置可以在单台铝电解槽的烟气管道上或对电解槽分区域在不同火眼一处或多处同时采集。
根据上述的方法，其特征在于，所述的PFC监测系统的测量装置所测量的PFC气体浓度数据精度要达到0.01ppm，且数据信息可以与电解槽生产控制系统通信共享。
根据上述的方法，其特征在于，所述的氧化铝临界浓度的识别，是通过测量系统监测到的电解槽烟气中的PFC气体从无到有的时候，即CF4浓度从零突变开始增加的时候，此时判断为该铝电解槽已经处在临界氧化铝浓度状态，此时的氧化铝浓度即为该槽当前的临界氧化铝浓度。
根据上述的方法，其特征在于，当识别出电解槽处于临界氧化铝浓度状态时，对应的氧化铝浓度分析数据和电压、电阻数据作为生产控制系统激励氧化铝浓度控制的下限参考值，用于浓度的精准控制。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应预警是指无论是在单台电解槽的烟气管道处测量，或分区域在一处或多处火眼处测量，当CF4浓度从零突变开始增加，即进行效应预警及抑制处理。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是指当电解槽的PFC气体是分区域测量，则采用分区域抑制的方法，在不同区域火眼处测量时，哪一区域测量的气体中出现了CF4气体，该区域对应的下料器增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是当电解槽的PFC气体是在单台槽烟气管道上测量时，气体中出现了CF4气体，对整台电解槽增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是指当电解槽的PFC气体是分区域测量，则采用分区域抑制的方法，在不同区域火眼处测量时，测量的气体中出现了CF4气体的区域超过电解槽的二分之一范围时，对整台电解槽增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的增加氧化铝下料，其增加的下料量要和CF4气体浓度变化速率相对应。
根据上述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度增长为：每一最小分辨率的增长时间超过5-10分钟，或长时间保持在小于等于0.04ppm，可以基于在当前下料速度，加快30%-10%，或由其他下料状态改为过量下料，增加下料量直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间小于3分钟或已经大于等于0.05ppm，就先要连续补充下料3-6次，再基于之前下料速度，加快30%，或由其他下料状态下料改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间3-5分钟之间，基于当前下料速度，加快30%，或由其他下料状态改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是当电解槽烟气测量时，气体中出现了CF4气体，对电解槽分区或整体增加氧化铝下料的同时，也可以伴随有阳极的整体连续升降1-3次，或分区域连续升降1-3次，直至CF4气体消失。
根据上述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是当电解槽烟气测量时，气体中出现了CF4气体，对电解槽分区或整体增加氧化铝下料的同时，也可以伴随有阳极的整体连续升降1-3次，或分区域连续升降1-3次，直至CF4气体消失。
本发明的有益效果：该方法可对不同结构、不同电流级别的铝电解槽在各种槽况条件下的氧化铝临界浓度进行识别、效应预警和抑制处理，效应预报和抑制成功率可达百分之百，将效应遏止在萌芽状态，实现电解槽低电压无效应生产。有利于铝电解生产过程氧化铝浓度精准控制，有助于铝电解行业的节能与温室气体减排。
具体实施方式
实施例1
在单台铝电解槽烟道适宜部位开孔采集气体，气体通过过滤、干燥进入气体分析仪，气体分析仪对气体成分进行在线的连续分析，实时获得烟气中CF4的浓度，并将分析结果通讯送入铝电解槽控制系统。
当CF4浓度为零时，电解槽正常运行，当CF4浓度突变不为零时，也即检测设备的最小分辨率，如：0.01ppm时，此时可以判断已经有电解副反应发生，电解槽整体或局部氧化铝浓度已经处在临界状态，此时的氧化铝浓度即为该工艺条件下的临界氧化铝浓度。
电解槽处于临界氧化铝浓度状态时，对应的氧化铝浓度分析数据和电压、电阻数据作为激励氧化铝浓度控制的下限参考值，用于浓度的精准控制。
当CF4浓度从零突变开始增加，该状态持续下去就会发生阳极效应，监测系统将该信息通知控制系统即可进行效应预警及抑制处理，将效应消灭在萌芽状态。当电解槽的PFC气体是在单台槽烟气管道上测量时，气体中出现了CF4气体，对整台电解槽增加氧化铝下料，并连续升降阳极1-3次，直至CF4气体消失。
抑制阳极效应的增加的下料量要和CF4气体浓度变化速率相对应，如果CF4气体浓度增长为：每一最小分辨率的增长时间超过5-10分钟，或长时间保持在小于等于0.04ppm，可以基于当前下料速度，加快30%-10%，或由其他下料状态改为过量下料，增加下料量直至CF4气体消失；如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间小于3分钟或已经大于等于0.05ppm，就先要连续补充下料3-6次，再基于之前下料速度，加快30%，或由其他下料状态下料改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失；如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间3-5分钟之间，基于当前下料速度，加快30%，或由其他下料状态改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失。
实施例2
在单台铝电解槽不同区域的开孔采集气体，如：不同区域火眼处等。气体通过过滤、干燥进入气体分析仪，气体分析仪对气体成分进行在线的连续分析，实时获得烟气中CF4的浓度，并将分析结果通讯送入铝电解槽控制系统。
当某一处CF4浓度突变不为零时，也即检测设备的最小分辨率，如：0.01ppm时，此时可以判断该位置附近已经有电解副反应发生，电解槽局部氧化铝浓度已经处在临界状态，此时，控制系统可对该区域进行局部的效应抑制处理。使该区域对应的下料器增加氧化铝下料。如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间超过5-10分钟，或长时间保持在小于0.04ppm，可以在该区域基于当前下料速度，加快30%-10%，增加下料直至该气体消失，如果CF4气体浓度在迅速增加，每一最小分辨率的增长时间小于3分钟或已经大于等于0.05ppm，就在该区域先要迅速连续补充下料3-6次，再基于之前下料速度，加快30%增加料量，直至CF4气体消失。如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间3-5分钟之间，基于当前下料速度，加快30%。如果同时有多个区域监测到CF4产生，则多区域同时进行抑制处理。如果产生CF4气体的区域超过了二分之一电解槽范围，则全槽同时进行抑制处理。
Claims (2)
1.一种铝电解槽在线阳极效应预警和抑制的方法，其特征在于，所述方法是通过PFC监测系统测量铝电解槽排放烟气中的PFC气体含量变化对铝电解槽的氧化铝临界浓度进行识别，进行阳极效应预警和抑制处理；所述的氧化铝临界浓度的识别，是通过测量系统监测到的电解槽烟气中的PFC气体从无到有的时候，即CF4浓度从零突变开始增加的时候，此时判断为该铝电解槽已经处在临界氧化铝浓度状态，此时的氧化铝浓度即为该槽当前的临界氧化铝浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少可以测量电解槽排放的一种PFC气体CF4的测量装置。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的PFC监测系统的集气位置可以在单台铝电解槽的烟气管道上或对电解槽分区域在不同火眼一处或多处同时采集。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的PFC监测系统的测量装置所测量的PFC气体浓度数据精度要达到0.01ppm，且数据信息可以与电解槽生产控制系统通信共享。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当识别出电解槽处于临界氧化铝浓度状态时，对应的氧化铝浓度分析数据和电压、电阻数据作为生产控制系统激励氧化铝浓度控制的下限参考值，用于浓度的精准控制。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阳极效应预警是指无论是在单台电解槽的烟气管道处测量，或分区域在一处或多处火眼处测量，当CF4浓度从零突变开始增加，即进行效应预警及抑制处理。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是指当电解槽的PFC气体是分区域测量，则采用分区域抑制的方法，在不同区域火眼处测量时，哪一区域测量的气体中出现了CF4气体，该区域对应的下料器增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
8 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是当电解槽的PFC气体是在单台槽烟气管道上测量时，气体中出现了CF4气体，对整台电解槽增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是指当电解槽的PFC气体是分区域测量，则采用分区域抑制的方法，在不同区域火眼处测量时，测量的气体中出现了CF4气体的区域超过电解槽的二分之一范围时，对整台电解槽增加氧化铝下料，直至CF4气体消失。
10. 根据权利要求7或8或9所述的方法，其特征在于，所述的增加氧化铝下料，其增加的下料量速度要和CF4气体浓度变化速度相对应。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度增长为：每一最小分辨率的增长时间超过5-10分钟，或长时间保持在小于等于0.04ppm，可以基于当前下料速度，加快30%-10%，或由其他下料状态改为过量下料，增加下料量直至CF4气体消失。
12. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间小于3分钟或已经大于等于0.05ppm，就先要连续补充下料3-6次，再基于之前下料速度，加快30%，或由其他下料状态下料改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失。
13. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述的下料量速度，如果CF4气体浓度每一最小分辨率的增长时间3-5分钟之间，基于当前下料速度，加快30%，或由其他下料状态改为过量下料增加料量，直至CF4气体消失。
14. 根据权利要求1或7或8或9所述的方法，其特征在于，所述的阳极效应抑制处理是当电解槽烟气测量时，气体中出现了CF4气体，对电解槽分区或整体增加氧化铝下料的同时，也可以伴随有阳极的整体连续升降1-3次，或分区域连续升降1-3次，直至CF4气体消失。
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