CN113337850B - 电解槽能量平衡控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种电解槽能量平衡控制系统及方法，电解槽能量平衡控制系统，包括：多个能量调控模块，用于设置在所述电解槽的槽壁上；第一循环管路，多个所述能量调控模块并联设置在所述第一循环管路上；换热器，所述第一循环管路连通于所述换热器；第二循环管路，连通于所述换热器；输送管路，连通于所述第一循环管路和所述第二循环管路；膨胀槽，连接于所述输送管路。该电解槽能量平衡控制系统利于电解槽热平衡，可以提高电流的利用效率，提高电解槽的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及铝电解技术领域，具体而言，本发明涉及铝电解技术领域，具体而言，涉及一种电解槽能量平衡控制系统和一种电解槽能量平衡控制方法。
背景技术
铝电解槽能量平衡对于电解槽稳定运行至关重要。现代大型预焙铝电解槽工作温度在930℃左右，由保温砖、耐火砖、防渗料等材料砌筑的电解槽侧壁不断承受着高温电解质和熔融铝液的作用，熔体大量的热能以对流的方式向槽内衬层层传递，经由槽壳表面向周围环境以对流和辐射的方式散发，电解槽整体处于动态的热量平衡。目前铝电解生产吨铝直流耗电约13000kWh，理论吨铝直流电耗为6320kWh，电能利用率约48.6％。大量的电能以电解槽向周围介质散热的方式消耗掉，其中电解槽侧部热量损失约680mV，占总散热量约37％。对于大型铝电解槽，输入能量多，热容量大，散热压力较大，侧部不易形成炉帮，槽壳在热应力下变形，不利于形成规整的炉膛，容易造成侧部破损引发漏炉事故；另外，低温电解工艺、电解槽启动期管理以及非正常期电解槽槽况调整，都需要有效的对电解槽热平衡进行调控；随着电解槽槽龄增加，槽侧部保温材料的保温性能不断降低，对电解槽的能量平衡影响重大。因此，对于电解槽能量利用率低、缺乏高效的散热调节措施等热平衡难题，采取合理的调控技术是提高电流效率、延长槽寿命、实现高经济效益的重要途径。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，根据本申请实施例的第一方面提出了一种电解槽能量平衡控制系统，包括：
多个能量调控模块，用于设置在所述电解槽的槽壁上；
第一循环管路，多个所述能量调控模块并联设置在所述第一循环管路上；
换热器，所述第一循环管路连通于所述换热器；
第二循环管路，连通于所述换热器；
输送管路，连通于所述第一循环管路和所述第二循环管路；
膨胀槽，连接于所述输送管路。
在第一方面的第一种可能的实施方式中，每个所述能量调控模块包括：
壳体，用于设置在所述电解槽的槽壁上；
出口管，设置在所述壳体上，连通于所述第一循环管路；
进口管，设置在所述壳体上，连通于所述第一循环管路；
内管，所述内管的一端连接于所述出口管，另一端连接于所述进口管；
阻流块，设置在所述内管内；
隔热层，设置在所述壳体内，位于所述内管背离于所述槽壁的一侧；
保温层，设置在所述隔热层和所述内管之间；
紧固件，穿过所述壳体、所述隔热层和所述保温层固定在所述内管上。
在第一方面的第二种可能的实施方式中，
所述内管呈S型；和/或
所述阻流块由金属材料制成；和/或
所述壳体由金属材料制成。
在第一方面的第三种可能的实施方式中，电解槽能量平衡控制系统还包括：
第一温度传感器、第一流量计和第一截止阀，所述第一温度传感器、所述第一流量计和所述第一截止阀设置在所述出口管与所述第一循环管路的通路上；
第二温度传感器和气动薄膜调节阀，所述第二温度传感器和所述气动薄膜调节阀设置在所述进口管与所述第一循环管路的通路上；
第一压力传感器和第三温度传感器，所述第一压力传感器和所述第三温度传感器设置在所述第一循环管路上，位于所述出口管与所述换热器之间；
第一循环泵、第四温度传感器、第二流量计和第一过滤器，所述第一循环泵、所述第四温度传感器、所述第二流量计和所述第一过滤器设置在所述第一循环管路上，位于所述进口管与所述换热器之间。
在第一方面的第四种可能的实施方式中，电解槽能量平衡控制系统还包括：
入口管路，连通于所述第一循环管路；
出口管路，连通于所述第一循环管路。
在第一方面的第五种可能的实施方式中，电解槽能量平衡控制系统还包括：
第二截止阀，设置在所述输送管路与所述第一循环管路之间；
第三截止阀，设置在所述输送管路与所述换热器之间；
第四截止阀，设置在所述输送管路与所述第二循环管路之间。
在第一方面的第六种可能的实施方式中，电解槽能量平衡控制系统还包括：
第二过滤器、第二循环泵、第三流量计、第五温度传感器、热机和第六温度传感器，所述第二过滤器、所述第二循环泵、所述第三流量计、所述第五温度传感器、所述热机和所述第六温度传感器设置在所述第二循环管路上；
其中，所述第五温度传感器位于所述热机的入口侧，所述第六温度传感器位于所述热机的出口侧。
在第一方面的第七种可能的实施方式中，电解槽能量平衡控制系统还包括：
注油泵，所述膨胀槽上连接有注油管，所述注油管通过所述注油泵连接于所述输送管路；
液位计，连通于所述膨胀槽，位于所述膨胀槽的一侧；
第二压力传感器，连接于所述膨胀槽；
所述膨胀槽上还设置有溢流管和泄油管，所述膨胀槽通过所述溢流管和所述泄油管连通于所述输送管路；
第一油气分离器，设置在所述第一循环管路上，所述膨胀槽通过所述第一油气分离器连通于所述第一循环管路；
第二油气分离器，设置在所述第二循环管路上，所述膨胀槽通过所述第二油气分离器连通于所述第二循环管路；
排污阀，设置在所述输送管路上；
第三过滤器，设置在所述输送管路上。
根据本申请实施例的第二方面提供了一种电解槽能量平衡控制方法，用于上述任一技术方案所述的电解槽能量平衡控制系统，所述电解槽能量平衡控制方法包括：
获取电解槽侧部的表面热流密度；
基于所述表面热流密度，确定所述电解槽的侧部散热量；
采集所述能量调控模块的作业参数信息；
基于所述侧部散热量和所述作业参数信息，确定所述第二循环管路的介质流量。
在第二方面的第一种可能的实施方式中，
所述获取电解槽侧部的表面热流密度的步骤包括：
通过热流密度测试仪获取所述电解槽侧部的表面热流密度；
基于所述表面热流密度，确定所述电解槽的侧部散热量的步骤包括：
通过下式获取所述侧部散热量：
Q散＝Φq*S＝c1*ρ1*L1*ΔT1*μ1
其中，Q散为单位时间内电解槽的侧壁散热量，Φq为电解槽侧部的表面热流密度，S为能量调控模块的取热面积，c1为能量调控模块内的工作介质热容，ρ1为能量调控模块内的工作介质密度，L1为能量调节模块内工作介质的流量，ΔT1为能量调控模块进出口温差，μ1为修订系数；
所述基于所述侧部散热量和所述作业参数信息，确定所述第二循环管路的介质流量的步骤包括：
通过下式获取所述第二循环管路的介质流量：
其中，L2为第二循环管路的介质流量，η1为热交换器换热效率，c2为第二循环管路内的工作介质热容，ρ2为第二循环管路内的工作介质密度，ΔT2为热交换器进出口温差。
相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的电解槽能量平衡控制系统，在工作过程中，将能量调控模块设置在电解槽的槽壁上，能量调控模块即可与电解槽的槽壁进行换热，能量调控模块即可对经由电解槽的槽壁散出的热能进行收集；第一循环管路内的工作介质流经能量调控模块，即可对电解槽的槽壁进行取热；第一循环管路连接于换热器，第二循环管路同样连接于换热器，第一循环管路即可与第二循环管路进行换热，第二循环管路即可将经由电解槽的槽壁散出的热能进行利用，以提高电解槽能量利用率。通过输送管路和膨胀槽的设置便于向第一循环管路和第二循环管路内输送工作介质。通过调节第一循环管路内的工作介质的流量即可调节每个能量调控模块在电解槽的槽壁上的取热量，利于电解槽热平衡，可以提高电流的利用效率，提高电解槽的使用寿命。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请提供的一种实施例的电解槽能量平衡控制系统的示意性结构图；
图2为本申请提供的一种实施例的能量调控模块的一个角度示意性结构图；
图3为本申请提供的一种实施例的能量调控模块的另一个角度示意性结构图；
图4为本申请提供的一种实施例的电解槽能量平衡控制方法的步骤流程图。
其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1能量调控模块、2第一循环管路、3换热器、4第二循环管路、5输送管路、6膨胀槽、7壳体、8出口管、9进口管、10内管、11隔热层、12保温层、13紧固件、14第一温度传感器、15第一流量计、16第一截止阀、17第二温度传感器、18气动薄膜调节阀、19第一压力传感器、20第三温度传感器、21第一循环泵、22第四温度传感器、23第二流量计、24第一过滤器、25入口管路、26出口管路、27第二截止阀、28第三截止阀、29第四截止阀、30第二过滤器、31第二循环泵、32第三流量计、33第五温度传感器、34热机、35第六温度传感器、36注油泵、37注油管、38液位计、39第二压力传感器、40溢流管、41泄油管、42第一油气分离器、43第二油气分离器、44排污阀、45第三过滤器。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步地详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1至图3所示，根据本申请实施例提出了一种电解槽能量平衡控制系统，包括：多个能量调控模块1，用于设置在电解槽的槽壁上；第一循环管路2，多个能量调控模块1并联设置在第一循环管路2上；换热器3，第一循环管路2连通于换热器3；第二循环管路4，连通于换热器3；输送管路5，连通于第一循环管路2和第二循环管路4；膨胀槽6，连接于输送管路5。
本实施例提供的电解槽能量平衡控制系统，在工作过程中，将能量调控模块1设置在电解槽的槽壁上，能量调控模块1即可与电解槽的槽壁进行换热，能量调控模块1即可对经由电解槽的槽壁散出的热能进行收集；第一循环管路2内的工作介质流经能量调控模块1，即可对电解槽的槽壁进行取热；第一循环管路2连接于换热器3，第二循环管路4同样连接于换热器3，第一循环管路2即可与第二循环管路4进行换热，第二循环管路4即可将经由电解槽的槽壁散出的热能进行利用，以提高电解槽能量利用率。
本实施例提供的电解槽能量平衡控制系统，通过调节第一循环管路2内的工作介质的流量即可调节每个能量调控模块1在电解槽的槽壁上的取热量，通过调节第二循环管路4内的工作介质的流量，可以控制第一循环管路2与第二循环管路4的换热效率。例如在获知到电解槽散热速度较快，导致电解槽热能不平衡的情况下，可以降低工作介质在第一循环管路2内的流量，同时降低第二循环管路4内的工作介质的流量，以降低电解槽能量平衡控制系统的取热效率，使得电解槽趋近于热平衡；在获知到电解槽散热速度较慢，导致电解槽热能不平衡的情况下，可以提高工作介质在第一循环管路2内的流量，同时提高第二循环管路4内的工作介质的流量，以降低电解槽能量平衡控制系统的取热效率，使得电解槽趋近于热平衡。因此该电解槽能量平衡控制系统利于电解槽热平衡，可以提高电流的利用效率，提高电解槽的使用寿命。
本实施例提供的电解槽能量平衡控制系统，通过输送管路5和膨胀槽6的设置便于向第一循环管路2和第二循环管路4内输送工作介质。可以理解的是，可以通过输送管路5和膨胀槽6向第一循环管路2和第二循环管路4内输送同样的工作介质，以便于计算第一循环管路2和第二循环管路4在换热器3内的换热效率，同时便于工作介质向第一循环管路2和第二循环管路4内的供给。工作介质可以为导热油或蒸馏水，以便于提高电解槽能量利用率。通过膨胀槽6的设置，在第一循环管路2和/或第二循环管路4内的工作介质受热膨胀或混杂在工作介质中的气体受热膨胀的情况下，多余的气体和工作介质可以输送至膨胀槽6，以使电解槽能量平衡控制系统的使用更为安全。
在一些示例中，能量调控模块1设置在电解槽两侧及端头钢窗口，对应铝电解槽槽内阴极区与熔体区。
在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：热流密度测试仪，设置于电解槽槽壳、上部结构及槽罩外表面区域，用于测定电解槽运行过程中表面散热变化与能量分布。通过热流密度测试仪的设置，可以对电解槽侧部的表面热流密度进行检测，进而便于确定能量调控模块1的具体安装位置。
在一些示例中，换热器3可以为板式换热器、管壳式换热器或绕片式换热器。
如图2和图3所示，在一些示例中，每个能量调控模块1包括：壳体7，用于设置在电解槽的槽壁上；出口管8，设置在壳体7上，连通于第一循环管路2；进口管9，设置在壳体7上，连通于第一循环管路2；内管10，内管10的一端连接于出口管8，另一端连接于进口管9；阻流块，设置在内管10内；隔热层11，设置在壳体7内，位于内管10背离于槽壁的一侧；保温层12，设置在隔热层11和内管10之间；紧固件13，穿过壳体7、隔热层11和保温层12固定在内管10上。
每个能量调控模块1包括壳体7和设置在壳体7内的内管10，通过壳体7的设计便于将能量调控模块1设置在电解槽的槽壁上，壳体7即可与电解槽的槽壁进行换热，回收经由电解槽的槽壁散失的热能，内管10内的工作介质能够通过壳体7与电解槽的槽壁进行换热，即可实现热能的回收。
通过在壳体7上设置出口管8和进口管9，以便于工作介质通过能量调控模块1。
内管10内设置阻流块，促进工作介质在内管10内形成紊流流动，提高换热效率，同时降低工作介质的流速，使得电解槽能量平衡控制系统的使用更为安全。
内管10背离于电解槽槽壁的一侧设置有隔热层11和保温层12，可以降低热能的流失，进一步提高热能利用效率。
通过紧固件13的设置，可以使得内管10与壳体7稳固连接。
如图2和图3所示，在一些示例中，内管10呈S型；和/或阻流块由金属材料制成；和/或壳体7由金属材料制成。
内管10呈S型，增加了内管10的长度，进而提高了工作介质在能量调控模块1内流动的距离，提高了能量调控模块1与电解槽槽壁的换热效率。
壳体7由金属材料制成，可以增加能量调控模块1与电解槽槽壁的换热效率。
在一些示例中，每个能量调控模块1还包括：能量调节温度传感器，设置在壳体7靠近于电解槽的一侧，用于检测电解槽槽壁的温度。
在一些示例中，内管10可以由碳钢、不锈钢或铜材制成。
如图1所示，在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：第一温度传感器14、第一流量计15和第一截止阀16。第一温度传感器14、第一流量计15和第一截止阀16设置在出口管8与第一循环管路2的通路上；第二温度传感器17和气动薄膜调节阀18，第二温度传感器17和气动薄膜调节阀18设置在进口管9与第一循环管路2的通路上；第一压力传感器19和第三温度传感器20，第一压力传感器19和第三温度传感器20设置在第一循环管路2上，位于出口管8与换热器3之间；第一循环泵21、第四温度传感器22、第二流量计23和第一过滤器24，第一循环泵21、第四温度传感器22、第二流量计23和第一过滤器24设置在第一循环管路2上，位于进口管9与换热器3之间。
每个能量调控模块1的出口管8与第一循环管路2的通路上设置了第一温度传感器14、第一流量计15和第一截止阀16，通过第一温度传感器14的设置便于获知流经能量调控模块1的工作介质的温度，一方面便于检测每个能量调控模块1的换热效率，另一方面可以对工作介质的温度进行监控，使用更为安全。通过第一流量计15的设置，便于获知流经每个能量调控模块1的流量，便于控制能量调控模块1对电解槽槽壁的取热效率，例如流经能量调控模块1的流量越大则对电解槽槽壁的取热效率越高，流经能量调控模块1的流量越小则对电解槽槽壁的取热效率越低。通过第一截止阀16的设置，便于控制每个能量调控模块1与第一循环管路2的连通或断开，便于每个能量调控模块1的启停状态。
每个能量调控模块1的进口管9与第一循环管路2的通路上设置了第二温度传感器17和气动薄膜调节阀18，通过气动薄膜调节阀18的设置便于使工作介质以涌动的方式供给到每个能量调控模块1内，通过第二温度传感器17的设置一方面便于检测每个能量调控模块1的换热效率，另一方面可以对工作介质的温度进行监控。通过第二温度传感器17与第一温度传感器14的设置即可检测获知每个能量调控模块1的入口和出口温差，便于获知每个能量调控模块1的取热效率。
在一些示例中，气动薄膜调节阀还可以为电动温度调节阀，以及其他以温度为信号条件的阀门。
在第一循环管路2上设置了第一压力传感器19和第三温度传感器20，便于获知第一循环管路2流出换热器3的工作介质的压力和温度。在第一循环管路2上设置第一循环泵21便于驱动工作介质在第一循环管路2内流动。通过在第一循环管路2上设置第四温度传感器22和第二流量计23，便于获知流入到换热器3内的工作介质的流量和温度。通过第三温度传感器20和第四温度传感器22的设置，便于获知第一循环管路2内的工作介质在换热器3内的换热量。
在第一循环管路2上设置第一过滤器24，可以对第一循环管路2内的工作介质进行过滤，使得电解槽能量平衡控制系统使用更为安全。
如图1所示，在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：入口管路25，连通于第一循环管路2；出口管路26，连通于第一循环管路2。
电解槽能量平衡控制系统还包括了入口管路25和出口管路26，可以通过入口管路25直接向第一循环管路2内供给工作介质，第一循环管路2内的工作介质也可以经由出口管路26排出，使得第一循环管路2内的工作介质供给和排出的方式更为多样化，使得电解槽能量平衡控制系统可以适用于不同的工况环境。
如图1所示，在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：第二截止阀27，设置在输送管路5与第一循环管路2之间；第三截止阀28，设置在输送管路5与换热器3之间；第四截止阀29，设置在输送管路5与第二循环管路4之间。
通过第二截止阀27的设置，便于控制输送管路5与第一循环管路2之间的连通或断开，便于控制第一循环管路2内工作介质快速排空。
通过第三截止阀28的设置，便于控制输送管路5与换热器3之间的连通或断开，便于换热器3内工作介质的排空。
通过第四截止阀29的设置，便于控制输送管路5与第二循环管路4之间的连通或断开，便于控制第二循环管路4内工作介质快速排空。
如图1所示，在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：第二过滤器30、第二循环泵31、第三流量计32、第五温度传感器33、热机34和第六温度传感器35。第二过滤器30、第二循环泵31、第三流量计32、第五温度传感器33、热机34和第六温度传感器35设置在第二循环管路4上；其中，第五温度传感器33位于热机34的入口侧，第六温度传感器35位于热机34的出口侧。
在第二循环管路4上设置了第二过滤器30、第二循环泵31、第三流量计32、第五温度传感器33、热机34和第六温度传感器35。通过热机34的设置，可以将第二循环管路4内的工作介质的热能转换为机械能，即可实现电解槽的槽壁散发热能的利用。通过第二过滤器30的设置，便于对流经第二循环管路4的工作介质进行过滤，可以使电解槽能量平衡控制系统使用更为安全。通过第二循环泵31的设置，便于驱动工作介质在第二循环管路4内流动。通过第三流量计32的设置，便于获知第二循环管路4内的工作介质的流量，从而便于控制电解槽的热平衡。通过在热机34的入口端和出口端分别设置第五温度传感器33和第六温度传感器35，便于检测热机34的热能利用效率，同时可以对第二循环管路4内的工作介质的温度进行监控，使得电解槽能量平衡控制系统使用更为安全。
如图1所示，在一些示例中，电解槽能量平衡控制系统还包括：注油泵36，膨胀槽6上连接有注油管37，注油管37通过注油泵36连接于输送管路5；液位计38，连通于膨胀槽6，位于膨胀槽6的一侧；第二压力传感器39，连接于膨胀槽6；膨胀槽6上还设置有溢流管40和泄油管41，膨胀槽6通过溢流管40和泄油管41连通于输送管路5；第一油气分离器42，设置在第一循环管路2上，膨胀槽6通过第一油气分离器42连通于第一循环管路2；第二油气分离器43，设置在第二循环管路4上，膨胀槽6通过第二油气分离器43连通于第二循环管路4；排污阀44，设置在输送管路5上；第三过滤器45，设置在输送管路5上。
膨胀槽6通过注油管37和注油泵36连通于输送管路5，便于通过膨胀槽6向第一循环管路2和第二循环管路4供给工作介质。
膨胀槽6通过溢流管40连通于输送管路5，当膨胀槽6内存有过多的工作介质时，多余的工作介质可以通过溢流管40供给到输送管路5内，避免了工作介质出现外溢或泄漏。
膨胀槽6通过泄油管41连通于输送管路5，便于排空膨胀槽6内的工作介质，可以理解的是输送管路5可以连通于油站，以将系统内的工作介质输送至油站进行存储。
膨胀槽6通过第一油气分离器42连接于第一循环管路2，第一循环管路2内的气体可以排放至膨胀槽6内，使得第一循环管路2的运行更为安全，使得电解槽能量平衡控制系统使用更为安全。
膨胀槽6通过第二油气分离器43连接于第二循环管路4，第二循环管路4内的气体可以排放至膨胀槽6内，使得第二循环管路4的运行更为安全，使得电解槽能量平衡控制系统使用更为安全。
通过液位计38的设置便于监测膨胀槽6内的液面高度和工作介质的体积变化情况。
如图1所示，在一些示例中，第一流量计15、第二流量计23和第三流量计32可以为孔板流量计或齿轮流量计。
通过排污阀44的设置便于排出输送管路5内的污物；通过第三过滤器45的设置可以对流经输送管路5的工作介质进行过滤。
如图4所示，根据本申请实施例的第二方面提供了一种电解槽能量平衡控制方法，用于上述任一技术方案的电解槽能量平衡控制系统，包括：
步骤101：获取电解槽侧部的表面热流密度。通过获取电解槽侧部的表面热流密度，便于获知电解槽侧部的散热情况，同时便于确定能量调控模块的安装位置。
步骤102：基于表面热流密度，确定电解槽的侧部散热量。通过获知电解槽的侧部散热量便于对电解槽的散热进行合理利用，同时便于控制电解槽维持热平衡。
步骤103：采集能量调控模块的作业参数信息。通过采集能量调控模块的作业参数信息便于获知对电解槽的散热进行利用情况，便于确定第二循环管路的作业参数以使电解槽维持热平衡。
步骤104：基于侧部散热量和作业参数信息，确定第二循环管路的介质流量。能够充分利用电解槽的侧部散热量，同时使得电解槽维持热平衡。
本实施例提供的电解槽能量平衡控制方法，基于电解槽侧部的表面热流密度确定电解槽的侧部散热量，而后再基于侧部散热量和能量调控模块的作业参数信息确定第二循环管路的流量，能够对电解槽的侧部散热进行充分利用，同时使得电解槽处于热平衡状态，可以提高电流的利用效率，提高电解槽的使用寿命。
在第二方面的第一种可能的实施方式中，获取电解槽侧部的表面热流密度的步骤包括：通过热流密度测试仪获取电解槽侧部的表面热流密度；
基于表面热流密度，确定电解槽的侧部散热量的步骤包括：通过下式获取侧部散热量：
Q散＝Φq*S＝c1*ρ1*L1*ΔT1*μ1
其中，Q散为单位时间内电解槽的侧壁散热量，φq为电解槽侧部的表面热流密度，单位为W/m2，通常介于3000W/m2至8000W/m2；S为能量调控模块的取热面积，单位为m2；c1为能量调控模块内的工作介质热容，单位为J/(kg·℃)；ρ1为能量调控模块内的工作介质密度，单位为kg/m3；L1为能量调节模块内工作介质的流量，单位为m3/h；ΔT1为能量调控模块进出口温差，单位为℃；μ1为修订系数，取值为0.5-2；
基于侧部散热量和作业参数信息，确定第二循环管路的介质流量的步骤包括：通过下式获取第二循环管路的介质流量：
其中，L2为第二循环管路的介质流量，单位为m3/h；η1为热交换器换热效率，取值通常为80-95％；c2为第二循环管路内的工作介质热容，单位为J/(kg·℃)；ρ2为第二循环管路内的工作介质密度，单位为kg/m3；ΔT2为热交换器进出口温差，单位为℃。
通过热流密度测试仪获取电解槽侧部的表面热流密度，可以提高电解槽侧部的表面热流密度的检测效率。
通过电解槽侧部的表面热流密度和能量调控模块的取热面积为参数计算获知侧部散热量，能够保障侧部散热量获取的准确性。
通过以侧部散热量、热交换器换热效率、第二循环管路内的工作介质热容、第二循环管路内的工作介质密度、热交换器进出口温差确定第二循环管路的介质流量，便于使电解槽维持热平衡。
具体实施例
基于上述实施例的电解槽能量平衡控制系统结合上述实施例的电解槽能量平衡控制方法。某厂单台400kA铝电解槽，根据钢窗口区域空间确定能量调节模块设计尺寸为500*720*100mm，根据钢窗口数量确定能量调控模块安装数量44台。根据热流密度测试仪测定各钢窗口侧壁表面温度305℃-330℃及热流密度5000W/m2-6800W/m2，分析计算电解槽热流量，结合电解槽工艺实际情况，制定电解槽能量平衡调控策略，确定各能量调节模块取热量1.8-2.5kW/h，制定取热端能量平衡调控制度，由控制系统设定导热油初始流量、温度、压力及阀门开度等参数。根据取热端换取能量，计算供热端供热量为63.4kW/h-104.5kW/h，以板式热交换器为能量传输中枢，进一步制定热用户与供热端能量平衡调控制度，由控制系统根据供热端供热量调节循环泵运行频率，实时采集并调整工作介质的流量、温度，实现铝电解槽加强保温、强化散热、维持散热三种能量平衡方式高效、精准调控。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本发明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电解槽能量平衡控制方法，应用于电解槽能量平衡控制系统，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，包括：
多个能量调控模块，用于设置在所述电解槽的槽壁上；
第一循环管路，多个所述能量调控模块并联设置在所述第一循环管路上；
换热器，所述第一循环管路连通于所述换热器；
第二循环管路，连通于所述换热器；
输送管路，连通于所述第一循环管路和所述第二循环管路；
膨胀槽，连接于所述输送管路；
所述电解槽能量平衡控制方法，包括：
获取电解槽侧部的表面热流密度；
基于所述表面热流密度，确定所述电解槽的侧部散热量；
采集所述能量调控模块的作业参数信息；
基于所述侧部散热量和所述作业参数信息，确定所述第二循环管路的介质流量；
所述获取电解槽侧部的表面热流密度的步骤包括：
通过热流密度测试仪获取所述电解槽侧部的表面热流密度；
基于所述表面热流密度，确定所述电解槽的侧部散热量的步骤包括：
通过下式获取所述侧部散热量：
其中，Q散为单位时间内电解槽的侧壁散热量，Фq为电解槽侧部的表面热流密度，S为能量调控模块的取热面积，C1为能量调控模块内的工作介质热容，ρ1为能量调控模块内的工作介质密度，L1为能量调节模块内工作介质的流量，∆T1为能量调控模块进出口温差，μ1为修订系数；
所述基于所述侧部散热量和所述作业参数信息，确定所述第二循环管路的介质流量的步骤包括：
通过下式获取所述第二循环管路的介质流量：
其中，L2为第二循环管路的介质流量，η1为热交换器换热效率，C2为第二循环管路内的工作介质热容，ρ2为第二循环管路内的工作介质密度，∆T2为热交换器进出口温差。
2.根据权利要求1所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，每个所述能量调控模块包括：
壳体，用于设置在所述电解槽的槽壁上；
出口管，设置在所述壳体上，连通于所述第一循环管路；
进口管，设置在所述壳体上，连通于所述第一循环管路；
内管，所述内管的一端连接于所述出口管，另一端连接于所述进口管；
阻流块，设置在所述内管内；
隔热层，设置在所述壳体内，位于所述内管背离于所述槽壁的一侧；
保温层，设置在所述隔热层和所述内管之间；
紧固件，穿过所述壳体、所述隔热层和所述保温层固定在所述内管上。
3.根据权利要求2所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，
所述内管呈S型；和/或
所述阻流块由金属材料制成；和/或
所述壳体由金属材料制成。
4.根据权利要求2所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，还包括：
第一温度传感器、第一流量计和第一截止阀，所述第一温度传感器、所述第一流量计和所述第一截止阀设置在所述出口管与所述第一循环管路的通路上；
第二温度传感器和气动薄膜调节阀，所述第二温度传感器和所述气动薄膜调节阀设置在所述进口管与所述第一循环管路的通路上；
第一压力传感器和第三温度传感器，所述第一压力传感器和所述第三温度传感器设置在所述第一循环管路上，位于所述出口管与所述换热器之间；
第一循环泵、第四温度传感器、第二流量计和第一过滤器，所述第一循环泵、所述第四温度传感器、所述第二流量计和所述第一过滤器设置在所述第一循环管路上，位于所述进口管与所述换热器之间。
5.根据权利要求1所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，还包括：
入口管路，连通于所述第一循环管路；
出口管路，连通于所述第一循环管路。
6.根据权利要求1所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，还包括：
第二截止阀，设置在所述输送管路与所述第一循环管路之间；
第三截止阀，设置在所述输送管路与所述换热器之间；
第四截止阀，设置在所述输送管路与所述第二循环管路之间。
7.根据权利要求1所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，还包括：
第二过滤器、第二循环泵、第三流量计、第五温度传感器、热机和第六温度传感器，所述第二过滤器、所述第二循环泵、所述第三流量计、所述第五温度传感器、所述热机和所述第六温度传感器设置在所述第二循环管路上；
其中，所述第五温度传感器位于所述热机的入口侧，所述第六温度传感器位于所述热机的出口侧。
8.根据权利要求1所述的电解槽能量平衡控制方法，其特征在于，所述电解槽能量平衡控制系统，还包括：
注油泵，所述膨胀槽上连接有注油管，所述注油管通过所述注油泵连接于所述输送管路；
液位计，连通于所述膨胀槽，位于所述膨胀槽的一侧；
第二压力传感器，连接于所述膨胀槽；
所述膨胀槽上还设置有溢流管和泄油管，所述膨胀槽通过所述溢流管和所述泄油管连通于所述输送管路；
第一油气分离器，设置在所述第一循环管路上，所述膨胀槽通过所述第一油气分离器连通于所述第一循环管路；
第二油气分离器，设置在所述第二循环管路上，所述膨胀槽通过所述第二油气分离器连通于所述第二循环管路；
排污阀，设置在所述输送管路上；
第三过滤器，设置在所述输送管路上。
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