CN219861615U - 一种铝电解槽柔性生产系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种铝电解槽柔性生产系统，能够对铝电解槽生产过程进行动态能量平衡的调节，以适应清洁能源的供电波动。铝电解槽柔性生产系统，包括：铝电解槽；上部能量控制装置，分别与铝电解槽的槽盖板和烟道连接；侧部能量控制装置，与所述铝电解槽的侧部槽壳连接；监测模块，分别与上部能量控制装置、侧部能量控制装置和铝电解槽连接，监测模块包括电能监测装置、温度监测装置和流量监测装置；能量平衡调节模块，分别与上部能量控制装置、侧部能量控制装置连接；物料平衡调节装置，与铝电解槽的下料装置连接，下料装置包括氧化铝下料器和氟化铝下料器；总控制模块，分别与监测模块、能量平衡调节模块和物料平衡调节装置连接。

Description

一种铝电解槽柔性生产系统

技术领域

本申请涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种铝电解槽柔性生产系统。

背景技术

目前，预焙电解槽能量平衡对于铝电解系列的稳定运行至关重要，电解槽只有输入能量与支出能量相匹配才能维持稳定，电解生产才能保持平稳运行。铝电解槽，特别是大型槽是一个热容量大、滞后性很强的电化学反应系统，一旦发生热槽或冷槽，短时间内是无法恢复到原来的平衡状态，而且恢复期能耗、物耗会大幅增加，还间接影响槽寿命等指标，如若发生病槽后处理不当会造成漏炉、停槽等事故。

现代铝工业是用电大户，铝电解系列一般配置有几百台电解槽，需要供给较高的用电负荷。目前我国电解铝生产用电力能源严重依赖煤电，电解铝的能源结构中煤电占比高达88％。在双碳背景下，降低火电消纳，增加清洁能源使用比例，是未来电解铝行业绿色降碳发展的有效路径之一。

清洁能源的开发利用方式主要有水力发电、风能利用、太阳能转化等，具有波动性、季节性、随机性等特点，如水力发电受季节的影响较大，风力发电及太阳能发电受昼夜、天气影响波动较大。对于大型铝电解系列采用不稳定的清洁能源供电，供电侧频繁发生负荷波动，极易破坏电解槽的能量平衡，将严重影响系列生产的稳定运行。

实用新型内容

本申请实施例提供一种铝电解槽柔性生产系统，能够对铝电解槽生产过程进行动态能量平衡的调节，以适应清洁能源的供电波动。

本申请实施例的第一方面，提供一种铝电解槽柔性生产系统，包括：

铝电解槽；

上部能量控制装置，分别与铝电解槽的槽盖板和烟道连接；

侧部能量控制装置，与所述铝电解槽的侧部槽壳连接；

监测模块，分别与所述上部能量控制装置、所述侧部能量控制装置和所述铝电解槽连接，所述监测模块包括电能监测装置、温度监测装置和流量监测装置；

能量平衡调节模块，分别与所述监测模块、所述上部能量控制装置和所述侧部能量控制装置连接。

在一些实施方式中，所述上部能量控制装置包括第一热交换装置、制冷机和烟气流量控制装置；

所述第一热交换装置分别与所述槽盖板、所述制冷机和所述烟道连接，所述烟气流量控制装置与所述烟道连接；

所述制冷机和所述烟气流量控制装置均与所述能量平衡调节模块电连接。

在一些实施方式中，所述第一热交换装置包括第一热端、第一冷端、工质传输管道、热媒流量控制装置和冷媒流量控制装置，所述第一热端分别与所述烟道和所述工质传输管道连接，所述第一冷端分别与所述制冷机和所述工质传输管道连接；

所述烟道流量控制装置包括排烟支管调节阀，所述排烟支管调节阀设置于所述烟道的排烟支管上，所述热媒流量控制装置与所述烟道流量控制装置共用所述排烟支管调节阀；

所述冷媒流量控制装置包括冷媒控制阀，所述冷媒控制阀设置于所述制冷机内。

在一些实施方式中，所述温度监测装置包括热媒温度监测装置和冷媒温度监测装置，所述热媒温度监测装置设置于所述烟道的排烟支管，所述冷媒温度监测装置设置于所述制冷机内；

所述流量监测装置包括热媒流量监测装置和冷媒流量监测装置，所述热媒流量监测装置于所述烟道的排烟支管，所述冷媒流量监测装置设置于所述制冷机内。

在一些实施方式中，所述侧部能量控制装置包括多个第二热交换装置，所述第二热交换装置设置在所述铝电解槽的摇篮架之间的侧壁槽壳上；

每个所述第二热交换装置的进口和出口中的一者通过调节泵与第一循环总管路并联，每个所述第二热交换装置的进口和出口中的另一者与第二循环总管路并联，所述第一循环总管路和所述第二循环总管路用于连通于热交换循环系统。

在一些实施方式中，在所述第二热交换装置处于散热状态的情况下，所述第一循环总管路连通于所述热交换循环系统的第二冷端，所述第二循环总管路连通于所述热交换循环系统的第二热端。

在一些实施方式中，在所述第二热交换装置处于保温状态的情况下，所述第一循环总管路连通于所述第二热端，所述第二循环总管路连通于所述第二冷端。

在一些实施方式中，不同的所述第二热交换装置的所述调节泵是相互独立控制的。

在一些实施方式中，所述铝电解槽柔性生产系统，还包括：

物料平衡调节装置，与所述铝电解槽的下料装置连接；

总控制模块，分别与所述监测模块、所述物料平衡调节装置和所述能量平衡调节模块连接。

在一些实施方式中，所述下料装置包括氧化铝下料器和氟化铝下料器；

所述电能监测装置包括所述铝电解槽的进电侧电流电压采集器和出电测电流电压采集器。

本申请实施例的第二方面，提供一种铝电解槽柔性生产方法，应用于如第方面所述的铝电解槽柔性生产系统，所述方法包括：

通过监测模块，获取电能监测装置采集的铝电解槽的进电侧电流和电压，并核准所述铝电解槽的发热功率的波动情况；

基于所述发热功率的波动情况，通过能量平衡调节模块分别控制上部能量控制装置和/或侧部能量控制装置，以调节所述铝电解槽的槽盖板的温度、烟道的温度和/或侧部的温度。

在一些实施方式中，在所述上部能量控制装置包括第一热交换装置、制冷机和烟气流量控制装置的情况下，

所述基于所述发热功率的波动情况，通过能量平衡调节模块分别控制上部能量控制装置和/或侧部能量控制装置，以调节所述铝电解槽的槽盖板的温度、烟道的温度和侧部的温度，包括：

在所述发热功率增加第一阈值的情况下，通过所述能量平衡调节模块控制所述第一热交换装置接入所述制冷机，和/或，控制所述烟气流量控制装置增大烟气排放量；

在所述发热功率下降第二阈值的情况下，通过所述能量平衡调节模块控制所述第一热交换装置接入所述烟道，和/或，控制所述烟气流量控制装置减小烟气排放量；

和/或，

在所述侧部能量控制装置包括多个第二热交换装置的情况下，

所述基于所述发热功率的波动情况，通过能量平衡调节模块分别控制上部能量控制装置和/或侧部能量控制装置，以调节所述铝电解槽的槽盖板的温度、烟道的温度和侧部的温度，包括：

在所述发热功率增加所述第一阈值的情况下，通过所述能量平衡调节模块控制第一循环总管路连通于热交换循环系统的第二冷端，以及第二循环总管路连通于所述热交换循环系统的第二热端；

在所述发热功率下降所述第二阈值的情况下，通过所述能量平衡调节模块控制所述第一循环总管路连通于所述第二热端，所述第二循环总管路连通于所述第二冷端；

和/或，

在所述铝电解槽柔性生产系统包括物料平衡调节装置的情况下，

所述基于所述发热功率的波动情况，通过能量平衡调节模块分别控制上部能量控制装置和/或侧部能量控制装置，以调节所述铝电解槽的槽盖板的温度、烟道的温度和侧部的温度，包括：

在所述发热功率增加所述第一阈值的情况下，通过所述物料平衡调节装置控制缩短下料装置的下料时间间隔；

在所述发热功率下降所述第二阈值的情况下，通过所述物料平衡调节装置控制延长所述下料装置的下料时间间隔。

本申请实施例提供的铝电解槽柔性生产系统，总控制模块能够实时监控铝电解槽输入能量，即体系发热功率的变化，当供电电流在一定范围内波动时，物料平衡调节装置可以自动调整氧化铝、氟化铝等物料的消耗速率，能量平衡调节模块可以自动调整铝电解槽体系各区域的散热功率比例分配，电解槽可以快速建立变电流情况下动态的能量平衡与物料平衡，在可控范围最优满足铝电解柔性生产的需求，实现供电负荷波动下电解槽的稳定运行，能够适应清洁能源的供电波动，不影响铝电解正常生产。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种铝电解槽柔性生产系统的示意性结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种铝电解槽的示意性局部侧视图；

图3为本申请实施例提供的一种铝电解槽的示意性局部主视图；

图4为本申请实施例提供的另一种铝电解槽柔性生产系统的示意性结构框图；

图5为本申请实施例提供的一种铝电解槽柔性生产方法的示意性流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。

铝电解槽能量平衡对于铝电解系列的稳定运行至关重要，电解槽只有输入能量与支出能量相匹配才能维持稳定，电解生产才能保持平稳运行。铝电解槽，特别是大型槽是一个热容量大、滞后性很强的电化学反应系统，一旦发生热槽或冷槽，短时间内是无法恢复到原来的平衡状态，而且恢复期能耗、物耗会大幅增加，还间接影响槽寿命等指标，如若发生病槽后处理不当会造成漏炉、停槽等事故。现代铝工业是用电大户，铝电解系列一般配置有几百台电解槽，需要供给较高的用电负荷。目前我国电解铝生产用电力能源严重依赖煤电，电解铝的能源结构中煤电占比高达88％。在双碳背景下，降低火电消纳，增加清洁能源使用比例，是未来电解铝行业绿色降碳发展的有效路径之一。目前，清洁能源的开发利用方式主要有水力发电、风能利用、太阳能转化等，具有波动性、季节性、随机性等特点，如水力发电受季节的影响较大，风力发电及太阳能发电受昼夜、天气影响波动较大。对于大型铝电解系列采用不稳定的清洁能源供电，供电侧频繁发生负荷波动，极易破坏电解槽的能量平衡，严重影响系列生产的稳定运行。

有鉴于此，本申请实施例提供一种铝电解槽柔性生产系统及方法，能够对铝电解槽生产过程进行动态能量平衡的调节，以适应清洁能源的供电波动。

本申请实施例的第一方面，提供一种铝电解槽柔性生产系统，图1为本申请实施例提供的一种铝电解槽柔性生产系统的示意性结构框图。如图1所示，铝电解槽柔性生产系统包括：铝电解槽100、上部能量控制装置200、侧部能量控制装置300、监测模块400和能量平衡调节模块500。上部能量控制装置200分别与铝电解槽100的槽盖板110和烟道120连接；侧部能量控制装置300与铝电解槽的侧部130连接；监测模块400分别与上部能量控制装置200、侧部能量控制装置300和铝电解槽100连接，监测模块400包括电能监测装置410、温度监测装置420和流量监测装置430；能量平衡调节模块500分别与监测模块400、上部能量控制装置200和侧部能量控制装置300连接。上部能量控制装置200可以对铝电解槽100的上部进行温度和物料的控制，铝电解槽100的上部包括槽盖板110和烟道120，烟道120可以用于排烟气。侧部能量控制装置300可以对铝电解槽100的侧部130进行温度控制，侧部130即铝电解槽100的侧面，可以包括外侧壁以及安装在侧壁上的装置或组件等。监测模块400可以通过电能监测装置410监测铝电解槽100的用电情况，通过温度监测装置420监测铝电解槽100对应位置的温度，通过流量监测装置430可以监测铝电解槽100的入料、排料和排烟的流量。需要说明的是，监测模块400还可以连接上部能量控制装置200、侧部能量控制装置300和能量平衡调节模块500，可以将监测到的数据传输至上部能量控制装置200、侧部能量控制装置300和能量平衡调节模块500，能量平衡调节模块500可以根据接收到的监测数据下发控制指令至上部能量控制装置200和侧部能量控制装置300，上部能量控制装置200和侧部能量控制装置300可以根据控制指令控制铝电解槽100的对应装置或结构做出对应的调节。

本申请实施例提供的铝电解槽柔性生产系统，通过监测模块400实时监控铝电解槽100的用电情况、运行温度以及运行流量数据，能量平衡调节模块500可以根据监测模块400监测的数据进行分析后下发调节的控制指令，控制指令可以通过上部能量控制装置200和侧部能量控制装置300的指令解析，以对铝电解槽100的对应装置或结构进行流量、温度等的调节，实现铝电解槽的动态能量平衡调节，快速建立变电流情况下动态的能量平衡与物料平衡，在可控范围最优满足铝电解柔性生产的需求，实现电解槽在供电负荷波动下的稳定运行，能够适应清洁能源的供电波动，不影响铝电解正常生产。

在一些实施方式中，上部能量控制装置200包括第一热交换装置、制冷机和烟气流量控制装置；第一热交换装置分别与槽盖板、制冷机和烟道连接，烟气流量控制装置与烟道连接；制冷机和烟气流量控制装置均与能量平衡调节模块电连接。第一热交换装置包括第一热端、第一冷端、工质传输管道、热媒流量控制装置和冷媒流量控制装置，第一热端分别与烟道和工质传输管道连接，第一冷端分别与制冷机和工质传输管道连接；烟道流量控制装置包括排烟支管调节阀，排烟支管调节阀设置于烟道的排烟支管上，热媒流量控制装置与烟道流量控制装置共用排烟支管调节阀；冷媒流量控制装置包括冷媒控制阀，冷媒控制阀设置于制冷机内。

示例性的，槽盖板110可以是空腔结构，制冷机可以向第一热交换装置提供冷媒，可以经过工质传输管道和第一冷端输送至第一热交换装置，第一热交换装置可以与槽盖板110的空腔连通，实现对槽盖板110的冷却降温。烟道120内排放的烟气通常为高于室温的固气混合的气流体，温度可以几百摄氏度甚至大于一千摄氏度，烟道120排放的烟气可以被回收利用为热媒，通过工质传输管道和第一热端传输至第一热交换装置，实现对槽盖板的加热升温或保温。热媒流量控制装置可以控制热媒的流量，即控制烟气通入第一热交换装置的流量，热媒流量控制装置可以与排烟支管调节阀连接，用于控制烟气在排烟支管中的流量。冷媒流量控制装置可以控制冷媒的流量，例如，冷媒可以是制冷机产生的冷空气，冷媒流量控制装置可以控制冷空气的通入第一热交换装置的流量。

示例性的，图2为本申请实施例提供的一种铝电解槽的示意性局部侧视图；图3为本申请实施例提供的一种铝电解槽的示意性局部主视图。结合图2和图3，槽盖板110罩住铝电解槽100的顶部，靠近铝电解槽100的面可以称为内层111，远离铝电解槽的一面可以称为外层112，外层112可以设有多个加强筋114，以增加槽盖板110的强度，槽盖板110垂直于内层111和外层112的两端附着有耐高温毛毡密封条。槽盖板110可以采用铝板或铝合金板或其他材料制备而成，槽盖板110也可以为其他形状，在此不作限制。

示例性的，参考图2和图3，进口115和出口113可以是设置在槽盖板110上的通孔，进口115和出口113与槽盖板110的空腔连通，进口115和出口113还与第一热交换装置连通，进口115用于导入热媒烟气或冷媒空气，出口113用于导出热媒烟气或冷媒空气，槽盖板110的腔体可以作为热交换的腔体。第一连接头101可以为直通或三通的连接头，第一连接头101可以用于连接进口115与第一热交换装置。第二连接头102可以用于连接出口113和第一热交换装置。

示例性的，参考图2和图3，槽盖板110还包括下绝缘板116、上绝缘板117、翅片118和保温涂料119。

示例性的，参考图2和图3，工质传输管路包括第一管路103、第二管路104、出风总管105、出风支管106、进风支管107、进风总管108、制冷机109引风机33。第一热交换装置可以设置在槽盖板110的空腔内，第一连接头101可以连接到第一热交换装置的第一冷端或第一热端，进口115可以作为第一冷端或第一热端，出口113可以作为第一热端或第一冷端。出风总管105通过第一管路103连接排烟支管，第一管路103上设置引风机；进风总管108通过第二管路104连接排烟支管，第二管路104上设置引风机、制冷机。在第一热交换装置处于散热状态和/或保温状态的情况下，启动制冷机和/或第二管路104上引风机，通过进风总管108往槽盖板110的空腔通入冷媒空气和/或热媒烟气，冷媒空气和/或热媒烟气发生热交换后通过出风总管105、第一管路103，在引风机作用下排出到电解槽排烟支管。

在一些实施方式中，侧部能量控制装置300包括多个第二热交换装置，第二热交换装置设置在铝电解槽100的摇篮架之间的侧壁槽壳上；每个第二热交换装置的进口和出口中的一者通过调节泵与第一循环总管路并联，每个第二热交换装置的进口和出口中的另一者与第二循环总管路并联，第一循环总管路和第二循环总管路用于连通于热交换循环系统。在第二热交换装置处于散热状态的情况下，第一循环总管路连通于热交换循环系统的第二冷端，第二循环总管路连通于热交换循环系统的第二热端；在第二热交换装置处于保温状态的情况下，第一循环总管路连通于第二热端，第二循环总管路连通于第二冷端。不同的第二热交换装置的调节泵是相互独立控制的。

在一些实施方式中，图4为本申请实施例提供的另一种铝电解槽柔性生产系统的示意性结构框图。如图4所示，铝电解槽柔性生产系统，还包括：物料平衡调节装置600，与铝电解槽100的下料装置140连接；总控制模块700，分别与监测模块400、物料平衡调节装置600和能量平衡调节模块500连接；下料装置140可以包括氧化铝下料器和氟化铝下料器，氧化铝和氟化铝是铝电解槽的反应物料；电能监测装置410可以包括铝电解槽100的进电侧电流电压采集器和出电测电流电压采集器。

在一些实施方式中，物料平衡调节装置600可以调节氧化铝、氟化铝消耗速率调节，在变电流情况下物料平衡调节装置600根据铝电解槽电流效率、物料单耗、下料器容量等参数，自动调整氧化铝、氟化铝下料速率，将氧化铝、氟化铝按照不同的时间间隔加入到电解槽，满足变电流铝电解的柔性生产过程。

参考图2和图3，温度监测装置可以包括热流计，热流计用于基于采集铝电解槽的目标表面的热流密度反馈散热功率分布情况。示例性的，在铝电解槽体系表面以摇篮架71位置为横轴坐标点，以铝电解槽阴、阳极区域为纵坐标轴，对铝电解槽体系表面进行划分网格，采用热流计测试铝电解槽阴、阳极各区域网格表面热流密度，定量反馈铝电解槽各区域的散热功率分布比例。流量监测装置430包括烟气温度在线监测装置31，上部能量控制装置200可以连接排烟支管调节阀32，烟气温度在线监测装置31和排烟支管调节阀32均设置在铝电解槽的烟道的排烟支管3上。实时监测烟气温度和流量的变化，通过无线或有线方式传送给监测模块400，实时监控电解槽烟气通过烟道带走的热量。上部能量控制装置200通过电解槽排烟支管调节阀调整烟气流量，控制烟气带走的热量，维持电解槽能量平衡。

示例性的，参考图2和图3，侧部能量控制装置300可以连接多个第二热交换装置5，第二热交换装置5设置在铝电解槽的摇篮架71之间的侧壁槽壳7上；每个第二热交换装置5的进口和出口中的一者通过调节泵51与第一循环总管路52并联，每个第二热交换装置5的进口和出口中的另一者与第二循环总管路53并联，第一循环总管路52和第二循环总管路53用于连通于热交换循环系统54。

示例性的，监测模块400在铝电解槽的进电侧和出电侧采集体系电压信号，电能监测装置410可以实时监控铝电解槽输入能量的变化，即监控铝电解槽的发热功率变化，总控制模块700在变电流情况下按照变动的发热功率及物料消耗速率，相应调整物料平衡调节装置、能量平衡调节模块，以快速建立动态的能量平衡与物料平衡。

示例性的，在第二热交换装置5处于散热状态的情况下，第一循环总管路52连通于热交换循环系统54的冷端，第二循环总管路53连通于热交换循环系统54的热端；在第二热交换装置5处于保温状态的情况下，第一循环总管路52连通于热交换循环系统54的热端，第二循环总管路53连通于热交换循环系统54的冷端。不同的第二热交换装置5的调节泵51是相互独立控制的，可以调节对应槽壳侧壁的散热量。

本申请实施例的第二方面，提供一种铝电解槽柔性生产方法，应用于如第一方面所述的铝电解槽柔性生产系统，图5为本申请实施例提供的一种铝电解槽柔性生产方法的示意性流程图。如图5所示，铝电解槽柔性生产方法包括：

S801：通过监测模块，获取电能监测装置采集的铝电解槽的进电侧电流和电压，并核准铝电解槽的发热功率的波动情况；

S802：基于发热功率的波动情况，通过能量平衡调节模块分别控制上部能量控制装置和/或侧部能量控制装置，以调节铝电解槽的槽盖板的温度、烟道的温度和/或侧部的温度。

在一些实施方式中，在上部能量控制装置包括第一热交换装置、制冷机和烟气流量控制装置的情况下，步骤S802，可以包括：

在发热功率增加第一阈值的情况下，通过能量平衡调节模块控制第一热交换装置接入制冷机。

还可以通过控制烟气流量控制装置增大烟气排放量。

在发热功率下降第二阈值的情况下，通过能量平衡调节模块控制第一热交换装置接入烟道。

还可以通过控制烟气流量控制装置减小烟气排放量。

在侧部能量控制装置包括多个第二热交换装置的情况下，步骤S802，可以包括：

在发热功率增加所述第一阈值的情况下，通过能量平衡调节模块控制第一循环总管路连通于热交换循环系统的第二冷端，以及第二循环总管路连通于热交换循环系统的第二热端。

在发热功率下降所述第二阈值的情况下，通过能量平衡调节模块控制第一循环总管路连通于第二热端，第二循环总管路连通于第二冷端。

在铝电解槽柔性生产系统包括物料平衡调节装置的情况下，步骤S802，可以包括：

在发热功率增加第一阈值的情况下，通过物料平衡调节装置控制缩短下料装置的下料时间间隔。

在发热功率下降第二阈值的情况下，通过物料平衡调节装置控制延长下料装置的下料时间间隔。

示例性的，第一阈值和第二阈值可以根据铝电解槽的柔性生产具体平衡需求进行设定。例如第一阈值可以是20kW，第二阈值可以是25kW，只是示意性的，不作为具体限定。

示例性的，在铝电解槽稳定的状态下，输入铝电解槽的体系能量与支出铝电解过程的电化学反应能和电解槽体系散热损失的能量相平衡。工业铝电解采用炭阳极生产高温的熔融铝，当阳极产物为纯CO₂气体时，铝电解的理论能耗为6.32kWh/kg。目前大型铝电解槽的综合能耗虽已接近13kWh/kg，但与理论值相比差距还是很大，因此铝电解槽的热工效率较低，约有50％的能量从电解槽体系表面散热损失。在系列电流变化的情况下，输入电解槽的能量随之变化，若铝电解槽体系表面的散热不匹配，则铝电解槽会转入热行程或冷行程，如槽温过高或偏低等情况，严重时会发生热槽或冷槽等异常槽况，给电解生产带来不良影响。铝电解槽能量平衡体系是实现能量平衡调控的对象，铝电解槽能量平衡体系选取在电解槽和空间环境之间形成的封闭界面上。铝电解槽体系散热能量在界面上的静态分布与动态变化是铝电解槽槽况波动的外在显现，目前大型铝电解槽体系表面各区域散热功率的范围为：单位以电压(V)表示，阳极区烟气散热量0.28V-0.50V占比20-30％，槽盖板散热量0.38V-0.60V占比20-35％，阴极区侧部散热量0.4V-0.65V占比25-40％。其中，阳极表面散热包含在体系内，其间接影响烟气和槽盖板的散热量。

示例性的，铝电解槽的输入能量是调节电解槽能量平衡的前提，电能监测装置410在电解槽体系的进电侧阳极1的阳极导杆11处和出电侧阴极2的钢棒处采集体系电压信号，实时监控电解槽输入能量的变化，即用于体系发热功率的变化。

示例性的，在强化电流10％的情况下，即进电侧的电流值增大10％的波动情况下，在阳极电流密度和母线电流密度允许的安全范围内，铝电解槽运行电流达到550kA。在极距保持不变的情况下，总控制模块700控制监测模块400采集体系电压为3.455v，核准体系发热功率增加82.0kW。在第一阈值为20kW的情况下，82kW超出20kW，则可以进行加强散热的调节。

总控制模块700及时干预物料平衡调节装置600，物料平衡调节装置600自动调整氧化铝、氟化铝消耗速率，缩短氧化铝、氟化铝下料时间间隔，增加氧化铝消耗总量，满足强化电流下铝电解槽的正常运行。

总控制模块700及时干预能量平衡调节模块400，能量平衡调节模块500参照铝电解槽的热工特性，通过调整烟气流量控制装置、侧部能量控制装置，增加体系的散热功率。

在线调整电解槽烟气通过烟道带走的热量，通过电解槽排烟支管调节阀32调整烟气流量，增加烟气带走热量52.0kW，烟气流量散热调整为199.5kW，占总散热的20.4％,满足电解槽上部烟气的热工特性。

侧部能量控制装置连接的第二热交换装置5，其进口通过调节泵51并联设置于第一循环总管路52上，其出口直接并联设置于第二循环总管路53上。第一循环总管路52连通于热交换循环系统54的冷端，第二循环总管路53连通于热交换循环系统的54热端；第二热交换装置5通过调节泵51增加电解槽侧部换热功率30.0kW，侧部熔体区散热调整为218.3kW，占总散热的22.4％，满足电解槽侧部熔体区的热工特性。

在强化电流10％的情况下，能量平衡调节模块按照增加的发热功率，调整烟气流量控控制装置、侧部能量控制装置相应的散热比例，快速建立变电流情况下电解槽的动态能量平衡，在可控范围内实现铝电解柔性生产运行。

示例性的，在降低电流20％的情况下，铝电解槽运行电流调整到400kA。在极距保持不变的情况下总控制模块采集体系电压为2.513v，体系发热功率减少120.0kW。

总控制模块及时干预物料平衡调节装置，物料平衡调节装置自动调整氧化铝、氟化铝消耗速率，延长氧化铝、氟化铝下料时间间隔，减少氧化铝消耗总量，满足降低电流下铝电解槽的正常运行。

总控制模块及时干预能量平衡调节模块，能量平衡调节模块参照铝电解槽的热工特性，通过侧部能量控制装置300和上部能量控制装置200对烟气流量控制装置32的散热量以及第二热交换装置5的控制降低体系的散热功率。

烟气流量控制装置在线调整铝电解槽烟气通过烟道带走的热量，通过电解槽排烟支管调节阀32调整烟气流量，降低烟气带走热量70.0kW，烟气流量散热调整为78.2kW，占总散热的10.1％，大大减少电解槽上部的散热量。

侧部能量控制装置连接的第二热交换装置5，其进口通过调节泵51并联设置于第一循环总管路52上，其出口直接并联设置于第二循环总管路53上。第一循环总管路52连通于热交换循环系统54的热端，第二循环总管路53连通于热交换循环系统54的冷端；第二热交换装置5通过调节泵51降低铝电解槽侧部换热功率50.0kW，侧部熔体区散热调整为138.3kW，占总散热的17.8％。通过热交换循环系统的热端补偿，加强电解槽侧部熔体区保温，维持电解槽正常炉帮厚度。

在降低电流20％的情况下，能量平衡调节模块按照减少的发热功率，调整烟气流量控制装置、侧部能量控制装置相应的散热比例，快速建立变电流情况下电解槽的动态能量平衡，在可控范围内实现铝电解柔性生产运行。

以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

铝电解槽能量平衡状态随物料平衡状态的变化而变化，在变电流情况下物料平衡调节装置自动调整氧化铝、氟化铝消耗速率，将氧化铝、氟化铝按变动的时间间隔加入到电解槽，满足变电流下铝电解柔性生产运行。

铝电解槽体系各区域的合理散热是电解槽稳定运行的基础，能量平衡仿真及测试对电解槽体系表面进行网格划分，定量反馈电解槽各区域的散热功率分布特征。在变电流情况下能量平衡调节模块依据电解槽的热工特征分布，根据各模块的热流量反馈，动态调整电解槽各区域的散热功率分布，维持电解槽的平稳运行。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，包括：

铝电解槽；

上部能量控制装置，分别与铝电解槽的槽盖板和烟道连接；

侧部能量控制装置，与所述铝电解槽的侧部槽壳连接；

监测模块，分别与所述上部能量控制装置、所述侧部能量控制装置和所述铝电解槽连接，所述监测模块包括电能监测装置、温度监测装置和流量监测装置；

能量平衡调节模块，分别与所述监测模块、所述上部能量控制装置和所述侧部能量控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

所述上部能量控制装置包括第一热交换装置、制冷机和烟气流量控制装置；

所述第一热交换装置分别与所述槽盖板、所述制冷机和所述烟道连接，所述烟气流量控制装置与所述烟道连接；

所述制冷机和所述烟气流量控制装置均与所述能量平衡调节模块电连接。

3.根据权利要求2所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

所述第一热交换装置包括第一热端、第一冷端、工质传输管道、热媒流量控制装置和冷媒流量控制装置，所述第一热端分别与所述烟道和所述工质传输管道连接，所述第一冷端分别与所述制冷机和所述工质传输管道连接；

所述烟道流量控制装置包括排烟支管调节阀，所述排烟支管调节阀设置于所述烟道的排烟支管上，所述热媒流量控制装置与所述烟道流量控制装置共用所述排烟支管调节阀；

所述冷媒流量控制装置包括冷媒控制阀，所述冷媒控制阀设置于所述制冷机内。

4.根据权利要求3所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

所述温度监测装置包括热媒温度监测装置和冷媒温度监测装置，所述热媒温度监测装置设置于所述烟道的排烟支管，所述冷媒温度监测装置设置于所述制冷机内；

所述流量监测装置包括热媒流量监测装置和冷媒流量监测装置，所述热媒流量监测装置于所述烟道的排烟支管，所述冷媒流量监测装置设置于所述制冷机内。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

所述侧部能量控制装置包括多个第二热交换装置，所述第二热交换装置设置在所述铝电解槽的摇篮架之间的侧壁槽壳上；

每个所述第二热交换装置的进口和出口中的一者通过调节泵与第一循环总管路并联，每个所述第二热交换装置的进口和出口中的另一者与第二循环总管路并联，所述第一循环总管路和所述第二循环总管路用于连通于热交换循环系统。

6.根据权利要求5所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

在所述第二热交换装置处于散热状态的情况下，所述第一循环总管路连通于所述热交换循环系统的第二冷端，所述第二循环总管路连通于所述热交换循环系统的第二热端。

7.根据权利要求6所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

在所述第二热交换装置处于保温状态的情况下，所述第一循环总管路连通于所述第二热端，所述第二循环总管路连通于所述第二冷端。

8.根据权利要求7所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

不同的所述第二热交换装置的所述调节泵是相互独立控制的。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，还包括：

物料平衡调节装置，与所述铝电解槽的下料装置连接；

总控制模块，分别与所述监测模块、所述物料平衡调节装置和所述能量平衡调节模块连接。

10.根据权利要求9所述的铝电解槽柔性生产系统，其特征在于，

所述下料装置包括氧化铝下料器和氟化铝下料器；

所述电能监测装置包括所述铝电解槽的进电侧电流电压采集器和出电测电流电压采集器。