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摘要:本文提出用燃?xì)?/a>加熱方式來取代調(diào)整電解槽溫度輔助用的交流電的方法，極大地提高了鎂電解連續(xù)生產(chǎn)的可靠性，可保證在交直流供電都有問題時，使鎂電解槽的溫度能始終保持在工藝要求的范圍內(nèi)，避免了因溫度過低造成的電解槽無法再啟動的巨大損失，為直流供電恢復(fù)后再次啟動電解槽提供了可靠性保障。同時還可大幅度降低電氣設(shè)備投資和生產(chǎn)運行費用，是解決鎂電解生產(chǎn)廠用電安全系數(shù)低的有效措施。

關(guān)鍵詞:操作;電解槽;直流電;天燃?xì)?交流電

鎂電解生產(chǎn)過程中，需要通過整流變壓器和整流機組，把交流電轉(zhuǎn)換成為主要供電方式的直流電，才能完成把氯化鎂電解成金屬鎂和氯氣的生產(chǎn)任務(wù)。正常生產(chǎn)時，直流電解過程中產(chǎn)生的熱量是保持電解槽內(nèi)電解質(zhì)溫度在工藝要求范圍內(nèi)的主要熱源，也是滿足低溫電解工藝要求的基本條件。另外，為了保證出鎂過程的順利進行，出鎂前需要提高電解槽溫度;啟動電解槽期間和直流供電系統(tǒng)有故障時，需要維持電解槽內(nèi)電解質(zhì)的最低溫度;直流電保證不了電解要求的最低溫度時，需要有外部熱源加熱電解質(zhì)，快速提升溫度，所以，還需要有一套輔助用的加熱控制系統(tǒng)來解決這些問題。如果沒有可靠的熱源維持電解質(zhì)的溫度，3小時后，即使直流供電恢復(fù)了，電解槽也將無法再啟動，生產(chǎn)將被迫停止，每臺電解槽將損失400萬元。可見，要完全靠電力來保證鎂電解生產(chǎn)的正常進行，需要總進線電源要有兩路進線且還要來自不同配電站有高可靠性的供電系統(tǒng)，以及要有高品質(zhì)的電氣裝置及多套備用設(shè)備，這對有些地區(qū)的生產(chǎn)廠家難以實現(xiàn)。為了解決完全靠電力進行鎂電解生產(chǎn)而有可能發(fā)生的突然長時間斷電的隱患，可用燃?xì)饧訜岱绞絹砣〈{(diào)整電解槽溫度輔助用的交流電的方法，兩種不同能源的同時使用，可極大地提高鎂電解生產(chǎn)連續(xù)運行的安全性，同時還能降低投資費用和生產(chǎn)成本。

1加熱

采用燃?xì)饧訜岱绞剑枰幸惶兹細(xì)饧訜峥刂蒲b置，其中的燃燒機和內(nèi)置加熱筒是不可缺少的主要設(shè)備。本方案將燃?xì)饧訜峥刂蒲b置融合到了原降溫系統(tǒng)內(nèi)，把原降溫系統(tǒng)作了改造，進風(fēng)管和排風(fēng)管改成了加熱筒，在中間加裝了一個新的排風(fēng)管。燃?xì)饧訜峥刂蒲b置上相關(guān)設(shè)備的作用及與電解槽的連接方式見圖1，原電加熱方式和降溫系統(tǒng)需要的設(shè)備見圖2。

1.1燃?xì)饧訜?/p>

從圖1中看到，燃?xì)饧訜岱绞叫枰闹饕O(shè)備有燃燒機、內(nèi)置加熱筒、排風(fēng)管、換熱管及附屬元件。燃燒機通過自身上的法蘭和內(nèi)置加熱筒自身上的法蘭相連接，其它內(nèi)置加熱筒等元件的安裝方式與原風(fēng)冷降溫系統(tǒng)安裝過程相同。內(nèi)置加熱筒類似一個坩堝，常規(guī)坩堝熔煉方式是外周圍為加熱源，內(nèi)裝需要熔化的物質(zhì)，這里的內(nèi)置加熱筒熔煉方式與常規(guī)坩堝熔煉方式相反，內(nèi)為燃?xì)饣鹧婕訜嵩矗垠w在加熱筒周圍，加熱筒的作用是把燃?xì)饣鹧媾c電解槽內(nèi)的電解質(zhì)有效隔離開來。另外，原風(fēng)冷降溫系統(tǒng)因已考慮了熱脹冷縮和絕緣問題，所以本方式安裝過程只需考慮與燃燒機相連管道的絕緣情況。燃燒機是熱能產(chǎn)生的主要設(shè)備，也需要用電力驅(qū)動才能工作。因此，在供電及控制線路連接上要配置兩路電源才能確保其連續(xù)運行，一路為正常生產(chǎn)用的配電電源，在正常生產(chǎn)時使用;另一路為由備用的發(fā)電機提供，在正常生產(chǎn)用的配電電源有故障時使用。因燃?xì)饧訜岱绞叫枰碾姽β瘦^小，兩臺燃燒機的總功率只有3.5kW，所以，用發(fā)電機給燃?xì)饧訜岱绞教峁﹦恿κ强梢詫崿F(xiàn)的。以下是電加熱和燃?xì)饧訜醿煞N方式能量轉(zhuǎn)換大概計算結(jié)果，具體數(shù)據(jù)要根據(jù)實際情況進行完善。原電加熱功率每小時輸出的總熱量計算:兩臺干式變壓器的總功率為:800kW，電功率轉(zhuǎn)換熱值為:860kcal/kW•h;每小時輸出的總熱量為:800kW×860kcal/kW•h=688000kcal。電熱量轉(zhuǎn)換成天然氣量及配風(fēng)電機容量計算:天然氣轉(zhuǎn)換熱值為:8500kcal/m3，燃燒效率為:70%，配風(fēng)比為:10;每小時需要的天然氣總流量為:688000×100/(8500×70)=115m3/h;需要的風(fēng)量為:115×10=1150m3/h;風(fēng)機的內(nèi)效率為:0.75;風(fēng)機全壓為:5000Pa;需要的風(fēng)機總功率為:5000×1150/(3600×1000×0.75)×1.5=3.15kW。

1.2電加熱

從圖2中看到，原電加熱方式是由4個交流電極、2臺干式變壓器、4條封閉銅母線及相應(yīng)控制系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)組成。交流電極由電解槽側(cè)面插入，用澆注料連接固定，外配置冷卻系統(tǒng)。交流電極通過封閉母線與變壓器相連接，當(dāng)電解槽內(nèi)有熔融的電解質(zhì)時便形成了供電回路，其發(fā)熱原理是:P=I2×R(1)式中:P———電功率，kW;I———電流，A;R———電阻，Ω。因電解槽內(nèi)的電解質(zhì)成分是一個動態(tài)值，所以電阻R值也是一個變化的不確定的值，特別是在啟動初期電阻R值非常小，變壓器二次接近短路狀態(tài)，如不分別對2臺容量為500kW和300kW的變壓器進行控制，會損壞相應(yīng)供電元件，電氣保護裝置會頻繁跳閘。為了解決這一問題，供電及控制線路中必須配置可控硅調(diào)功柜，隨時調(diào)節(jié)變壓器的輸入電流，使其不會因電流過大而引起電氣保護裝置的跳閘。

2控制過程

兩種方式的主要控制過程基本相同，都需要與電解槽內(nèi)電解質(zhì)的測量溫度連鎖，不同的是燃?xì)夥绞绞桥c燃燒機的控制回路連鎖，只用溫度控制混合燃?xì)饬髁烤湍軡M足要求;電加熱方式卻需要用三種信號同時與調(diào)控柜控制回路連鎖。一是用溫度設(shè)定值的上下限控制變壓器的啟停;二是用變壓器輸入電流的上限，調(diào)節(jié)調(diào)控柜的輸出電流，確保變壓器不過負(fù)荷;三是用加熱電極測量溫度的上限，調(diào)節(jié)調(diào)控柜的輸出電流，確保加熱電極不超溫。因此，控制過程相對復(fù)雜，需要的控制元件相對較多。

3兩種加熱方式的比較

3.1可靠性燃?xì)饧訜岱绞?/p>

比電加熱方式，在確保電解槽需要的最低溫度過程中安全性更高，不會發(fā)生因電解質(zhì)溫度過低凝固造成的電解槽無法再啟動的重大損失。缺點是運行噪音高。

3.2控制復(fù)雜程度及運行性能

原電加熱方式控制邏輯關(guān)系比燃?xì)饧訜岱绞綇?fù)雜，且運行性能也不如燃?xì)饧訜岱绞健Ｌ貏e在電解槽運行后中期，因電解槽內(nèi)沉渣的增多，電解質(zhì)的電阻值會增大，加熱電極因消耗會變小，使電加熱功能逐漸失去作用。尤其是底部加熱電極表現(xiàn)的特別明顯，這在直流電有問題時，不能有效保證電解槽需要的最低溫度。

3.3加熱筒和加熱電極使用功能

為了實現(xiàn)低溫電解的工藝要求，電解槽內(nèi)配置了一套降溫系統(tǒng)，當(dāng)電解質(zhì)溫度過高時用來降溫。因燃?xì)夥绞胶驮禍叵到y(tǒng)的有效結(jié)合，使本加熱控制方式具有了加熱和降溫兩種功能，在通入燃?xì)鈺r，進行加熱;在入冷空氣，可進行降溫。電加熱電極卻只有導(dǎo)電功能。兩種方式都存在電解質(zhì)滲漏的隱患，加熱筒發(fā)生電解質(zhì)滲漏時，能進行更換;電加熱電極發(fā)生滲漏時，如果堵不住將被迫停槽。另外，燃?xì)饧訜岱绞皆趩与娊獠矍捌冢€具有協(xié)助烤槽的作用。

3.4投資原電加熱方式

總投資費用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃?xì)夥绞剑蠹s要高出10倍，數(shù)據(jù)見表1，表1中的內(nèi)容是22臺電解槽的主要數(shù)據(jù)。

3.5運行及維護

輔助電加熱噸鎂電耗大約為:2000kW•h/t－Mg，折合成天然氣量為:289m3/t，現(xiàn)電費價格為:0.6元/kW•h，天然氣價格為:3.2元/m3;用天然氣的費用比電加熱費用每噸鎂節(jié)省20000×0.6－289×3.2=275元;如按年產(chǎn)15000噸計算，每年可節(jié)約412萬元。以上是按燃燒效率為70%計算的，如能將燃燒效率提高，節(jié)約效果會更好。從表1中可看到，燃?xì)夥绞皆诟叩蛪涸O(shè)備上有大幅度地減少，而自身需要的設(shè)施并不多，因此在維護上，無論是人員，還是備品備件，都要低于電加熱方式。

4結(jié)語

鎂電解生產(chǎn)過程中用的輔助加熱功能，采用燃?xì)饧訜岱绞胶螅芡耆_保電解質(zhì)溫度在合理工藝要求范圍內(nèi)，且投資、運行及維護費用都低，同時也是解決區(qū)域供電安全系數(shù)低的一種有效方法。

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作者：孫天生 閻守義 單位：中航天赫唐山鈦業(yè)有限公司