專利名稱：一種惰性鋁電解槽氧氣監測及瞬時電流效率測定的方法
技術領域：
本發明屬于鋁電解領域，尤其涉及ー種惰性鋁電解槽過程產生氧氣的檢測和電流效率測定的方法。
背景技術：
惰性鋁電解槽區別于現行廣泛應用于原鋁生產的電解槽是惰性電解槽不再使用現行槽所用的炭陽極來進行電解生產，取而代之的是惰性陽極，有金屬惰性陽極、陶瓷惰性陽極、金屬陶瓷惰性陽極等等，惰性陽極不同于炭陽極參與電解反應，而是基本不參與電解反應，因此，在生產過程中，惰性電極在產生鋁的同時釋放出來的是氧氣而非ニ氧化碳。傳統電解槽反應2A1203 + 3C = 4A1 + 3C02 惰性電解槽反應 2A1203 = 4A1 + 302
與碳陽極相比，惰性陽極有以下優點(1)惰性陽極消耗較少，可大量減少優質碳素材料的消耗；(2)惰性陽極不需要經常更換。不僅減少了陽極的維護操作費用，而且有利于鋁電解過程的穩定；(3)陽極氣體是有價值的副產品氧氣，勞動條件和環境友好，不存在污染問題；(4)為設計高效節能新型鋁電解槽創造了條件。因此，世界各大鋁業公司都在加速惰性鋁電解槽的試驗和研究。由于惰性鋁電解槽相關的很多生產過程、操作、控制等都是有別于現行鋁電解槽的全新的工作。由于惰性鋁電解槽在電解過程中生產氧氣，使得通過監測氧氣來推算和測定電解槽的電流效率變得可能。
發明內容
本發明的目的是提供ー種惰性鋁電解槽過程產生氧氣的檢測和電流效率測定的方法。上述目的是通過下述方案實現的
ー種惰性鋁電解槽氧氣監測及瞬時電流效率測定方法，所述測定方法包括以下步驟通過安裝在惰性電解槽的煙氣管道上的監測系統測量煙氣溫度、流速、壓カ及氧氣濃度數據，將所有監測到的數據送入數據處理器后，進行電解槽氧氣排放量計算，并結合采集的系列電流計算出電流效率。根據上述的測定方法，其特征在干，所述氧氣排放量的計算方法是根據所述監測系統所測得的煙氣的溫度、壓力、流速、氧氣濃度，以及煙氣管道的管徑和指定的時間，來計算規定時間內排放的氧氣體積，根據理想氣體狀態方程PciVciTci=P1V1T1再轉換成標準狀態下的氧氣體積。根據上述的測定方法，其特征在于，所述電流效率的計算方法是根據単位時間內惰性鋁電解槽排放出的氧氣總量，計算出氧氣質量，再根據氧化鋁的電解反應所產金屬鋁和氧氣的質量比例關系，計算出単位時間內生成的鋁的質量，結合在単位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量，単位時間內生成的鋁的質量與単位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量的比例關系即為該鋁電解槽在此單位時間內的瞬時電流效率。根據上述的測定方法，其特征在于，根據多個単位時間的瞬時電流效率均值，即可得到電解槽在較長一段時間內的平均電流效率。根據上述的測定方法，其特征在于，所述監測系統包括安裝在在惰性電解槽煙氣管道上的溫度傳感器、壓カ傳感器、氣體流速傳感器、以及氧氣濃度傳感器。根據上述的測定方法，其特征在于，所述監測系統測得的數據可以直接送入單板機或PLC或エ控機或PC機中處理，數據送入數據處理器的通訊方式可以是和處理器相適應的任何ー種通信方式。根據上述的測定方法，其特征在于，所述溫度傳感器為接觸式熱電偶或熱電阻式溫度傳感器，溫度測量范圍在0-400°C。根據上述的測定方法，其特征在于，所述壓カ傳感器的測量范圍不小于±3000Pa。根據上述的測定方法，其特征在于，所述氣體流速傳感器的測量范圍不小于O-lOm/s。根據上述的測定方法，其特征在于，所述氧氣濃度傳感器，其測量精度分辨率應達到 O. 01%。根據上述的測定方法，其特征在于，所述氧氣濃度傳感器在管道上的安裝位置應遠離各種彎頭、閥門及有變徑和分支的部位。本發明的有益效果本發明為惰性電解槽的生產提供了氧氣濃度測定和電流效率預測的方法，可供了解惰性鋁電解槽實時運行狀態，供控制系統進行氧化鋁按需下料控制和濃度穩定控制，通過惰性電解槽所產氧氣量統計，通過和理論出鋁量的對比來指導生產使用，有助于惰性鋁電解槽生產運行的精準控制和管理。
具體實施例方式本發明的惰性鋁電解槽氧氣監測及瞬時電流效率測定方法包括以下步驟通過安裝在惰性電解槽的煙氣管道上的監測系統測量煙氣溫度、流速、壓カ及氧氣濃度數據，將所有監測到的數據送入數據處理器后，進行電解槽氧氣排放量計算，并結合采集的系列電流計算出電流效率。氧氣排放量的計算方法是根據所述監測系統所測得的煙氣的溫度、壓力、流速、氧氣濃度，以及煙氣管道的管徑和指定的時間，來計算規定時間內排放的氧氣體積，根據理想氣體狀態方程PciVciTci=P1V1T1再轉換成標準狀態下的氧氣體積。電流效率的計算方法是根據単位時間內惰性鋁電解槽排放出的氧氣總量，計算出氧氣質量，再根據氧化鋁的電解反應所產金屬鋁和氧氣的質量比例關系，計算出単位時間內生成的鋁的質量，結合在単位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量，単位時間內生成的鋁的質量與単位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量的比例關系即為該鋁電解槽在此單位時間內的瞬時電流效率。根據多個單位時間的瞬時電流效率均值，即可得到電解槽在較長一段時間內的平均電流效率。具體來講，可以在惰性鋁電解槽的煙道管段適宜部位開孔，并安裝溫度傳感器、氣體壓カ傳感器、氣體流速傳感器和分辨率足夠高的氧氣濃度傳感器。溫度傳感器為接觸式熱電偶或熱電阻式溫度傳感器，溫度測量范圍在0-400°C。8壓カ傳感器的測量范圍不小于±3000Pa。氣體流速傳感器的測量范圍不小于O-lOm/s。氧氣濃度傳感器，其測量精度分辨率應達到O. 01%，最好能達到O. 001%，其精度分辨率越高，監測得出的電流效率越精確。氧氣濃度傳感器在管道上的安裝位置應遠離各種彎頭、閥門及有變徑和分支的部位。每ー測量設備的測量信號按RS485的通信協議轉換成RS232協議與計算機通訊，將數據送入計算機中運行的數據處理程序。或者每ー測量設備的測量信號按RS485的通信協議進入模擬量采集模塊，模擬量采集模塊再通過協議轉換模塊轉換為modbus協議連接網絡交換機或路由器，數據可送入網內任何一臺計算機進行運算處理。此外，還可以使用例如單板機、PLC、エ控機、PC機等任何具有數據運算功能的數據處理設備進行計算處理。計算機中的數據處理程序接收到從測量設備采集來的數據后，首先進行數據轉化將所采集的電壓信號轉化為相應量程的實際數據信號，再進行濾噪處理，然后根據溫度、壓力、流速、氧氣濃度和煙道管徑計算該時間產生的氧氣量，將根據單位時間內采集的數據計算出來的氧氣量平均值作為該單位時間所產生的氧氣量，如采樣周期為50ms的話，毎秒可得到20個計算結果，利用者20個結果的均值可得到每秒產生的氧氣量。根據每秒產生的氧氣量，根據惰性電解槽反應方程式計算出每秒鐘生成的原鋁的質量。結合計算機采集的惰性電解槽的生產電流，根據電化學原理可計算出當沒有效率損失時應該產生的原鋁的質量。兩個原鋁質量之比即得到了惰性電解槽的瞬時電流效率。根據惰性電解槽的實時電流效率和生產電流可以計算出氧化鋁的實時消耗量，據其調整氧化鋁下料速度，實現氧化鋁的按需下料和保證惰性電解槽內氧化鋁濃度的穩定。根據系統檢測到的一天的效率可以準確的計算出本日惰性鋁電解槽所產生的原鋁的質量，指導工人出鋁量。將每秒產生的氧氣量累加即可得到惰性電解槽在一天內產生的氧氣量，可作于エ業用氧或其他用氧。
權利要求
1.一種惰性鋁電解槽氧氣監測及瞬時電流效率測定方法，所述測定方法包括以下步驟通過安裝在惰性電解槽的煙氣管道上的監測系統測量煙氣溫度、流速、壓力及氧氣濃度數據，將所有監測到的數據送入數據處理器后，進行電解槽氧氣排放量計算，并結合采集的系列電流計算出電流效率。
2.根據權利要求I所述的測定方法，其特征在于，所述氧氣排放量的計算方法是根據所述監測系統所測得的煙氣的溫度、壓力、流速、氧氣濃度，以及煙氣管道的管徑和指定的時間，來計算規定時間內排放的氧氣體積，根據理想氣體狀態方程PciVciTci=P1V1T1再轉換成標準狀態下的氧氣體積。
3.根據權利要求2所述的測定方法，其特征在于，所述電流效率的計算方法是根據單位時間內惰性鋁電解槽排放出的氧氣總量，計算出氧氣質量，再根據氧化鋁的電解反應所產金屬鋁和氧氣的質量比例關系，計算出單位時間內生成的鋁的質量，結合在單位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量，單位時間內生成的鋁的質量與單位時間內根據槽電流計算出的理論最大產鋁量的比例關系即為該鋁電解槽在此單位時間內的瞬時電流效率。
4.根據權利要求3所述的測定方法，其特征在于，根據多個單位時間的瞬時電流效率均值，即可得到電解槽在較長一段時間內的平均電流效率。
5.根據權利要求1-4之一所述的測定方法，其特征在于，所述監測系統包括安裝在在惰性電解槽煙氣管道上的溫度傳感器、壓力傳感器、氣體流速傳感器、以及氧氣濃度傳感器。
6.根據權利要求1-4之一所述的測定方法，其特征在于，所述監測系統測得的數據可以直接送入單板機或PLC或工控機或PC機中處理，數據送入數據處理器的通訊方式可以是和處理器相適應的任何一種通信方式。
7.根據權利要求5所述的測定方法，其特征在于，所述溫度傳感器為接觸式熱電偶或熱電阻式溫度傳感器，溫度測量范圍在0-400°C。
8.根據權利要求5所述的測定方法，其特征在于，所述壓力傳感器的測量范圍不小于±3000Pa。
9.根據權利要求5所述的測定方法，其特征在于，所述氣體流速傳感器的測量范圍不小于 O-lOm/s。
10.根據權利要求5所述的測定方法，其特征在于，所述氧氣濃度傳感器，其測量精度分辨率應達到O. 01%。
11.根據權利要求5所述的測定方法，其特征在于，所述氧氣濃度傳感器在管道上的安裝位置應遠離各種彎頭、閥門及有變徑和分支的部位。
全文摘要
本發明公開了一種惰性鋁電解槽氧氣監測及瞬時電流效率測定方法，所述測定方法包括以下步驟通過安裝在惰性電解槽的煙氣管道上的監測系統測量煙氣溫度、流速、壓力及氧氣濃度數據，將所有監測到的數據送入數據處理器后，進行電解槽氧氣排放量計算，并結合采集的系列電流計算出電流效率。本發明為惰性電解槽的生產提供了氧氣濃度測定和電流效率預測的方法，可供了解惰性鋁電解槽實時運行狀態，供控制系統進行氧化鋁按需下料控制和濃度穩定控制，通過惰性電解槽所產氧氣量統計，通過和理論出鋁量的對比來指導生產使用，有助于惰性鋁電解槽生產運行的精準控制和管理。
文檔編號C25C3/20GK102817045SQ20121026223
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者楊建紅, 張艷芳, 黃欽佩, 王躍勇, 唐新平 申請人:中國鋁業股份有限公司