ВВЕДЕНИЕ 4
1 Проблемы производства первичного алюминия 6
1.1 Проблемы отрасли производства алюминия 6
1.2 Краткая информация о производстве алюминия в России 8
1.3 Основные направления энергосбережения в электролизном производстве 9
1.4 Основные направления повышения экологической безопасности
оборудования 14
1.5 Выводы по главе 1 и постановка задач работы 16
2 Оборудование и процессы производства алюминия 17
2.1 Общие сведения о конструкциях электролизеров различных типов 17
2.2 Современные проекты по модернизации заводов России 23
2.3 Конструкция системы газоудаления 25
2.3.1 Газосборный колокол электролизера с самообжигающимся анодом... 25
2.3.2. Горелочные устройства дожигания анодных газов 28
2.3.3 Газоходные тракты корпусов производства алюминия и способы их
обслуживания 30
2.4 Вывод по главе 2 37
3 Усовершенствование системы газоудаления электролизера 38
3.1 Расчетный анализ потерь теплоты поверхностями алюминиевого
электролизера 38
3.2 Расчетный анализ энергетических затрат на эксплуатацию газоходной
сети корпуса электролиза 44
3.3 Технические решения по утилизации теплоты процесса электролиза 47
3.4 Расчет газоходной сети корпуса электролитического производства
алюминия 56
3.5 Выводы по главе 3 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
Производство алюминия является одной из важнейших базовых отраслей промышленности, поскольку алюминий нужен практически во всех отраслях промышленности, а также данное производство является крупнейшим потребителем энергии и сырья, поскольку все процессы создания включают высокотемпературное оборудование. Алюминиевая промышленность всего мира получает больше 56 миллионов тонн в год, и на эти производственные мощности приходится около 8% мировой выработки электроэнергии. При анализе рынка делается вывод, что мировое потребление алюминия постепенно увеличивается с каждым годом, увеличиваясь примерно на 2200 килотонн в год на основе существующего производства.
В российской отрасли алюминиевой промышленности на производство тонны алюминия с использованием анодных электролизеров предварительного обжига и самообжигающихся уходит около 15,5 и 17 тысяч кВт-ч электроэнергии. Высокое энергопотребление алюминиевых электролизеров является результатом низкой энергоэффективности, в среднем не превышающей 40%, поскольку большая часть энергии, потребляемой электролизером, поступает в окружающую среду через его поверхность в виде тепла. В год тратится более 65 миллиардов кВт-ч на производство 3,7 миллиона тонн алюминия, что равно суммарной выработке трех гидроэлектростанций или тепловых электростанций, которые сжигают при этом около 25 миллионов тонн угля в год.
При изготовлении алюминия выделяется множество опасных газообразных и твердых веществ. Несмотря на то, что 85% этих веществ удаляются специальными системами, это недостаточно для соблюдения допустимых скоростей выбросов, предписанных законодательством РФ по защите окружающей среды. Низкая эффективность удаления газов привела к загрязнению воздуха во всем регионе, что вызывает опухолевым заболевания в регионе, Красноярский алюминиевый завод является примером серьезного источника загрязнения.
Целью представленной бакалаврской работы - повышение эффективности, экономичности и экологичности производства алюминия, путем совершенствования системы газоудаления на Красноярском алюминиевом заводе.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- Изучены виды конструкций электролизеров и системы газоудаления.
- Рассмотрены и сравнены конструкции секций ГСК с установленной изоляцией и без неё, в следствии чего уменьшены потери тепла в окружающую среду.
- Рассмотрены объемы теплоты на работу электролизера и технические решения использования теплоты сгорания анодных газов.
- Рассмотрены более рациональные решения конструкции газоходной сети.
- Проанализирована эффективность газоходной сети с применением предложенных решений.
В бакалаврской работе решалась задача, направленная на оптимизацию конструкции газоудалительной системы электролизера. В ходе выполнения получены следующие результаты.
1. Проведен анализ процесса электролиза алюминия, известных конструкций для этого процесса и сопутствующих выбросов от производства.
2. Изучена работа системы газоудаления, конструкция элементов системы, были отмечены недостатки системы, которые можно изменить или модифицировать для общего повышения эффективности.
2. Была проанализирована проблема потери тепла в окружающую среду через стенки ГСК, произведен сравнительный расчет отдельных секций с установленной изоляцией и без неё, который показал, что при установке теплоизоляции на стенки ГСК происходит значительное снижение теплопотерь.
3. Проведен расчет и сравнение количества теплоты, выделяемой в систему газоудаления при процессе окисления анода, выявлено, что при повышении силы тока количество теплоты только растет и предложены варианты эффективного использование данного тепла в предварительном нагреве глинозема через теплообменник, что понижает электроэнергетические затраты на производство и понизит время растворения глинозема, а также через использование этого тепла для предварительного нагрева обожженных анодов, при их использовании в производстве.
4. Рассмотрена теоретическая конструкция газоходной сети, в которой было предложено использование тройников для слияния потока с уменьшением угла ввода до 30°, что дает существенное снижение затрат электроэнергии, а также дисковых затворов для регулирования разрежения в газоходной сети.
5. Был проведен анализ работы газоходной сети до модернизации и после, выявлены проблемы предложенных вариантов конструкторских и технических решений, что дало результат существенного снижения энергетических и материалоемкостных затрат.
