[发明专利]一种铝电解槽温度场动态监测的方法和系统

说明书

本发明公开了一种铝电解槽温度场动态监测方法和系统，包括：实时在线采集铝电解槽壳外部所有热场数据；将采集到的铝电解槽壳外部所有热场数据进行数据清洗；获取铝电解槽的结构参数、工艺参数、电解厂定期策略的槽内熔体的温度值，利用数值模拟技术，构建铝电解槽热场仿真模型；通过铝电解槽热场仿真模型，对铝电解槽内部的温度场进行反推计算，获取电解槽内各部温度场、槽帮状态，判断电解槽的热平衡状态。根据实时获取的铝电解槽外部热场分布数据，电解槽相关的结构参数和工艺参数，同时充分考虑槽相关参数随工况的波动，反推计算电解槽内部温度场数据，对电解槽动态热平衡状态的监测，进而实现预警。

技术领域

本发明属于铝电解技术领域，具体涉及一种铝电解槽温度场动态监测方法和系统。

背景技术

铝是全球产量最大的有色金属，是推动国民经济建设、国防科技工业和战略性新兴产业发展不可或缺的重要基础原材料，被广泛应用于建筑、电力、包装、交通运输、航空航天等领域。中国是全球最大的铝消费国，其总消费量约占全球的二分之一。同时，中国也是全球最大的原铝生产国，其原铝总生产量约占全球的五分之三。而原铝生产工艺单一，全部由熔盐电解工艺生产。

铝电解槽作为熔盐电解工艺中的重要生产设备，其良好的槽况是维持电解铝正常生产的根本，也直接影响着电解铝厂的生产效率和经济效益。

在铝电解槽运行过程中，槽内物料在强直流电作用下会发生剧烈的电化学反应同时放出大量焦耳热。槽内物料在不断吸收焦耳热后会逐步形成高温熔盐体系。由于槽内熔体与外界环境存在着巨大的温差，电解槽将源源不断的对外散失热量。而工业铝电解槽所采用的熔盐体系，需要在950℃左右的温度下才能进行电解过程。因此为稳定熔盐体系所需的电解温度，电解槽内部都设有合理的保温结构。当内部保温结构合理时，电解槽在运行过程中将处于一种热平衡状态，即电能转化而供给铝电解槽的热收入与电解过程所需消耗的热量以及从槽体向环境所散失的热量之和的热支出相等。需要注意的是，实际的铝电解槽无法一直处于理想的热平衡状态，但从长期稳定运行角度来看，电解槽的热场可以到达动态的热平衡。

然而，由于铝电解槽槽况复杂，加之当前技术水平的限制。实际电解铝的生产过程中，铝电解槽很难控制在动态的热平衡之中，常常出现红炉、漏槽的情况，不仅会给企业带来巨大的经济损失，还可能引发火灾、爆炸等严重事故，更有甚者还会造成现场工作人员的伤亡。因此，为避免此类事故的发生，必须对电解槽的温度场进行有效的监测。

当前，对电解槽的温度场进行监测的方法主要可归纳为直接测量法、经验公式法和数值仿真法。其中，直接测量法是指利用测量工具对电解槽内外具有代表性的位置进行相关参数的测量，获取结果用以分析电解槽温度场的状况，进而为企业生产工艺提供合理的建议。但该法劳动强度大、测试环境恶劣，存在融盐溅出、槽底狭窄易撞伤、触电、烫伤等大量安全问题，且无法满足实际生产过程所需的监测频率。经验公式法是指利用前期人工测量法所得到的测量数据进行回归分析，得到内部槽帮厚度与槽壳温度间的关系等，进而以此来判断槽热平衡状况。但该法具有非常大的局限性，对不同槽子、不同生产工艺预测的准确度差。数值仿真法是一种利用仿真软件，采用有限元计算法，对电解槽的热场、流场、电场、磁场和应力场等进行耦合关联及计算分析的方法。传统的数值仿真是指在给定电解槽结构参数和工艺参数条件下，建立合适的物理模型，导入对应的边界条件，对电解槽的温度分布和电解槽的热平衡状态等进行数值计算，该法也被称之为静态仿真。其不足在于，无法考虑槽结构相关物理参数会随温度变化而变化，此外，恶劣的槽况也会影响电解槽的能耗和效率，各种工艺参数对电解槽运行状况的影响无法在静态模型中得到体现。

发明内容

本发明提供了一种铝电解槽温度场动态监测的方法和系统，以解决静态模拟无法实现动态监测而导致的监测不准确的问题。

第一方面，提供了一种铝电解槽温度场动态监测的方法，包括：

实时在线采集铝电解槽壳外部所有热场数据；

将采集到的铝电解槽壳外部所有热场数据进行数据清洗；