燃气加热方式在镁电解生产上的运用范文

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摘要:本文提出用燃气加热方式来取代调整电解槽温度辅助用的交流电的方法，极大地提高了镁电解连续生产的可靠性，可保证在交直流供电都有问题时，使镁电解槽的温度能始终保持在工艺要求的范围内，避免了因温度过低造成的电解槽无法再启动的巨大损失，为直流供电恢复后再次启动电解槽提供了可靠性保障。同时还可大幅度降低电气设备投资和生产运行费用，是解决镁电解生产厂用电安全系数低的有效措施。

关键词:操作;电解槽;直流电;天燃气;交流电

镁电解生产过程中，需要通过整流变压器和整流机组，把交流电转换成为主要供电方式的直流电，才能完成把氯化镁电解成金属镁和氯气的生产任务。正常生产时，直流电解过程中产生的热量是保持电解槽内电解质温度在工艺要求范围内的主要热源，也是满足低温电解工艺要求的基本条件。另外，为了保证出镁过程的顺利进行，出镁前需要提高电解槽温度;启动电解槽期间和直流供电系统有故障时，需要维持电解槽内电解质的最低温度;直流电保证不了电解要求的最低温度时，需要有外部热源加热电解质，快速提升温度，所以，还需要有一套辅助用的加热控制系统来解决这些问题。如果没有可靠的热源维持电解质的温度，3小时后，即使直流供电恢复了，电解槽也将无法再启动，生产将被迫停止，每台电解槽将损失400万元。可见，要完全靠电力来保证镁电解生产的正常进行，需要总进线电源要有两路进线且还要来自不同配电站有高可靠性的供电系统，以及要有高品质的电气装置及多套备用设备，这对有些地区的生产厂家难以实现。为了解决完全靠电力进行镁电解生产而有可能发生的突然长时间断电的隐患，可用燃气加热方式来取代调整电解槽温度辅助用的交流电的方法，两种不同能源的同时使用，可极大地提高镁电解生产连续运行的安全性，同时还能降低投资费用和生产成本。

1加热

采用燃气加热方式，需要有一套燃气加热控制装置，其中的燃烧机和内置加热筒是不可缺少的主要设备。本方案将燃气加热控制装置融合到了原降温系统内，把原降温系统作了改造，进风管和排风管改成了加热筒，在中间加装了一个新的排风管。燃气加热控制装置上相关设备的作用及与电解槽的连接方式见图1，原电加热方式和降温系统需要的设备见图2。

1.1燃气加热

从图1中看到，燃气加热方式需要的主要设备有燃烧机、内置加热筒、排风管、换热管及附属元件。燃烧机通过自身上的法兰和内置加热筒自身上的法兰相连接，其它内置加热筒等元件的安装方式与原风冷降温系统安装过程相同。内置加热筒类似一个坩埚，常规坩埚熔炼方式是外周围为加热源，内装需要熔化的物质，这里的内置加热筒熔炼方式与常规坩埚熔炼方式相反，内为燃气火焰加热源，熔体在加热筒周围，加热筒的作用是把燃气火焰与电解槽内的电解质有效隔离开来。另外，原风冷降温系统因已考虑了热胀冷缩和绝缘问题，所以本方式安装过程只需考虑与燃烧机相连管道的绝缘情况。燃烧机是热能产生的主要设备，也需要用电力驱动才能工作。因此，在供电及控制线路连接上要配置两路电源才能确保其连续运行，一路为正常生产用的配电电源，在正常生产时使用;另一路为由备用的发电机提供，在正常生产用的配电电源有故障时使用。因燃气加热方式需要的电功率较小，两台燃烧机的总功率只有3.5kW，所以，用发电机给燃气加热方式提供动力是可以实现的。以下是电加热和燃气加热两种方式能量转换大概计算结果，具体数据要根据实际情况进行完善。原电加热功率每小时输出的总热量计算:两台干式变压器的总功率为:800kW，电功率转换热值为:860kcal/kW•h;每小时输出的总热量为:800kW×860kcal/kW•h=688000kcal。电热量转换成天然气量及配风电机容量计算:天然气转换热值为:8500kcal/m3，燃烧效率为:70%，配风比为:10;每小时需要的天然气总流量为:688000×100/(8500×70)=115m3/h;需要的风量为:115×10=1150m3/h;风机的内效率为:0.75;风机全压为:5000Pa;需要的风机总功率为:5000×1150/(3600×1000×0.75)×1.5=3.15kW。

1.2电加热

从图2中看到，原电加热方式是由4个交流电极、2台干式变压器、4条封闭铜母线及相应控制系统和冷却系统组成。交流电极由电解槽侧面插入，用浇注料连接固定，外配置冷却系统。交流电极通过封闭母线与变压器相连接，当电解槽内有熔融的电解质时便形成了供电回路，其发热原理是:P=I2×R(1)式中:P———电功率，kW;I———电流，A;R———电阻，Ω。因电解槽内的电解质成分是一个动态值，所以电阻R值也是一个变化的不确定的值，特别是在启动初期电阻R值非常小，变压器二次接近短路状态，如不分别对2台容量为500kW和300kW的变压器进行控制，会损坏相应供电元件，电气保护装置会频繁跳闸。为了解决这一问题，供电及控制线路中必须配置可控硅调功柜，随时调节变压器的输入电流，使其不会因电流过大而引起电气保护装置的跳闸。

2控制过程

两种方式的主要控制过程基本相同，都需要与电解槽内电解质的测量温度连锁，不同的是燃气方式是与燃烧机的控制回路连锁，只用温度控制混合燃气流量就能满足要求;电加热方式却需要用三种信号同时与调控柜控制回路连锁。一是用温度设定值的上下限控制变压器的启停;二是用变压器输入电流的上限，调节调控柜的输出电流，确保变压器不过负荷;三是用加热电极测量温度的上限，调节调控柜的输出电流，确保加热电极不超温。因此，控制过程相对复杂，需要的控制元件相对较多。

3两种加热方式的比较

3.1可靠性燃气加热方式

比电加热方式，在确保电解槽需要的最低温度过程中安全性更高，不会发生因电解质温度过低凝固造成的电解槽无法再启动的重大损失。缺点是运行噪音高。

3.2控制复杂程度及运行性能

原电加热方式控制逻辑关系比燃气加热方式复杂，且运行性能也不如燃气加热方式。特别在电解槽运行后中期，因电解槽内沉渣的增多，电解质的电阻值会增大，加热电极因消耗会变小，使电加热功能逐渐失去作用。尤其是底部加热电极表现的特别明显，这在直流电有问题时，不能有效保证电解槽需要的最低温度。

3.3加热筒和加热电极使用功能

为了实现低温电解的工艺要求，电解槽内配置了一套降温系统，当电解质温度过高时用来降温。因燃气方式和原降温系统的有效结合，使本加热控制方式具有了加热和降温两种功能，在通入燃气时，进行加热;在入冷空气，可进行降温。电加热电极却只有导电功能。两种方式都存在电解质渗漏的隐患，加热筒发生电解质渗漏时，能进行更换;电加热电极发生渗漏时，如果堵不住将被迫停槽。另外，燃气加热方式在启动电解槽前期，还具有协助烤槽的作用。

3.4投资原电加热方式

总投资费用要远远高于燃气方式，大约要高出10倍，数据见表1，表1中的内容是22台电解槽的主要数据。

3.5运行及维护

辅助电加热吨镁电耗大约为:2000kW•h/t－Mg，折合成天然气量为:289m3/t，现电费价格为:0.6元/kW•h，天然气价格为:3.2元/m3;用天然气的费用比电加热费用每吨镁节省20000×0.6－289×3.2=275元;如按年产15000吨计算，每年可节约412万元。以上是按燃烧效率为70%计算的，如能将燃烧效率提高，节约效果会更好。从表1中可看到，燃气方式在高低压设备上有大幅度地减少，而自身需要的设施并不多，因此在维护上，无论是人员，还是备品备件，都要低于电加热方式。

4结语

镁电解生产过程中用的辅助加热功能，采用燃气加热方式后，能完全确保电解质温度在合理工艺要求范围内，且投资、运行及维护费用都低，同时也是解决区域供电安全系数低的一种有效方法。

参考文献:

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［2］黄向阳，李先安．天然气蓄热式熔炼炉:高效节能的好炉子［N］．中国有色金属报，2014－2－8(8)．

［3］贾新武，张磊．熔炼炉燃烧参数控制［J］．有色金属加工，2011，(40)6:17－20．

作者：孙天生 阎守义 单位：中航天赫唐山钛业有限公司