探究蛇形流道PEM燃料电池阴极压降变化规律

基于燃料电池的阴极进出口气体压降进行水管理是燃料电池水管理的重要方法之一。阴极压降与流道类型、电池温度、相对湿度、气体流量和电流都有关系,而电压对电池性能有较好的反映。为了探究阴极压降在这些不同参数下的变化规律,本文对三流道和单流道质子交换膜燃料电池进行了相应的探究实验。对实验数据中电压与阴极压降进行分析发现:三流道燃料电池的电压和压降波动要比单流道剧烈很多,压降的相对压降波动幅度要比单流道大。在100%加湿的情况下,三流道和单流道的水淹状况都会随着温度升高而加重,电压波动加剧,压降升高。且三流道电池电压随阴极相对湿度的增加而降低,单流道则有轻微升高。另外两者的水淹状况都会随阴极气体流量的增加而减轻,气体流量对单流道电压的影响要大于三流道,气体流量增加会使两者的压降都明显增大。

一种铝电解槽阴极压降聚类分析方法

铝电解槽的阴极是电解槽的重要组成部分,目前大多从工艺角度对阴极进行研究,结合阴极数据特征的分析和挖掘尚不多见。现采集到包括阴极压降在内的一些数据,针对数据的变化特点等信息对其进行相关分析,并在此基础上对阴极压降进行聚类分析,提出一种阴极压降聚类分析方法。该方法能够有效地将阴极压降划分为若干类,并对阴极压降的正常和异常状态做出基本判断。

浅析铝电解槽启动后期阴极压降的有效控制

阴极压降是反映铝电解槽炉底状况好坏的一项重要技术参数,电解槽启动后期的各项操作质量及技术参数的管理是降低阴极压降的重点。本文结合铝电解生产实践,从启动后期的主要生产管理入手,浅析阴极压降的有效控制。

二次启动槽阴极压接器压降过高的危害及处理措施

根据350kA预焙铝电解槽系列二次启动槽阴极压接器压降过高的现状,通过摸索试验进行技术攻关,收集相关的数据,阐述了阴极压接器压降过高产生的危害及对造成阴极压降过高的原因进行分析,介绍了实际生产的经验及处理方案。

铝电解槽钢棒加高型阴极对铝液中水平电流的优化

为减小传统铝电解槽内铝液中存在的较大水平电流,提出一种阴极钢棒加高型阴极。采用含电接触的有限元模型计算钢棒加高型阴极结构的电场,考察此种阴极对于铝液中水平电流的优化作用。计算结果表明:选择合适的加高位置及加高高度可使铝液中X向水平电流密度的最大值和平均值有效减小,并且可以优化X向水平电流密度的分布,而对于减小Z向水平电流密度的最大值也有一定作用。以300 kA铝电解槽的阴极为例,在距阴极炭块边缘800 mm处钢棒上加高70 mm至90 mm时为最佳加高设计;同时钢棒加高型阴极结构的电压降小于传统结构的,铝液中的等势线分布更平缓。

大型铝电解槽新式节能阴极结构技术的应用研究

电解铝行业不断进行铝电解槽节能技术的开发,以获取良好的电解槽生产技术经济指标。本文针对某铝厂SY400电解槽应用新式节能阴极结构技术,减少铝液中水平电流,并降低了电解槽阴极压降,同时通过电解槽热平衡仿真模拟,设计保温型内衬结构。与传统槽相比,吨铝直流电耗降低582k Wh,为企业带来巨大的经济效益。

高导电阴极钢棒结构铝电解槽电热场仿真计算

采用有限元仿真计算的方法对高导电阴极钢棒结构240kA铝电解槽进行了电热场计算。分析高导电阴极钢棒对铝液水平、槽电压以及电解槽温度分布的影响。结果表明,阴极压降可以有效降低107mV,并可有效减少铝液中的水平电流。

新型高导电阴极钢棒结构对电解槽电-热场影响仿真

本文采用有限元仿真计算的方法计算采用新型高导电阴极钢棒铝电解槽的电热场。在ANSYS平台上建立了350k A铝电解槽的双阳极切片模型,从物理场的角度考察新型高导电阴极钢棒结构对于电解槽电平衡和热平衡的影响。结果表明:运用高导电钢棒的电解槽阴极压降可以降低约124m V左右;单纯采用高导电钢棒而不对槽底保温进行加强时,底部保温略显不足,在现行的工艺下,槽帮稍厚,伸腿偏长;采用高导电钢棒并对电解槽底部进行保温加强、提高覆盖料厚度等措施,可以使得该槽在降低阴极压降后仍保持在合适的热平衡之下。

冷捣糊在石墨化阴极炭块上的应用

随着国家对铝行业节能降耗的要求,电解铝企业对阴极炭块的性能要求越来越高,从普通的无定型炭块,石墨质炭块到现在大规模使用的石墨化炭块.铝用阴极导电性得到很大提高,阴极压降降低明显.大多铝厂陆续在新开槽和大修槽上使用石墨化程度高的阴极炭块,从而获得好的经济效益.但随之而来的问题是石墨化阴极炭块对应的各种糊料的要求也要相应的变化,才能更好地防止启动漏炉破损,提高槽寿命,发挥石墨化阴极炭块的优势.

提高电流效率和降低电耗的有效途径

根据对太原铝厂二分厂前 40台和后 10台两种不同槽型电解槽的对比和分析得出 ,加大炉膛有利于提高电流效率 ;增加阴极棒数量和导电母线截面积可降低电耗 ;此外 。

400kA铝电解槽强磁场环境阴极钢棒热熔焊接工艺与实践

用热熔焊接技术对铝电解阴极钢棒进行处理，并在400kA电解槽强磁场环境下进行整台槽焊接试验．通过对热熔焊接试件进行性能测试和切片分析，结果表明焊接区域界面冶金结合良好，无焊接缺陷．试验槽运行半年后的统计数据显示，热熔焊接试验槽比对比槽平均炉底压降低15-21mV，槽平均工作电压、平均吨铝直流电耗均有所降低，说明该技术起到了节能效果．

铝电解槽电压平衡测试与分析

通过对5个电解槽电平衡的测试,比较了各厂阳极压降、阴极压降、电解质压降,分析了某些厂局部压降过高的原因。根据测试结果,指出了阳极压降与阳极电流密度的关系,说明了阴极压降不能与阴极材质对应的缘由,阐述了单位电解质压降的影响因素,为降低电解槽工作电压提供了理论依据。

400kA铝电解槽阴极钢棒全截面窄缝焊接技术工艺与实践

本文采用了全截面窄缝焊接技术对铝电解阴极钢棒进行焊接,在400kA电解槽进行了局部内焊试验。现场测试表明钢棒焊接区域结合良好,无焊接缺陷,压降测试显示每个焊口微电流下压降超过0.7mV,大幅降低电流损失。

全石墨质阴极磷生铁浇铸铝电解节能技术工业试验研究

为实现铝电解节能降耗,某企业采用全石墨质阴极和高导电阴极钢棒磷生铁浇铸方式来降低炉底压降,降低电解槽内水平电流来提高电流效率,同时优化电解槽的内衬结构、电压平衡和能量平衡等方面来匹配全石墨质阴极电解槽低电压高效运行。在某企业300kA系列电解槽进行全石墨质阴极铝电解节能技术工业试验,结果表明全石墨质阴极铝电解节能技术试验槽阴极压降可稳定保持在200-220mV,较50%石墨质阴极电解槽低40-50mV。正常期全石墨质电解槽较50%石墨质电解槽平均电压降低69mV,电流效率提高1.29%,吨铝直流电耗降低521kWh/t-Al,能耗大幅降低。

超低能耗绿色节能技术工业试验研究

从2015年至今,沈阳铝镁设计研究院有限公司(SAMI)陆续开展了一系列科学研究以及试验,主要是围绕铝电解技术向环境友好型、深度节能型的发展方向进行。通过采用降低阴极压降的同时提高电解槽磁流体稳定性的技术路线,SAMI开发了一种新式节能阴极结构技术(简称NCCT技术)。沈阳院采用NCCT以及NCCT+技术,在2个500 kA电解系列中进行工业扩大化试验中应用。试验统计数据表明,NCCT技术的能耗为<12300 kWh/t-Al,NCCT+技术的能耗为<12200 kWh/t-Al。

240 kA系列化铝电解槽深度节能改造和电流强化实践

本文借助多物理场仿真模拟,对某已停产240 kA系列电解槽的母线、阴极组结构、内衬和上部结构等进行针对性升级设计,显著提升了电解槽磁流体稳定性、热平衡“健康”稳定性和集气效率,大幅降低了阴极压降,为电解槽在低电压、低能耗和更高电流密度下长期稳定运行创造了条件。改造完成并重新投运后,辅以电解槽焙烧启动和生产运行工艺技术条件管控优化,电解槽运行电流强化至260 kA,系列年原铝产能增加近14000 t,平均铝液直流电耗从改造前的13343 kW·h/t-Al降至12463 kW·h/t-Al。

质子交换膜燃料电池阴极单相流压降模型及验证

燃料电池阴极单相流压降是进行阴极在线水管理的基准,已有研究缺少该压降的全工况模型。该文在156W单片燃料电池上发现了阴极压降随电流、过量系数变化的二次方关系,并给出影响压降的5个参数：电流、过量系数、电池温度、进气压强以及进气湿度。提出了包括这些参数在内的流量二次方模型。通过分析各工况下模型系数与实验数据的对应关系得出模型与实验数据之间偏差小于10%。该模型可应用于蛇形流道或平行流道的所有电池堆,对在线水故障诊断具有一定的参考价值。

节能技术在215kA系列电解槽上的应用实践

针对某铝厂215k A电解系列应用外补偿母线技术及新式阴极结构技术对其优化,减少了铝液中水平电流,降低了电解槽的阴极压降,提高了电解槽的稳定性及可操作性。同时,通过电解槽热平衡仿真模拟,设计了保温型内衬结构。运行指标显示与优化前相比,吨铝直流电耗降低828k W·h,电流效率提升1.9个百分点,为企业带来了巨大的经济效益。

铝电解生产成本与电解槽槽龄的关系

电解槽寿命越长,电解槽的大修分摊成本越低;但随着电解槽槽龄增加,阴极压降的上升和电流效率的降低会造成吨铝电耗增加。本文结合某厂的实际情况,推导出生产成本和槽龄的函数关系。计算结果表明,达到最低生产成本的槽龄为88个月。