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铝电解槽输出端节能技术(HORR)
简  介 一、项目背景 自20世纪80年代我国有色金属工业提出“优先发展铝工业”的战略发展方针以来,我国铝工业有了长足的发展,电解铝工业的发展更是突飞猛进。经过近30多年坚持不懈的努力,实现了跨越式发展。从引进“日轻”160kA预焙槽技术到自主开发280kA特大型铝电解槽的开发成功,使电解铝整体技术与装备水平进入世界先进行列。目前,500kA~600kA以上超大型电解槽已实现了工业规模化推广应用。40年来由于技术的进步,电解铝单位能耗下降1000kWh/tAl。 (1)高耗能仍是主要特点。尽管铝工业技术上取得了极大的进步,然而时至今日,铝电解的能量利用率仍然仅仅50%,大约有一半的能量都以热量形式散发在大气中(图1)。作为高耗能产业电解铝工业的节能减排仍将是今后相当一个时期的核心任务。   (2)电解铝是碳排放大户。进入21世纪以后,中国电解铝产量的增长速度明显加快,从2000年的279.41万吨增加至2020年3731.7万吨,连续多年成为世界第一原铝生产大国,同时电解铝的节能减排受到广泛关注。2020年,电解铝行业二氧化碳总排放量约为4.26亿吨,约占全社会二氧化净排放总量的5%。 (3)对供电质量要求高,不利于可再生能源电力发展。作为用电大户的铝冶炼企业,传统技术不具备调峰能力,这是由于其核心装备铝电解槽是在预设的热平衡条件下设计的,任何偏离预设热平衡的电力供给都可能导致严重过热或冻结。由于这一限制,现代铝电解槽的运行对供电质量要求相当苛刻(95%一级负荷),因此,作为用电大户的电解铝行业,基本没有调峰能力,对供电系统的适应性和灵活性小。 国际能源署发布的《电力系统转型现状2018》指出:电力系统灵活性已经成为全球优先发展方向。铝冶炼企业急需增加调峰能力,不仅可以适应未来新能源比例逐渐提升带来的电网供电波动,而且能主动调峰成为电力系统灵活电源点运行。 2020年12月16日,习近平主席在2020年中央经济工作会议上指出,要做好碳达峰、碳中和工作,要抓紧制定2030年前碳达峰行动方案。2021年3月15日,习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中强调,“要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设总体布局”,指出“要构建清洁安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。” “双碳目标”的提出,给电解铝行业提出了新的课题。开展大型铝电解槽能量平衡及余热回收技术的工业系列化应用,通过国内外技术的集成创新,形成一整套的生产工艺技术和先进的装备,大幅提高电解铝行业的能源利用率,对于实现电解铝行业“双碳目标”具有重大历史性意义。 二、技术简介及工作基础 郑州轻冶科技股份有限公司与郑州大学在15年研究成果积累的基础上,从2017年开始,在铝电解槽能量流优化及输出端节能(余热回收)领域联合国内外多家企业和科研单位,启动郑州市协同创新重大专项,目前“铝电解槽能量流优化与输出端节能(余热回收)技术及成套工业系统(HORRS系统)”已完成工业化试验,进入工业化示范运行阶段。 开创了电解铝工业输入端与输出端“双端节能”的先河,并为进一步工业应用奠定了基础。 1、主要内容 建立独立的铝电解能量流在线优化调节模型(HORR技术),实现控制变量与控制目标的“解耦”,为进一步实现电解铝“输入端节能”的极限优化工艺生产奠定了基础,进一步降低电能消耗; 成功研制了电解铝专用“高效集热装置”,通过国际合作开发成功国际领先的核心技术,并实现了关键设备的量产。在此基础上,进一步开发了铝冶炼过程散热回收系统(HORRS系统),实现大幅节能;铝电解槽能量利用率可由原来的不到50%提升到60%。 研制铝电解槽多参数传感器与快速检测分析系统,并开发了铝电解槽数字化基础上的能量平衡智能化系统; 采用能量流调节系统,为电解铝柔性生产提供了技术保障,初步实现了利用电解铝厂巨大电能容量协助当地电网实现蓄能调峰运行,调峰能力达到±20%。 2、当前工作进展 2019年起,在河南中孚实业股份有限公司4台400kA大型铝电解槽上,开展了“铝电解槽能量流优化及智能调控技术开发”协同创新重大专项工业示范应用。2021年3月11日,首台400kA电解槽余热已成功与巩义示城市供热网实现互联,回收利用热量约占电解槽总耗能8~10%,预计到2021年5月底,全部4台电解槽将整体投运。 三、经济及社会效益 (1)技术指标 本项目工业试验完成后,可实现电流效率≧94%;槽电压低于3.9V,折合吨铝节电800~1000kWh以上,电解铝能量利用率提升8~10% 实现电解槽调峰运行 该技术应用后,铝电解槽可实现蓄能调峰20%,有利支持新能源电力负荷的消纳,减小新能源电源增加后带来的峰谷差,为国家构建新型电力系统提供支撑。 实现电解铝厂与区域、城市融合发展 根据电解铝行业(火-电-铝)的特点,将回收余热资源供入城市供热系统用于冬季居民采暖;夏季并入配套发电厂会热系统,用于发电;也可用于根据产业园区布局,可为周边工业用户(如铝加工、氧化铝厂等)提供工业生产用热源或大规模工业制冷,实现余热资源的高效利用。 社会效益 按照未来推广应用2500万吨计算: 年可节电250亿kWh; 年可减排:2492.5万吨二氧化碳; 年可消纳新能源电量:675亿kWh。
郑州大学 2021-05-10
一种电解水技术及设备
1. 痛点问题 水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。在目前已有的技术中,由于电化学反应产生一定的热量,会导致电极和电解液温度升高。目前工业上主要通过调节电解液流速进行对流换热,电解槽端板上存在乳突状结构增强扰动,加强传热传质过程,从而使电解槽温度维持在一定范围内。即便如此,电解液出口和入口温度依然存在较大差距,出口的电解液温度需要进一步冷却才能重新被利用。 2. 解决方案 本发明的目的是提供一种电解槽流场板结构,解决了电解槽内部温度不均匀性,提高了能量转换效率。将扁平管状热管嵌入电解槽内部,与电解槽端板结合为一体,解决了电解槽端板温度分布不均、出口易发生电解液沸腾的问题,电解槽运行效率增加,并保证一定的安全性。 合作需求 (1)资源对接:有较小规模电解制氢需求的场景(如发电厂) (2)孵化资源:本技术可实现低能耗电极板结构设计,逐步将扩展到电解水制氢流程设计。目前在加工方面,需寻求可进行热管材料设计并同时掌握精密机械加工的团队。
清华大学 2022-01-04
新型高性能离子电解质的研究
谷猛课题组和斯坦福戴宏杰教授课题组设计并开发了一种基于氯化铝/1-甲基-3-乙基咪唑/氯化钠离子液体组成的氯铝酸盐离子液体电解质。以这种离子液体电解质为基础制得的可充电钠金属电池具有良好的性能,电池电压高达~ 4v,库仑效率高达99.9%,能量和功率密度分别为~ 420 Wh kg
南方科技大学 2021-04-14
《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》政策解读
《实施方案》针对我国各重点行业碳排放基数和到2060年的减排需求预测,系统提出科技支撑碳达峰碳中和的创新方向,统筹低碳科技示范和基地建设、人才培养、低碳科技企业培育和国际合作等措施,推动科技成果产出及示范应用,为实现碳达峰碳中和目标提供科技支撑。
科技部 2022-08-18
一种低碳镁碳质耐火材料及其制备方法
小试阶段/n一种低碳镁碳质耐火材料的制备方法,其特征在于将65~70 wt.%的电熔镁砂颗粒、15~20 wt.%的电熔镁砂细粉、5~15 wt.%的纳米晶尖晶石-碳复合粉体、0~5 wt.%的鳞片石墨、1~3 wt.%的金属铝粉、0~3 wt%的Al-Mg合金和0~3 wt.%的结晶硅粉为原料混合,外加所述原料3~5 wt.%的酚醛树脂,在高速混碾机中混练,用6300KN的压砖机压制成型;自然干燥24h,于200~230℃条件下干燥24h,制得低碳镁碳质耐火材料。。本技术制备的低碳镁碳质耐火材料的
武汉科技大学 2021-01-12
非水碳硫分析仪,非水碳硫分析仪器
产品详细介绍南京固琦分析仪器制造有限公司专业制造各类非水碳硫分析仪,非水碳硫分析仪器,碳硫分析仪器,智能定硫仪,炉料分析仪,碳硫高速分析仪器,高智能碳硫分析仪器,南京碳硫分析仪,碳硫检测仪,碳硫联测分析仪,  化验室仪器,碳分析仪器,硫分析仪器,管式碳硫分析仪,管式碳硫仪,智能碳硫分析仪器,自动分析仪器,智能化验仪器,智能分析仪器,快速碳硫分析仪、分析仪器,化验仪器,化验设备,不锈钢成分测定仪,化学元素分析仪, 电化学分析仪,实验室分析仪器, 智能元素分析仪,微机元素分析仪,三元素分析仪器,可测定工业材料中碳、硫、锰、磷、硅、镍、铬、钼、铜、钛、锌、钒、镁、稀素的含量土等元素。仪器测量范围广、精度高,高、中、低档齐全,并能接受用户特殊定货。广泛应用于钢铁分析仪器、冶金化验仪器、铸造化验设备、机械分析仪器,化工分析仪器、矿山开发设备等行业及质量监督部门和大专院校。(http://www.gqfxy.com)  025-57357222 13851978239)。
南京固琦分析仪器制造有限公司 2021-08-23
生物材料包埋零价铁-四氧化三铁双纳米体系的制备及前处理办法
本发明属于生物材料包埋技术领域,方法特别涉及一种聚乙烯醇-海藻酸钠生物材料包埋零价铁-四氧化三铁双纳米体系的制备及前处理办法。本发明制备出的含铁小球,可适用于常规零价铁污染修复领域,同时减小纳米材料应用中潜在的风险,达到安全高效处理的目的。一种生物材料包埋零价铁-四氧化三铁双纳米体系的制备方法及前处理办法,以共沉淀法制得四氧化三铁颗粒作为纳米零价铁颗粒的稳定剂,制备零价铁-四氧化三铁双纳米材料;然后选择合适的生物材料对上述双纳米材料进行包埋处理,得到包埋小球;最后对包埋小球进行酸处理及还原处理,得到稳定高效的生物材料包埋零价铁-四氧化三铁小球。
浙江大学 2021-04-13
新型的碳海绵的制备
近年来,随着微型化、便携式电子产品的迅猛发展,基于超级电容器和电池的超薄、柔性储能器件受到越来越广泛的关注。组装该类高性能的柔性储能器件需要三维柔性电极材料。三维柔性碳电极是最佳的选择,主要因为其惰性的化学特征,而且可以用于几乎所有的电解质体系。目前文献报道的三维柔性碳电极主要是基于碳纳米材料,如碳纳米管和石墨烯等,然而这类柔性电极制备比较复杂,成本较高,难以实现大规模化生产。 我们创新性地采用直接高温碳化聚合物泡沫的方法成果制备了碳海绵。该方法简单,且易于大规模化生产。所制备的碳海绵具有以下特征: 稳定的三维多孔网络结构; 良好的弹性; 可控的孔隙度,孔隙度范围:95-99.9%; 可控的密度,密度范围:3-100 mg/cm3; 可控的导电性,导电率范围:1-30 s/cm; 超疏水和超亲油性。
江西师范大学 2021-05-05
碳五分离技术
碳五馏分是乙烯生产装置的副产物。碳五馏分中含有许多很有价值的化工原料,它们是异戊二烯、环戊二烯、间戊二烯、正戊烷等。其中,异戊二烯、环戊二烯和间戊二烯的含量约占碳五馏分的50%左右。这些双烯烃和单烯烃由于其特殊的分子结构,化学性质活泼,分离出这些双烯烃,可生产异戊橡胶、特种橡胶、涂料、香料、树脂、医药和农药等多种石油化工和精细化工产品,可产生巨大的经
南京工业大学 2021-01-12
新型硅碳复合负极材料
负极材料是锂离子电池的主要组成部分,起锂离子存储作用。负极材料的性能直接决定锂离子电池倍率性能和循环性能。目前商用化的负极材料主要为石墨,受到理论比容量的限制,石墨材料已无法满足锂离子电池能量密度的持续发展。硅材料由于其高储锂容量、适中的对锂电位等性能优势和资源丰富、成本低等商业优势,受到锂电行业追捧。经过长期的开发,硅负极已部分应用到高能量电池负极中。目前锂电行业中,硅材料主要以较小比例(~5%)硅负极与碳复合后,再与石墨混合使用,贡献较低,且循环性能差,未能全
厦门大学 2021-01-12
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