Регистрация / Вход
Прислать материал

14.579.21.0032

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.579.21.0032
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Название доклада
Разработка технологии получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на действующих электролизерах на 300-1000 кВт*ч/т алюминия
Докладчик
Архипов Геннадий Викторович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основная научно-техническая цель – создание материалов и основ их использования для энергоэффективных технологий производства алюминия. Исследование, испытание и введение в хозяйственный оборот энергоэффективных технологий электролиза алюминия, основанных на новых материалах и конструкциях электролизеров, обеспечивающих существенное снижение расхода электроэнергии при производстве алюминия:
- исследование материалов для технических решений конструкции электролизера получения алюминия с расходом электроэнергии не более чем на 10500 кВт*ч/т алюминия для модернизации действующих и строительства новых заводов (на 20-25% меньше по сравнению с технологией РУСАЛ и на 10% меньше по сравнению с лучшей технологией обожженных анодов мировых аналогов).
Для достижения этих целей необходимо комплексная разработка конструкции дренированного электролизера и решение следующих задач:
 исследование и испытание технических решений для снижения электрического сопротивления узлов электролизеров, снижения теплопотерь с электролизеров в окружающую среду;
 исследование технических решений, повышающих магнито-гидродинамическую стабильность электролизеров за счет снижения горизонтальных токов в расплавленном алюминии, снижение междуполюсного расстояния до 2-2.5см;
 совершенствование математического моделирования физических полей электролизеров (электрическое, температурное, магнитное поля, магнитная гидродинамика, аэродинамика, напряженно-деформированное состояние);
 исследование состава электролита для снижения рабочей температуры и для повышения энергоэффективных характеристик работы электролизера.


Актуальность и новизна исследования
Модернизация действующих конструкций электролизеров со снижением расхода электроэнергии до 1000 кВтч/т Al позволит высвободить для нужд других производств России 3-4 млрд.кВт*час в год и позволит реализовать созданную технологию инновационной энергосберегающей конструкции электролизера зарубежным алюминиевым компаниям на общую сумму 18-20 мрд. руб. в год из расчета на мировое производство алюминия.
Высокая заинтересованность и актуальность проблемы повышения энергоэффективности электролизеров обозначена во всех ведущих зарубежных алюминиевых компаниях «Chalco», «ALCOA», «Rio Tinto Alcan», «HYDRO» на уровне компаний, и на государственном уровне:
- в Канаде открыта в 2009 году государственная «Исследовательская программа по снижению расхода электроэнергии при производстве первичного алюминия, 2009-2014 гг.» с общим бюджетом 150 млн.$, целью которой является разработка и внедрение технических решений для значительного снижения расхода электроэнергии;
- в Китае в 2009 г. принята государственная программа по снижению расхода электроэнергии на действующих электролизерах до 12 500 кВт∙ч/т Al, с ежегодным бюджетом расходов более 70 млн.$;
- в Австралии в рамках Государственных энергосберегающих программ на разработки, связанные со снижением расхода электроэнергии в производстве алюминия выделяется более 50 млн.$.
Описание исследования

1-й Этап (1 год):

1.1  Аналитический обзор современной научно-технической,   нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.

1.2 Патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.

1.3 Проведение теоретических исследований для снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизеров.

1.4  Проведение теоретических исследований для снижения электрического сопротивления в катодной секции электролизера.

1.5 Проведение теоретических и экспериментальных исследований для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод.

1.6 Разработка  и проведение испытаний технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод в электролизерах с обожженными анодами  ОА-300  и С-255.

1.7 Проведение разработки конструкции катодного устройства для снижения потерь тепла и повышения магнитогидродинамической стабильности на электролизерах с самообжигающимся анодом  ШПВВ.

2-й Этап (1 год):

2.1 Разработка  технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в электролизерах С-8Б и РА-180.

2.2 Проведение исследования оптимальных режимов работы опытных образцов электролизеров ОА-300  и С-255.

2.3 Доработка технологии изготовления сталемедных блюмсов горячей прокаткой, изготовление и испытание экспериментальных образцов.

2.4 Разработка и проведение испытаний технических решений снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизера.

2.5  Проведение испытаний конструкции для снижения потерь тепла и повышения магнитогидродинамической стабильности на электролизерах с самообжигающимся анодом  ШПВВ.

3.1 Доработка технологии изготовления сталемедных блюмсов горячей прокаткой, изготовление и испытание экспериментальных образцов.

3.2 Проведение исследования технических решений подогрева обожженных анодов перед установкой в электролизер.

3.3 Проведение исследования оптимальных режимов работы опытных образцов электролизеров ОА-300  и С-255.

3.4. Разработка конструкции катодного устройства электролизера ОА-120 со всеми разработанными техническими решениями.

3.5 Проведение испытаний технических решений снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизера.

3.6  Продолжение проведения испытаний конструкции для снижения потерь тепла и повышения магнитогидродинамической стабильности на электролизерах с самообжигающимся анодом  ШПВВ.

3.7  Проведение испытаний технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в опытных образцов электролизерах С-8Б и РА-180.

3-й Этап (1 год):

4.1 Разработка ТЭО использования сталемедных блюмсов  изготовленных по технологии горячей прокатки.

4.2  Разработка  технических решений подогрева обожженных анодов перед установкой в электролизер.

4.3. Разработка рабочей конструкторской документации конструкции  катодного устройства электролизера ОА-120.

4.4 Разработка ТЭО внедрения разработанных технических решений  в промышленную эксплуатацию для электролизеров С-255, ОА-300.

4.5 Продолжение  испытаний технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в электролизерах С-8Б и РА-180.

4.6. Разработка технологической документации для опытного электролизера ОА-120.

4.7 Разработка программы и методики исследовательских испытаний катодного устройства опытного электролизера ОА-120.

5.1 Разработка ТЭО внедрения разработанных технических решений  в промышленную эксплуатацию для электролизеров С-8Б, РА-180, ШПВВ.

5.2 Разработка технологического регламента «Технология получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на электролизерах (ОА-300,С-255, РА-180, ШПВВ, C-8Б)».

5.3 Разработка проекта ТЗ на ОТР «Создание технологии получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на действующих электролизерах на 300-1000 кВт*ч/т алюминия» для электролизеров С-255, ОА-300,  С-8Б, РА-180, ШПВВ.

5.4 Продолжение испытаний технических решений снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизера, рекомендации о введении в промышленную эксплуатацию.

5.5 Проведение испытаний технических решений подогрева обожженных анодов перед установкой в электролизер.

5.6 Выполнение монтажа, обжига и пуска опытных электролизеров ОА-120.

5.7 Проведение исследовательских испытаний катодного устройства опытных электролизеров ОА-120.

5.8 Рекомендации о введении в промышленную эксплуатацию опытных электролизеров ОА-120.

Результаты исследования

В рамках 1-го Этапа:

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96. Проведены теоретические исследования для снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизеров. Проведены теоретические исследования для снижения электрического сопротивления в катодной секции электролизера. Проведены теоретические и экспериментальные исследования для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод. Разработаны  и проведены испытания технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод в электролизерах с обожженными анодами  ОА-300  и С-255. Проведены разработки конструкции катодного устройства для снижения потерь тепла и повышения магнитогидродинамической стабильности на электролизерах с самообжигающимся анодом  ШПВВ.

В рамках 2-го Этапа:

Разработаны технические решения для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в электролизерах С-8Б и РА-180. Проведены исследования оптимальных режимов работы опытных образцов электролизеров ОА-300  и С-255. Доработана технология изготовления сталемедных блюмсов горячей прокаткой, изготовлены и испытаны экспериментальные образцы. Разработаны и проведены испытания технических решений снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизера. Доработана технология изготовления сталемедных блюмсов горячей прокаткой, изготовлены и испытаны экспериментальные образцы. Проведены исследования технических решений подогрева обожженных анодов перед установкой в электролизер. Разработана конструкция катодного устройства электролизера ОА-120 со всеми разработанными техническими решениями. Проведены испытания технических решений снижения электрического сопротивления в анодном узле электролизера. Проведены испытания технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в опытных образцов электролизерах С-8Б и РА-180.

В рамках 3-го Этапа:

Разработано ТЭО использования сталемедных блюмсов  изготовленных по технологии горячей прокатки. Разработаны  технические решения подогрева обожженных анодов перед установкой в электролизер. Разработана рабочая конструкторская документация конструкции катодного устройства электролизера ОА-120. Разработано ТЭО внедрения разработанных технических решений  в промышленную эксплуатацию для электролизеров С-255, ОА-300. Продолжены испытания технических решений для уменьшения межполюсного расстояния анод-катод  в электролизерах С-8Б и РА-180. Разработана технологическая документация для опытного электролизера ОА-120. Разработан технологический регламент «Технология получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на электролизерах (ОА-300,С-255, РА-180, ШПВВ, C-8Б)». Разработан проект ТЗ на ОТР «Создание технологии получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на действующих электролизерах на 300-1000 кВт*ч/т алюминия» для электролизеров С-255, ОА-300,  С-8Б, РА-180, ШПВВ. Выполнены монтаж, обжиг и пуск опытных электролизеров ОА-120. Проведены исследовательские испытания катодного устройства опытных электролизеров ОА-120. Разработаны рекомендации о введении в промышленную эксплуатацию опытных электролизеров ОА-120.

Практическая значимость исследования
В настоящее время созданы все предпосылки успешного достижения результатов:
- аккумулированы необходимые фундаментальные исследования и технические предложения для реализации задачи;
- в России имеется достаточное количество ресурсов - квалифицированные команды конструирования электролизеров на уровне лучших мировых стандартов, квалифицированный персонал разрешения фундаментальных задач, проведения прикладных и лабораторных испытаний и исследований;
- результативность работы коллективов исследователей и бизнеса в составе единой команды подтверждено высокими результатами аналогичных проектов НИОКР и коммерциализацией на действующее производство и строительство новых мощностей - строительство на Российских технологиях алюминиевых заводов- Хакасский алюминиевый завод, Богучанский Алюминиевый завод, Алюминиевый завод в г.Тайшет (мировой уровень разработок - технологии производства алюминия на сверхмощных электролизерах РА-300, РА-400, РА-500);
- проявлена заинтересованность Российского соинвестора РУСАЛа для внедрения - в период 10-15 лет практически всего парка электролизеров производства алюминия России, РУСАЛ готов к переводу на энергоэффективную конструкцию.

Привлечение государственного финансирования позволит получить преимущество российской технологии производства алюминия, как и в технологии сверхмощных электролизеров, стать самой энергоэффективной конструкцией по получению алюминия.