is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara)

Háskólinn í Reykjavík > Tæknisvið / School of Technology > MPM/MSc Verkfræðideild / Department of Engineering >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/39489

Titill: 
  • Titill er á ensku Modeling ambient airflow in the aluminum electrolysis cell superstructure
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    This project concerns the development of a rudimentary CFD model for the ambient airflow inside of the aluminum electrolysis cells at the Icelandic aluminum smelter Norðurál. Research efforts are currently being made in the Icelandic aluminum industry to dramatically decrease the associated CO2 emissions and eventually become carbon neutral. One suggested method for emissions reduction is the utilization of geologic carbon capture and sequestration in the basalt rock, which can be throughout Iceland. In order to operate carbon capture at the aluminum smelter, the concentration of carbon dioxide in the cell effluents needs to be increased from the current value of 1 vol % to 4 vol %. This may be done through modifications of the cell superstructure and through adjusting the draft rate of ambient air through the cell. The electrochemical production of aluminum operates at very high temperatures, and the heat balance of the cell must be maintained. CFD modeling of the top cell is a crucial component in understanding the heat balance of the cell and the effects of operational changes on the heat balance. Over half of the heat loss in the cell occurs through the superstructure, and the majority of these losses are through the exhaust gas. The model presented in this study was used to establish the effect of cell draft rate on the pressure drop inside of the cell and the exhaust gas temperature. The results from the model show that utilizing a pressure outlet is satisfactory for controlling the simulated cell draft rate and mass flow rate through the cell. A mass flow outlet was used to determine the relationship between the exhaust temperature and the cell draft rate. Comparisons between the simulation scenarios and literature are provided as well as recommendations for future development of the CFD model.

  • Í þessu verkefni var þróað CFD líkan fyrir loftstreymi og afsog inni í yfirbyggingu ál rafgreiningarkerja álvers Norðuráls á Grundartanga. Verkefnið er liður í rannsókna- og þróunarátaki íslensks áliðnaðar til að draga verulega úr losun CO2 frá framleiðslunni, með það markmið að starfsemin nái að verða kolefnishlutlaus. Ein leið að því markmiði er föngun koltvísýrings og binding hans í basaltbergi sem finna má allstaðar á Íslandi. Svo hægt sé að beita kolefnisföngun í álverinu þarf að auka styrk koltvísýringsins í afgasi rafgreiningarkerjanna frá núverandi gildi sem er 1 vol % í 4 vol %. Þetta þýðir að draga þarf úr afsogi á yfirbyggingu kerjanna. Rafgreining áls á sér stað við mjög hátt hitastig og byggist á viðkvæmu varmajafnvægi þar sen viðhalda þarf hliðarskurn úr frosinni raflausn við hliðar kerjanna. Til að hindra neikvæð áhrif á kerrekstur og ákveða mótvægisáhrif vegna mögulegra truflana á varmajafnvægi kersins er mikilvægt að hafa gott hermunarlíkan af kerinu, og CFD líkan af yfirbyggingu og afsogi er mikilvægur þáttur í að skilja áhrif breytinga í afsogi á varmajafnvægið. Meira en helmingur varmatapsins frá kerinu á sér stað í yfirbyggingunni og stærsti hluti þessa taps á sér stað í gegnum útblástursloftið. Líkanið sem er kynnt í þessari ritgerð var notað til að ákvarða áhrifs gegnumtrek kers á þrýstifall inni í kerinu og hitastig afgassins. Niðurstöður líkansins sýna að stýra má massaflæði gass í gegnum yfirbyggingu með því að stilla þrýstings jaðarskilyrði. Massaflæðis jaðarskilyrði var notað til að ákvarða sambandið milli hitastigs afgassins og massaflæðis. Jafnframt voru niðurstöður bornar saman við niðurstöður líkana sem birtar hafa verið í vísindagreinum, og gerðar tillögur um framtíðarþróun líkansins.

Styrktaraðili: 
  • Styrktaraðili er á ensku Norðurál
Samþykkt: 
  • 25.6.2021
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/39489


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
Sarah Elizabeth DiBenedetto MSc Thesis June 4 2021.pdf36.63 MBLokaður til...01.06.2026HeildartextiPDF