CN100494506C - 一种铝电解槽散发余热的回收方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝电解槽散发余热的回收方法及其装置，该装置是由铝电解槽上部集气系统下部的烟气通道内装配的第一换热管和在电解槽壁外壳上装配的第二换热管，通过输气管与冷凝系统连接，冷凝系统出口与第一换热管和第二换热管进口之间通过回流管道连接构成。回收方法是铝电解槽电解铝过程产生的余热，加热第一换热管和第二换热管，使换热管中的换热介质气化流向冷凝系统，经冷凝、释放的热量回收利用，冷凝后的换热介质液体重返回第一换热管和第二换热管，并循环往复运转。本发明特点是装置结构简单，造价低，换热介质可循环运转，运行成本低，余热回收率高，可达到铝电解槽总散热量的60%。

Description

一种铝电解槽散发余热的回收方法及其装置

技术领域

本发明涉及电解铝过程铝电解槽散发的余热的回收方法及其装置。

背景技术

冶金工业无论是有色冶金或黑色冶金是耗能大户，都存在大量的节能问题。钢铁企业的焦炉高炉及炼钢工序均有相当数量的余热未能回收利用(余热温度高达1600℃)，同样铝电解工业的铝电解槽余热也尚未进行回收利用。目前，铝电解工业一直采用传统的霍尔埃鲁(Hall-Heroult)法。所用的电解质为冰晶石—氧化铝熔盐体系，炭素阳极和炭素阴极上下放置，当电流通过熔融的电解质时产生大量的电阻热，其中一部分热量用于维持电解槽的热量平衡，一部分散发到周围大气中。其实，铝电解需要消耗大量的电能，但其能量利用率不足50％，也就是说50％的能量散发损失，回收利用这部分能量是铝电解工业急需解决的问题。

目前铝电解槽的余热利用是采用电解槽散发的热量驱动热电转换器(热声发电)。该技术的成本相对较高，余热利用率相对低(吨铝产生的电能200千瓦时，仅回收了总散热的七分之二)。

发明内容

本发明的目的针对已有技术存在的问题，在热管换热技术的基础上，研制出一种对铝电解槽散发余热的回收方法及其装置，并具有成本低，余热回收率高，可达60％。

实施本发明目的的技术方案是：铝电解槽电解铝过程产生的余热，加热铝电解槽上部集气系统下部装配的第一换热管和装配在电解槽侧壁外壳上的第二换热管，使换热管中的换热介质气化流向冷凝系统，气化的换热介质在冷凝系统经冷凝、释放的热量回收利用，冷凝后的换热介质液体重新返回第一换热管和第二换热管，并循环往复运转。

本发明所选用的换热介质要求在300℃以下能达到气化，具体择选的换热介质为：丙酮或甲醇。

上述的换热介质液体返回换热管的动力采用重力场或毛细力。

本发明铝电解槽散发余热的回收装置，由铝电解槽上部集气系统下部的烟气通道内装配的第一换热管和在电解槽侧壁外壳上装配的第二换热管，第一换热管和第二换热管的出口，通过气化管道与冷凝系统的进口相连，冷凝系统的出口经过回流管道与第一换热管和第二换热管进口相连，构成至少一个循环系统。

为了有效吸收热量，在第一换热管外加有翅片。采用缠绕方式将第二换热管安装在电解槽侧壁壳外或埋在电解槽侧部砖内。

第一换热管、第二换热管、冷凝系统、输气管道和回流管道的内管壁上设置有丝网状材料或不设置丝网状材料，丝网状材料选用不锈钢丝。

当第一换热管、第二换热管、冷凝系统、输气管道和回流管道内的管壁上设置有丝网材料时，连接第一换热管与冷凝系统之间的输气管道和回流管道和连接第二换热管与冷凝系统之间的输气管道和回流管道分别合并为一条管道。

本发明的最大的特点是：在铝电解槽的上部集气系统下部的烟气通道处安装换热管，在这个部位不会受更换阳极及打壳、下料操作的影响，另外此处是烟气排出的通道起点，也是散发出余热温度最高点，因此能有效地将余热吸收，使换热管内的换热介质气化，同时产生膨胀压力，在该压力驱动下，使气化后的换热介质向着低压的冷凝系统流动，到达冷凝系统后经冷凝释放热量，释放的热量可通过别的方法加以利用。换热介质可以在整个装置中进行再循环利用。

本发明不仅回收装置结构简单、造价低，而且换热介质可以不断循环运转，其运行成本也很低。另外本发明余热回收系统一旦运行，便可自动循环进行，不需要人工操作，成本低，余热回收效率高，可达到铝电解槽总散热量的60％。

附图说明

图1是本发明液相回流采用重力回流方式的铝电解槽散发余热的回收装置示意图；

图2是图1铝电解槽侧壁装配的第二换热管与冷凝系统连接组成的回收装置示意图；

图3是本发明液相回流采用毛细力的铝电解槽散发余热的回收装置示意图；

图4是图3中铝电解槽侧壁装配的第二换热管与冷凝系统连接组成的回收装置示意图；

图中：1阳极导杆，2烟气通道，3腹板箱中的烟气通道，4第一换热管，5烟气罩，6阳极，7电解质，8铝液，9电解槽侧壁碳化硅层，10第二换热管，11冷凝系统，12输气管道，13回流管道，14输气或回流管道。

具体实施方式

例1：本发明铝电解槽散发余热的回收装置如附图1、图2所示，在电解槽上的腹板箱中的烟气通道内装有一个带翅片的第一换热管，在电解槽的侧壁上装有第二换热管，第一换热管和第二换热管出口通过输气管道分别与冷凝系统选用管式冷凝器进口连接，冷凝器出口通过回流管道分别与第一换热管和第二换热管进口连接，构成两个循环系统。

在300KA的电解槽上实施本发明，第一换热管和第二换热管中装入的换热介质为乙烷。电解槽上部散发的余热通过腹板箱烟气通道上的孔隙进入，加热第一换热管中的换热介质乙烷，同时电解槽内传出的余热加热电解槽侧壁上的第二换热管中的乙烷，经加热的乙烷气化，在压力的驱动下，经输气管道流入到管式冷凝器中，经冷凝使气态的乙烷变成液体，通过重力回流至第一换热管和第二换热管中重新气化，重新循环运转。在管式冷凝器冷凝乙烷过程放出的热量，通过其它方式回收利用。通过测试，电解槽上部散发余热回收量达60％，电解槽侧壁散发余热回收量达56％。

例2：装置的构成如图3、图4所示，当换热介质冷凝液回流采用毛吸力方式时，在第一换热管、第二换热管、输气管道、回流管道和冷凝器的管壁内均安装有不锈钢丝网。第一换热管和第二换热管与冷凝器之间连接的输气管道和回流管道分别合并为一条输气或回流管道。第二换热管安装在铝电解槽侧壁的钢板上。

回收方法同例1，不同之处是换热介质选用丙酮。当换热介质在第一换热管和第二换热管中经加热气化后，经合并后的输气或回流管道中间进入冷凝器，冷凝后的换热液体在毛细力作用下，沿管壁流回第一换热管和第二换热管。通过测试，电解槽上部散发余热回收量达到67％，电解槽侧壁散发余热回收量达56％。

例3：采用的实验装置构成和回收方法同例2，不同之处换热介质选用甲醇。

第二换热管安装在铝电解槽侧部槽壳的钢板上。电解槽上部散发余热回收量达65％，电解槽壁散发余热回收量达58％。

例4：采用的回收装置和回收方法同例2，不同之处是将第二换热管安置在电解槽侧部耐火砖和碳化硅砖层之间，第一换热管和第二换热管的输气或回流管道，并联与冷凝器连接，构成一个循环系统。最后经测试可回收上部散发余热量的62％，可回收侧部散发余热的71％。

Claims (5)

1、一种铝电解槽散发余热的回收方法，铝电解槽电解铝过程产生的余热，加热铝电解槽上部集气系统下部装配的第一换热管和装配在电解槽侧壁外壳上的第二换热管，使换热管中的换热介质气化流向冷凝系统，气化的换热介质在冷凝系统经冷凝、释放的热量回收利用，冷凝后的换热介质液体重新返回第一换热管和第二换热管，并循环往复运转，换热介质要求在300℃以下能达到气化，其特征在于换热介质液体返回第一换热管和第二换热管的动力是重力场或毛细力。

2、按照权利要求1所述铝电解槽散发余热的回收方法，其特征在于所述的换热介质选用丙酮或甲醇。

3、一种实施权利要求1所述的回收方法的铝电解槽散发余热的回收装置，包括铝电解槽上部集气系统下部的烟气通道内装配的第一换热管和在电解槽侧壁外壳上装配的第二换热管，其中第一换热管和第二换热管的出口，通过输气管道与冷凝系统的进口相连，冷凝系统的出口经过回流管道与第一换热管和第二换热管进口相连，构成至少一个循环系统，其特征在于所述的第一换热管、第二换热管、冷凝系统、输气管道和回流管道的内管壁上设置有丝网状材料或不设置丝网状材料，回收装置的换热介质要求在300℃以下能达到气化，换热介质液体返回第一换热管和第二换热管的动力是重力场或毛细力。

4、按照权利要求3所述的铝电解槽散发余热的回收装置，其特征为所述的丝网状材料选用不锈钢丝。

5、按照权利要求3所述的铝电解槽散发余热的回收装置，其特征在于当第一换热管、第二换热管、冷凝系统、输气管道和回流管道内的管壁上设置有丝网材料时，连接第一换热管与冷凝系统之间的输气管道和回流管道以及连接第二换热管与冷凝系统之间的输气管道和回流管道分别合并为一条管道。

Images