CN103469253A

CN103469253A - 一种强制传热型铝电解槽

Info

Publication number: CN103469253A
Application number: CN2013104692929A
Authority: CN
Inventors: 杨昇; 刘忠侠; 王明星; 蔡斌; 刘志勇; 宋天福; 李静; 邱跃武
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2013-12-25

Abstract

一种强制传热型铝电解槽，包括电解槽本体，其特征在于：在所述电解槽本体的外壳体外设置有以导热油为换热介质的换热器。本发明通过对换热器进出口油温及导热油流量控制，控制电解槽的散热量，可实现对电解槽热平衡的控制，使电解槽始终运行在稳定的热平衡条件下，在有效回收余热资源的同时，有助于形成良好稳定的电解槽内型，提高电流效率和电解槽寿命。

Description

一种强制传热型铝电解槽

技术领域

本发明涉及铝电解生产技术，具体说是涉及一种强制传热（节能）型铝电解槽。

背景技术

铝是以熔盐电解氧化铝的方法生产的，铝的熔盐电解过程需要消耗大量电能，根据有关部门的统计：2012年我国电解铝产量1968万吨，全国平均铝锭综合交流电耗约14000kWh/t.Al，目前我国的铝电解工业所消耗的电能占整个有色金属工业能耗的86%，占全国电力总消耗的5.5%。因此降低铝电解生产的电能消耗具有重要的节能意义，符合国家节能降耗的产业政策。

近20多年来，国内外铝电解生产技术有了非常大的进步，电解槽的容量从上世纪的60～200kA发展到现在的300～400kA，目前正在做500kA电解槽的试验，设计技术和计算机的自动化控制水平都有了质的飞跃，但铝电解生产的直流电耗一直徘徊在12000～13000kWh/t.Al之间，理论电能效率只有50%左右。因此，电解铝工业大幅度节能减排技术一直是国内外铝行业技术工作者的重点主攻目标和行业发展趋势。

如果目前我国铝电解生产在现有电耗基础上降低1000 kWh/t.Al，按目前我国铝电解铝的生产现状，则年可节省200亿kWh的电能。换算成由煤发电产生的能耗，按1kWh需要350g标准煤耗计算，相当于可节省标准煤700万吨/年。为此大幅度地降低铝电解生产的电能消耗，实现我国节能减排目标，保证国民经济的可持续发展大有必要，其意义和作用重大。

吨铝电解理论电能消耗大约为6330kWh，在目前的技术水平下，铝电解的电能利用率只有大约50%，其余的能量均通过散热损失掉了。而与此同时，由于铝电解槽的大型化，单位散热面积的发热量越来越大，如何将更多的热量散发出去，已经成为电解槽热平衡设计的重要课题。这就存在一个悖论，一方面电解槽的能量利用率很低，大量能量都散发损失掉了，另一方面，又不能通过加强保温来减少能量的散失，反而还要加强散热以维持电解槽的热平衡。出现这一问题的根本原因在于，电解槽自身的电阻较大，电流通过时产生的压降较高，发热量远远大于实际加热物料所需能量。

电解铝单位电能消耗

Figure 2013104692929100002DEST_PATH_IMAGE001

可以用下述公式表示：

式中：

——实际单位电能消耗

Figure 2013104692929100002DEST_PATH_IMAGE003

；

2.98——铝的电话当量（Ah/kg）；

V——槽电压(V)；

η——该时间段内的平均电流效率。

因而，提高电解槽能量利用率的途径只能是提高电流效率，降低槽电压，或者将多余热量收集再利用。

现代大型铝电解槽的电流效率已经达到95%左右，在现有技术条件下进一步提高的空间有限。在保证电流效率的前提下降低槽电压也有很大难度。电解槽的压降主要由母线压降、阳极压降、电解质压降、分解电压、阴极压降和效应分摊组成。其中母线压降主要决定于安装质量和走线设计，阳极压降主要决定于阳极质量和各部分连接质量，电解质压降主要决定于电极距离和电解质成分与温度，分解压将主要决定与温度和电极材料，阴极压降主要决定于阴极材质和槽底工况，效应分摊主要决定于效应系数和效应时间。可见，降低槽电压的主要措施也要从这几个方面着手，如（1）减少电解质电压降；（2）降低极化电压；（3）加大导电母线的截面积；（4）改善导体接触；（5）减少阴极电压降；（6）减少阳极效应等。近年来，在降低电解槽压降方面取得了一些重要的技术成果，但在现有技术条件下，进一步降低槽电压难度很大。因此要进一步降低电解槽能耗，提高能量利用效率，只能从余热利用上做文章，而且余热利用的空间也是非常巨大的。

电解槽热量散失的主要途径为：槽底部，散热量约为总散热量15%；槽侧部（包括槽沿板），散热量约为50%；槽上部及烟气，散热量约为35%。可见，电解槽大约65%左右的热量是从底部和侧部通过电解槽钢壳散失掉的。如果在钢壳上加装换热装置，将这一部分热量收集利用起来，就可以在很大程度上降低电解槽能耗。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种强制传热（节能）型铝电解槽。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的强制传热型铝电解槽包括电解槽本体，在所述电解槽本体的外壳体上设置有以导热油为换热介质的换热器。

本发明中所述换热器是由包覆在电解槽钢壳外的夹套结构构成，且换热器与外接管路之间以法兰连接，连接处设置有用于使换热器与外接管路绝缘的绝缘部件。

更具体说，本发明中所述的换热器包括槽沿换热器、槽底换热器、以及侧壁换热器构成；所述导热油的出口温度控制在200-300℃，热油送入余热锅炉或其他换热设备进行余热利用，并循环使用。

本发明的有益效果如下：

本发明通过对换热器进出口油温及导热油流量控制，控制电解槽的散热量，可实现对电解槽热平衡的控制，使电解槽始终运行在稳定的热平衡条件下，在有效回收余热资源的同时，有助于形成良好稳定的电解槽内型，提高电流效率和电解槽寿命。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图中序号：1是槽沿板，2是侧块， 3是人造伸腿，4是外壳体，5是防渗层，6是阴极钢棒，7是阴极，8是槽沿换热器，9是侧壁换热器，10是槽底换热器。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图2所示，本发明的强制传热型铝电解槽包括电解槽本体，在所述电解槽本体的外壳体6上设置有以导热油为换热介质的换热器；所述换热器是由包覆在电解槽钢壳外的夹套结构构成，且换热器与外接管路之间以法兰连接，连接处设置有用于使换热器与外接管路绝缘的绝缘部件。其中所述绝缘部件是由陶瓷绝缘垫圈或陶瓷绝缘管构成；在所述换热器和外接管路（油管）外设置有保温材料层。

更具体说，本发明中所述的换热器包括槽沿换热器8、槽底换热器10、以及侧壁换热器9构成；所述导热油的出口温度控制在200-300℃，热油送入余热锅炉或其他换热设备进行余热利用，并循环使用。

另外，本发明可在导热油循环管路设置短路支管及阀门，在必要时可将部分或全部热油短路，不经过余热利用直接回流至电解槽，以调节电解槽换热器进口油温；通过对换热器进出口油温及导热油流量控制，控制电解槽的散热量，可实现对电解槽热平衡的控制，使电解槽始终运行在稳定的热平衡条件下，在有效回收余热资源的同时，有助于形成良好稳定的电解槽内型，提高电流效率和电解槽寿命。

本发明的具体实验数据实例如下：

实验例1.

本例参考技术数据为：400kA电解槽，槽壳尺寸为22.0×4.5×1.5m槽电压4.0V，电流效率94%。如只在侧部加装换热器，则：侧部散热功率320kW，导热油流量2.4m³/h，导热油入口温度50℃，出口温度250℃。如热油能量利用率50%，则吨铝节电1280kWh，降低能耗10%。

实验例2.

本例参考技术数据为：300kA电解槽，槽壳尺寸为15.5×4.5×1.5m，槽电压4.0V，电流效率94%。如整个钢壳均加装换热器，则：散热功率390kW，导热油流量2.9m³/h，导热油入口温度40℃，出口温度240℃。如热油能量利用率50%，则吨铝节电2062kWh，降低能耗16%。

实验例3.

本例参考技术数据为：一个系列300kA电解槽，槽台数100台，槽壳尺寸为15.5×4.5×1.5m，槽电压4.0V，电流效率94%。如整个钢壳均加装换热器，则：散热功率39000kW，导热油流量290m³/h，导热油入口温度40℃，出口温度240℃。如热油能量利用率50%，则吨铝节电2062kWh,年节电总量1.685×10⁸kWh，相当于6万吨标煤。

Claims

1.一种强制传热型铝电解槽，包括电解槽本体，其特征在于：在所述电解槽本体的外壳体外设置有以导热油为换热介质的换热器。

2.根据权利要求1所述的强制传热型铝电解槽，其特征在于：所述换热器是由包覆在电解槽钢壳外的夹套结构构成，且换热器与外接管路之间以法兰连接，连接处设置有用于使换热器与外接管路绝缘的绝缘部件。

3.根据权利要求1所述的强制传热型铝电解槽，其特征在于：所述的换热器包括槽沿换热器、槽底换热器、以及侧壁换热器构成；所述导热油的出口温度控制在200-300℃。