CN106315549A - 一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体废弃物高温煅烧设备技术领域，尤其涉及一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉。本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，包括封闭的炉体、自密封入料装置及自密封出料装置，炉体包括炉盖和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层、绝缘层、耐火层、保温层及炉壳；炉体的顶部设有入料口；炉体的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口及烟气处理装置；煅烧室内设有正电极及负电极，正电极及负电极之间形成用于煅烧电解铝废阴极的锥体形电场。本申请提供的电煅炉，实现电解铝废阴极中的氟化盐气化溢出，与碳素分离，得到高品质的碳素制品；生产效率高，能源耗费少，实现了无害化生产，实用性强。

Description

一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉

技术领域

本发明涉及固体废弃物高温煅烧设备技术领域，尤其涉及一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，具体涉及一种能提高产品质量及生产效率且能实现无害化处理的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉。

背景技术

随着电解铝产量的增加，电解过程中产生的固体废弃物也随之增加。其中，电解铝废阴极是危害最大的电解铝危险固废之一；电解铝阴极以煅烧无烟煤、冶金焦、石墨等为骨料，煤沥青等为黏结剂制成的，主要用于制作铝电解槽炭质内衬的块类或糊类碳素制品。铝电解过程中，阴极上发生的主要反应是熔于冰晶石(Na₃AIF₆)中的AI被还原成液态金属铝，汇积于炭质槽底表面，铝液和炭质槽底均为电解槽的导电阴极。由于电解质熔体中有各种氟化物、杂质，在电场的作用下电解产生的熔盐对阴极炭块发生侵蚀和冲刷等作用，加上热应力的作用，使阴极材料发生变形、隆起、断裂，甚而破损为废阴极。

电解铝废阴极中含有20-40％的氟化物，约0.1％的氰化物，由于氰化物为剧毒物、氟化物为有毒物，且二者均易溶于水，若储存或处置不当，均会造成严重的环境污染。

2014年我国电解铝产量达到了2200多万吨，世界电解铝产量达到了5000多万吨。随着电解铝产量的增加，电解铝产生的废阴极日益增加。目前，我国电解铝行业每年产生的废阴极达到了20多万吨，由于目前国内外缺乏先进的电解铝废阴极无害化处置及资源化利用技术，造成了数百万吨电解铝废阴极危废的累积堆存。

目前，电解铝废阴极的处置方法主要有湿法、燃烧法、煅烧法和填埋法；

湿法得到的碳粉价值不高，资源化利用效率低；

燃烧法不仅存有资源化利用价值极低问题，而且无害化处置不到位，二次污染严重；

现有的煅烧法存有分离效率低、时间长、能耗大、不能有效回收氟化物等不足；

现有的电煅炉，其炉体、炉膛、炉盖及烟道极易被高温氟化盐腐蚀，安全隐患极大，不能用于电解铝废阴极的高温无害化处置；

填埋法，成本高，而且大部分企业未能按照危险废物的处置要求进行无害化填埋，对环境的污染严重。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种能提高产品质量及生产效率且能实现无害化处理的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，以解决现有煅烧设备存在生产效率低、产品质量不稳定及易造成环境污染的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，与上料装置连接，用于电解铝废阴极的无害化处置与资源化利用，其包括封闭的炉体、自密封入料装置及自密封出料装置，所述炉体包括炉盖和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层、绝缘层、至少一层耐火层、至少一层保温层及炉壳；

所述炉体的顶部设有入料口，所述入料口与所述自密封入料装置连接，且所述入料口与所述炉体底部的距离小于所述炉盖与所述炉体底部的距离；所述炉体的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口及与所述通道出口连接的烟气处理装置；所述炉体的底部设有出料口，所述出料口与所述自密封出料装置连接；

所述煅烧室内设有包括正电极及负电极的电极对，所述正电极竖直布置且设于所述炉体顶部中心，所述负电极水平布置在所述炉体中部，所述正电极与所述负电极之间形成用于煅烧所述电解铝废阴极的高温区，且所述正电极与所述负电极的间距可调节；所述负电极与所述出料口之间设有由上至下依次设置的热交换装置及冷却装置。

其中，所述热交换装置包括高温缓慢热交换区及至少一级热交换区，且所述高温缓慢热交换区位于所述负电极的下方。

其中，所述冷却装置包括至少一级水冷却区，所述水冷却区设于最后一级所述热交换区与所述出料口之间。

其中，所述高温缓慢热交换区设有高热能缓交换回收利用装置。

其中，所述自密封入料装置包括至少一个储料料斗及至少一根导料管，所述导料管的一端与所述储料料斗连接，另一端与所述入料口连接；且所述导料管内设有入料截门。

其中，所述正电极穿过所述入料口且通过所述自密封入料装置固定于所述炉体顶部，所述正电极位于所述入料口的中心。

其中，所述自密封出料系统包括螺旋排料管及用于驱动所述螺旋排料管排料的驱动装置，且所述出料口朝向所述螺旋排料管的入料管口设置。

其中，所述驱动装置为变频减速电机。

其中，所述煅烧室的温度为200℃至3000℃。

其中，所述正电极为柱状石墨电极，负电极为环形中空石墨电极。

其中，所述炉盖包括由下至上依次设置的至少一层防腐层、至少一层耐火层及至少一层保温层，且所述防腐层与所述煅烧室接触连接。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，与上料装置连接，用于电解铝废阴极的无害化处置与资源化利用，其包括封闭的炉体、自密封入料装置及自密封出料装置，炉体包括炉盖和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层、绝缘层、至少一层耐火层、至少一层保温层及炉壳；炉体的顶部设有入料口，入料口与自密封入料装置连接，且入料口与炉体底部的距离小于炉盖与炉体底部的距离，增大了炉内上部的空腔，有利于废阴极中氟化盐的气化溢出；炉体的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口及与所述通道出口连接的烟气处理装置；炉体的底部设有出料口，出料口与自密封出料装置连接；煅烧室内设有包括正电极及负电极的电极对，正电极竖直布置且设于炉体顶部中心，负电极水平布置在炉体中部，正电极与负电极之间形成用于煅烧电解铝废阴极的高温区，正电极与负电极构成下部横截面积大于上部横截面积的锥体形电场且正电极与负电极的间距可调节；负电极与出料口之间设有由上至下依次设置的热交换装置及冷却装置。本申请采用的锥体形电场与电解铝废阴极下料形成的自然形状及其区域分布一致，确保电解铝废阴极在下落过程中受热均匀，进而能获得高品质且具有经济附加值的碳素制品；通过设有防腐层，消除了因氟化盐的强腐蚀性所带来的安全隐患；通过设有绝缘层，实现了电能与热能的安全高效转换；通过采用封闭的且包括防腐层、绝缘层、耐火层及保温层的炉体，使得电解铝废阴极能有效预热，避免了热量损失，也避免了杂质进入炉体内，进一步地提高了产品纯度；通过设有热交换装置及冷却装置，冷却速度快且冷却效果好，有利于提高生产效率及维护整个生产过程的安全性和稳定性；通过设有烟气处理装置将炉内高温气体净化后排入大气，实现无害化生产。

附图说明

图1是本发明一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉实施例的电煅炉的具体结构示意图。

图中：1：炉体；2：正电极；3：负电极；4：导料管；5：入料截门；6：入料口；7：保温层；8：耐火层；9：防腐层；10：通道出口；11：绝缘层；12：高温区；13：高温缓慢热交换区；14：第一级热交换区；15：第二级热交换区；16：第三级热交换区；17：冷却装置；18：自密封出料装置；19：高温烟气稀释空腔；20：物料预热区；21：炉盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员无需做出创造性劳动即可获得多个其他实施例，凡是符合本发明技术特征的所有实施例都属于本发明保护的范围。

值得说明的是，本申请提供的立式高温连续电煅炉除了用于煅烧电解铝废阴极之外，还可用于煅烧碳素原料或其它需要进行高温煅烧的物料。

如图1所示，本发明实施例提供了一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，与上料装置连接，用于电解铝废阴极的无害化处置与资源化利用，具体是氧化分解废阴极中的毒性物NaCN、回收利用碳素和氟化盐，其包括封闭的炉体1、自密封入料装置及自密封出料装置18，炉体1包括炉盖21和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层9、绝缘层11、至少一层耐火层8及至少一层保温层7及炉壳；通过采用封闭的电煅炉，使得在生产过程中避免了杂质进入炉体1内，以提高碳素制品的纯度；其中，煅烧室为用于对电解铝废阴极进行高温煅烧的区域，在本实施例中，煅烧室的温度可调节，温度调节范围为200℃至3000℃之间，优选温度为2600℃至2800℃；煅烧室的温度可根据实际煅烧材料来相应调节，以节约能源；同时通过防腐层9、绝缘层11、至少一层耐火层8及至少一层保温层7，使得电解铝废阴极能有效预热，避免了炉体1内热量的损失，有效降低了热能消耗，通过设置绝缘层11也能有效保护炉体1，避免炉体1内部的电场受到外部干扰，以保证电场高温区12相对集中、稳定；通过设置防腐层，避免高温氟化盐对炉体、炉膛、炉盖及烟气通道出口的腐蚀；

其中，自密封入料装置指的是在入料装置中设有入料截门5，当进行入料作业时，打开入料截门5；当入料作业完成后，闭合入料截门5；通过设有入料截门5，实现入料装置的密封性。

其中，自密封出料装置18包括螺旋排料管及用于驱动螺旋排料管排料的驱动装置，且出料口朝向螺旋排料管的入料管口设置。优选地，驱动装置为电机或液压缸，通过设置有驱动机构，实现自动化生产，进一步地提高了生产效率。在本实施例中，自密封出料装置18由物料重力形成密集堆积而达成自密封，通过变频减速电机驱动螺旋排料管排料，能更有效地调控排料速度。

炉体1的顶部设有入料口6，入料口6与自密封入料装置连接；炉体1的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口10及与通道出口10连接的烟气处理装置；炉体1的底部设有出料口，出料口与自密封出料装置18连接；通过设有烟气处理装置，如此避免了原高温烟气未经处理直接排入大气，高温条件下，毒性物质NaCN被氧化分解；本申请通过烟气处理装置对高温有害气体进行处理后，且待处理后的气体满足大气排放标准后再排出，真正实现了无害化生产。其中，在炉体1的上端生成一个高温烟气稀释空腔19，具体地，高温烟气稀释空腔19，是由入料口6、炉内物料斜面、炉内壁和炉顶底面所构成的圆锥或圆台空间，其作用是使烟气减小阻力以快速溢出炉体1。炉内物料预热区20，是正电极2底面以上的物料堆积区，起着以溢出的高温烟气为热源对物料进行预热而达到节能的作用。

煅烧室内设有包括正电极2及负电极3的电极对，正电极2竖直布置且设于炉体1顶部中心，负电极3水平布置在炉体1中部，正电极2与负电极3之间形成用于煅烧电解铝废阴极的高温区12，正电极2与负电极3构成下部横截面积大于上部横截面积的锥体形电场且正电极2与负电极3的间距可调节，具体通过调节正电极2的位置来调节正电极2与负电极3的间距，由于锥体形电场与原料下料形成的自然形状及其区域分布一致，从而确保电解铝废阴极在下落过程中受热均匀，实现氟化盐等的高效气化溢出与碳素有效分离，进而能获得高品质且具有经济附加值的碳素制品；负电极3与出料口之间设有由上至下依次设置的热交换装置及冷却装置17。

具体地，热交换装置包括高温缓慢热交换区13及至少一级热交换区，通过热交换以实现安全降低碳素颗粒的温度和热能的回收利用，且高温缓慢热交换区13位于负电极3的下方。高温缓慢热交换区13为柱形区间，柱形区间用于将高温煅烧后的炭粒冷却，这种冷却主要由设置在柱形区间四周的热交换装置来实现，具体地，柱形区间的高度根据具体的实施条件来决定，而且所述热交换装置所用的热交换介质优选为高导热固体材料。如此，既回收利用了热能，又减小了后续冷却装置17的用水量，有利于节约资源，又大幅度提高了安全系数。在本实施例中，设有第一级热交换区14、第二级热交换区15及第三级热交换区16，经高温缓慢热交换区13处理后的碳粒依次通过第一级热交换区14、第二级热交换区15及第三级热交换区16热交换后进入冷却装置17冷却。其中，热交换区的级数根据实际实施条件来确定。

具体地，冷却装置17包括至少一级水冷却区，用于冷却碳粒，水冷却区设于最后一级热交换区与出料口之间。在本实施例中，循环水冷却装置17配有安全监测监控装置；本申请采用了无污染的循环水冷装置，该循环水冷却装置包括配套的水泵、水塔、水池和安全监测监控器。采用这种热交换组合的冷却方式，其主要优点是提升了安全系数和热能利用率，其次是冷却效果好，所需冷却时间短，有利于提高碳素产品的生产效率，同时，冷却水采用密闭循环方式，有利于节约水资源。其中，水冷却区的级数根据实际实施条件来确定。

具体地，自密封入料装置包括至少一个储料料斗及至少一根导料管4，导料管4的一端与储料料斗连接，另一端与入料口6连接；且导料管4内设有入料截门5。其中，导料管4的数量优选为2个至4个且以正电极2为中心对称倾斜设置在炉体1顶部。在本实施例中，导料管4的数量为两个且以正电极2为中心对称倾斜设置在炉体1顶部的两侧，且两根导料管4的夹角尽量与正电极2与负电极3构成的锥体形电场的顶角接近，以确保原料在下落过程中受热均匀，进而能获得高品质且具有经济附加值的碳素制品。

具体地，正电极2穿过入料口6且通过自密封入料装置固定于炉体1顶部，正电极2位于入料口6的中心。在本实施例中，将正电极2设于入料口6的中心，且正电极2设于炉体1顶部中心，由此可知入料口6紧绕正电极2一周设置且设于炉体1顶部中心，使得电解铝废阴极在下料过程中能先预热且受热均匀，有助于获得高品质且具有经济附加值的碳素制品，进而起到提高密封性、保护正电极2及帮助物料预热等多重作用。

优选地，在本实施例中，正电极2为柱状石墨电极，负电极3为环形中空石墨电极。石墨电极因其熔点为3800°～3900°，沸点为4250°，属于耐高温型，且其强度随温度的升高而加强；除此之外，石墨还具备强导电及强导热性，且化学稳定性好，因而在本实施例中，正电极2及负电极3选用石墨电极，有利于得到高品质且具有经济附加值的碳素制品。

具体地，炉盖21包括由下至上依次设置的至少一层防腐层、至少一层耐火层及至少一层保温层，且防腐层与煅烧室接触连接。在本实施例中，设置炉盖21除了起到进一步地保障炉体1顶部的密封性能，同时也能有效阻止高温氟化盐气体对炉体顶部设施的腐蚀。

综上所述，本发明提供了一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，与上料装置连接，用于电解铝废阴极的无害化处置与资源化利用，其包括封闭的炉体、自密封入料装置及自密封出料装置，炉体包括炉盖和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层、绝缘层、至少一层耐火层、至少一层保温层及炉壳；炉体的顶部设有入料口，入料口与自密封入料装置连接，且入料口与炉体底部的距离小于炉盖与炉体底部的距离，增大了炉内上部的空腔，有利于废阴极中氟化盐的气化溢出；炉体的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口及与所述通道出口连接的烟气处理装置；炉体的底部设有出料口，出料口与自密封出料装置连接；煅烧室内设有包括正电极及负电极的电极对，正电极竖直布置且设于炉体顶部中心，负电极水平布置在炉体中部，正电极与负电极之间形成用于煅烧电解铝废阴极的高温区，正电极与负电极构成下部横截面积大于上部横截面积的锥体形电场且正电极与负电极的间距可调节；负电极与出料口之间设有由上至下依次设置的热交换装置及冷却装置。本申请采用的锥体形电场与电解铝废阴极下料形成的自然形状及其区域分布一致，确保电解铝废阴极在下落过程中受热均匀，进而能获得高品质且具有经济附加值的碳素制品；通过设有防腐层，消除了因氟化盐的强腐蚀性所带来的安全隐患；通过设有绝缘层，实现了电能与热能的安全高效转换；通过采用封闭的且包括防腐层、绝缘层、耐火层及保温层的炉体，使得电解铝废阴极能有效预热，避免了热量损失，也避免了杂质进入炉体内，进一步地提高了产品纯度；通过设有热交换装置及冷却装置，冷却速度快且冷却效果好，有利于提高生产效率及维护整个生产过程的安全性和稳定性；通过设有烟气处理装置将炉内高温气体净化后排入大气，实现无害化生产。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，与上料装置连接，用于电解铝废阴极的无害化处置与资源化利用，其特征在于：包括封闭的炉体、自密封入料装置及自密封出料装置，所述炉体包括炉盖和由内至外依次设置的煅烧室、防腐层、绝缘层、至少一层耐火层、至少一层保温层及炉壳；

所述炉体的顶部设有入料口，所述入料口与所述自密封入料装置连接，且所述入料口与所述炉体底部的距离小于所述炉盖与所述炉体底部的距离；所述炉体的上端设有用于排出炉内高温烟气的通道出口及与所述通道出口连接的烟气处理装置；所述炉体的底部设有出料口，所述出料口与所述自密封出料装置连接；

所述煅烧室内设有包括正电极及负电极的电极对，所述正电极竖直布置且设于所述炉体顶部中心，所述负电极水平布置在所述炉体中部，所述正电极与所述负电极之间形成用于煅烧所述电解铝废阴极的高温区，且所述正电极与所述负电极的间距可调节；所述负电极与所述出料口之间设有由上至下依次设置的热交换装置及冷却装置。

2.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述热交换装置包括高温缓慢热交换区及至少一级热交换区，且所述高温缓慢热交换区位于所述负电极的下方。

3.根据权利要求1或2所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述冷却装置包括至少一级水冷却区，所述水冷却区设于最后一级所述热交换区与所述出料口之间。

4.根据权利要求2所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述高温缓慢热交换区设有高热能缓交换回收利用装置。

5.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述自密封入料装置包括至少一个储料料斗及至少一根导料管，所述导料管的一端与所述储料料斗连接，另一端与所述入料口连接；且所述导料管内设有入料截门。

6.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述正电极穿过所述入料口且通过所述自密封入料装置固定于所述炉体顶部，所述正电极位于所述入料口的中心。

7.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述自密封出料系统包括螺旋排料管及用于驱动所述螺旋排料管排料的驱动装置，且所述出料口朝向所述螺旋排料管的入料管口设置。

8.根据权利要求7所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述驱动装置为变频减速电机。

9.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述煅烧室的温度为200℃至3000℃。

10.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述正电极为柱状石墨电极，负电极为环形中空石墨电极。

11.根据权利要求1所述的用于处置电解铝废阴极的立式高温连续电煅炉，其特征在于：所述炉盖包括由下至上依次设置的至少一层防腐层、至少一层耐火层及至少一层保温层，且所述防腐层与所述煅烧室接触连接。