CN107012484B - 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置 - Google Patents

一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107012484B
CN107012484B CN201710241320.XA CN201710241320A CN107012484B CN 107012484 B CN107012484 B CN 107012484B CN 201710241320 A CN201710241320 A CN 201710241320A CN 107012484 B CN107012484 B CN 107012484B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolytic cell
flue gas
heat
heat exchanger
smoking pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710241320.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107012484A (zh
Inventor
张红亮
李劼
冉岭
李天爽
丁凤其
邹忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201710241320.XA priority Critical patent/CN107012484B/zh
Publication of CN107012484A publication Critical patent/CN107012484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107012484B publication Critical patent/CN107012484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20—Automatic control or regulation of cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/22—Collecting emitted gases

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置，通过在电解槽的侧部槽壳安装热交换器，将电解排放的高温烟气通过进气支烟管，在电解槽控制系统的综合控制下引入到热交换器中，使得部分烟气的热量合理地用于对电解槽槽壳侧部的保温，实现对电解槽槽壳热量散热的最优化动态调节，对电解槽内部进行保温，避免电解热量的流失，有利于电解槽的低能耗稳定运行。同时在进气支烟管上装有流量控制阀，用于控制进入热交换器的烟气流量大小，在对电解槽侧部进行保温、使电解槽低能耗稳定运行的同时，实现对电解槽的热平衡调节，可大幅度减少电解槽的实际热损失，从而达到铝电解生产节能降耗的目的。

Description

一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置
技术领域
本发明属于铝电解热能管理技术，具体涉及一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置。
背景技术
在Hall-Héroul法预焙铝电解生产中，电解槽的能耗依然维持在一个较高的水平，电解槽的槽电压一般在4.0V左右，而电解槽的散热折合电压一般在1.8V左右，由此可知电解槽的能量利用率约为50％，即电解槽有近一半的能量通过电解槽散热损失了。随着铝电解节能减排工作的持续开展和行业准入门槛的一步步提高，如何减少电解槽的散热，或者将电解槽散失的热量合理利用，从而提高电解槽的能量利用率，已经成为铝电解行业普遍关注的热点问题。
从铝电解槽的热量收入和支出来看，铝电解槽的热收入主要来源于电解质熔体的焦耳热，电解槽的散热主要集中在电解槽上部覆盖料、钢爪和侧部槽壳，其中上部散热约占总散热的50％，侧部槽壳散热约占总散热的35％左右。同时，铝电解槽侧部的热量流失不仅关系着电解槽的能量利用率，而且影响着电解槽炉膛内形的建立、电流效率的高低和电解槽的稳定运行。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的铝电解槽因槽体散热导致的能耗损失，提供一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置，通过大幅度减少电解槽的实际热损失，达到节能铝电解槽节能降耗的目的。
本发明采用如下技术方案实现：
一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法，在电解槽的主烟管上引出铝电解槽的排放烟气至与电解槽槽壳外壁接触的热交换器，通过排放烟气与电解槽槽壳之间进行热交换实现对铝电解槽内部进行保温。
进一步的，所述排放烟气通过流量控制阀引出，通过电解槽控制系统对电解槽内的热平衡进行计算来调节所述流量控制阀。
具体调节如下：根据公式δ＝α(Tl-Ta)/(Tb-Tl)-β计算炉帮厚度，保证炉帮厚度处于正常范围内，当工艺操作导致槽壳温度小于正常值或电解质过热度减小时(如系列电流降低，电解槽换极，下料过多等)，增加进入支烟管的烟气流量，增加保温；当工艺操作导致槽壳温度大于正常值或电解质过热度增大时(如系列电流增加，铝液水平过低等)，减少进入支烟管的烟气流量，减少保温。烟气具体调节流量根据不同的槽型进行确定。
式中，δ表示炉帮厚度，单位为mm；Tb为电解质温度，单位为℃；Tl为电解质初晶温度，单位为℃；Ta为槽壳温度，单位为℃；β为侧部内衬材料、伸缩缝及钢板的厚度之和，单位为mm；α为炉帮厚度计算系数，不同的电解槽可根据实测Tb、Ta、Tl和β反推计算。
本发明还公开了一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，包括从电解槽的主烟管引出的进气支烟管以及与进气支烟管连接的热交换器，所述热交换器贴设在电解槽槽壳外壁上，所述进气支烟管上设有流量控制阀，所述热交换器的出气端通过回流支烟管连接至烟气处理系统。
进一步的，所述回流支烟管与排放主烟管连接，所述回流支烟管、进气支烟管和热交换器形成与主烟管并联的保温回路。
进一步的，所述进气支烟管和回流支烟管内的烟气流动方向与主烟管中的烟气流动方向之间的夹角小于30°，并且进气支烟管和回流支烟管均设有伸出段露于支烟管内部。
进一步的，所述热交换器为若干个紧贴焊接于电解槽槽壳外壁的金属材质的板式热交换器，所述板式热交换器之间以及两端的板式热交换器分别与进气支烟管、回流支烟管之间通过连接管固定连通。
进一步的，所述板式热交换器的中部具有狭缝，形成n型或u型内腔。
进一步的，所述板式换热器的底部为漏斗结构，该漏斗结构的底端连接一降尘室。
在本发明的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置中，所述流量控制阀与电解槽控制系统的热平衡监控模块通过信号反馈连接。
本发明的有益效果在于：
本发通过在电解槽的侧部槽壳安装热交换器，将电解排放的高温烟气通过进气支烟管，在电解槽控制系统的综合控制下引入到热交换器中，使得部分烟气的热量合理地用于对电解槽槽壳侧部的保温，实现对电解槽槽壳热量损耗的最优化动态调节，对电解槽内部进行保温，避免电解热量的流失，有利于电解槽的低能耗稳定运行。同时在进气支烟管上装有流量控制阀，用于控制进入热交换器的烟气流量大小，在对电解槽侧部进行保温、使电解槽低能耗稳定运行的同时，实现对电解槽的热平衡调节。
由上所述，本发明对电解排放的高温烟气余热进行合理利用，在保证合理电解槽槽膛内形的前提下，对电解槽侧部进行保温，可大幅度减少电解槽的实际热损失，从而达到铝电解生产节能降耗的目的。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为实施例中的铝电解槽保温装置的结构示意图。
图2为实施例中的主烟管和进气支烟管、回流支烟管之间的位置关系示意图。
图3为实施例中的热交换器和电解槽槽壳之间的安装示意图。
图4为实施例中的热交换器的结构示意图。
图5为实施例中的热交换器连接管示意图。
图中标号：
1-电解槽槽壳，101-进气支烟管，1011-进气支烟管伸出段，102-流量控制阀，103-回流支烟管，1031-回流支烟管伸出段，104-热交换器，1041-热交换器气体入口，1042-热交换器气体出口，1043-狭缝，1044-降尘室，105-热交换器连接管，106-端部连接管，1001-阴极钢棒，1002-摇篮架，
23-主烟管，
具体实施方式
实施例
参见图1，图示中的一种铝电解槽保温装置为本发明的一种优选方案，具体包括由进气支烟管101、回流支烟管103以及若干热交换器104形成的保温回路，该保温回路利用电解槽的高温排放烟气通过电解槽槽壳1的外侧壁对电解槽内部进行保温。
进气支烟管101和回流支烟管103采用长度不小于1-2米的直管与主烟管23连接，其具体的连接设置方式如图2所示，顺着主烟管23的烟气排放方向引出进气支烟管101，进气支烟管101内的烟气流动方向与主烟管内的烟气流动方向之间的夹角α小于30°，为了便于主烟管23内的高温排放烟气能够顺利进入到进气支烟管101内，进气支烟管101设有一截进气支烟管伸出段1011位于主烟管23内；回流支烟管103同样顺着主烟管内的烟气排放方向与主烟管23引入连接，回流支烟管103内的烟气流动方向与主烟管内的烟气流动方向之间的夹角β小于30°，避免回流的烟气对主烟管内的烟气形成扰动，同样的，回流支烟管103设有一截回流支烟管伸出段1031位于主烟管23内。
进气支烟管101上设有流量控制阀102，该流量控制阀102与电解槽控制系统的热平衡监控模块通过信号反馈连接，通过电解槽内部的温度及能耗监控信号，在铝电解控制系统的作用下，基于电解槽的热平衡动态计算，对进入热交换器的高温排放烟气流量大小进行自动控制，实现利用烟气的余热对电解槽内部的热平衡进行动态调节作用。
具体的，本实施例中的热交换器104主要布置在电解槽槽壳1的两个大面，两个大面的热交换器104之间依次串联连通，两个大面端部的热交换器104分别与进气支烟管101和回流支烟管103固定连通。如图3和图4所示，本实施例中的热交换器104采用板式热交换器，板式热交换器为具有内部空腔的平板式金属壳体，采用耐高温(800℃以上)、抗氧化、耐腐蚀、导热迅速的金属材质，该金属壳体一侧外壁通过焊接紧贴电解槽槽壳1的侧面上，其上均设有热交换器气体入口1041和热交换器气体出口1042，排放烟气从热交换器气体入口1041进入热交换器，从热交换器气体出口1042流出，流经热交换器内部腔体的高温排放烟气通过热交换器的壳体与电解槽槽壳进行热交换，实现对电解槽的保温。同一大面的相邻热交换器的热交换器气体入口和热交换器气体出口依次通过热交换器连接管105固定串联，两个大面的同一端热交换器的热交换器气体入口和热交换器气体出口通过端部连接管106连通，两个大面另一端热交换器的热交换器气体入口和热交换器气体出口分别与进气支烟管101和回流支烟管103固定连通。烟气通过进气支烟管101流入靠近电解槽进电端或出电端的的第一个热交换器气体入口，流过热交换器内腔后由该热交换器气体出口再经过热交换器连接管105进入到下一个热交换器，换热后的排放烟气由此流经电解槽两个大面的所有热交换器后再由回流支烟管103回流输送到主烟管23，随电解槽的排放烟气统一排放。实际应用中，也可将经过换热器换热后的排放烟气经过单独的烟气处理系统进行单独排放。
本实施例中的板式热交换器的中间壳体设有宽为0.5～1cm的竖直狭缝1043，该狭缝1043将板式热交换器形成n型或u型内腔，同一热交换器的热交换器气体入口1041和热交换器气体出口1042分别设置在狭缝1043的两侧，这样设置用于控制热交换器内烟气的流经路线，使烟气充满整个热交换器，延长了高温排放烟气在热交换器内腔停留的时间，提高了与电解槽槽壳的换热效率。
考虑到电解槽槽壳1的外壁还设有阴极钢棒1001并且需要与摇篮架1002等外部固定支架连接，在实际应用中，在电解槽槽壳1连接的每两个相邻摇篮架1002之间、阴极钢棒1001上部的侧部槽壳区域设置一个热交换器104，不与摇篮架1002和阴极钢棒1001发生接触，相邻的热交换器之间的热交换器连接管105采用U型连接管，如图5所示，热交换器连接管105和端部连接管106均采用耐高温(800℃以上)、抗氧化、耐腐蚀的金属管，分别与热交换器气体入口1041和热交换器气体出口1042焊接密封。本发明的热交换器的数量和尺寸大小均根据电解槽的实际情况而制作，相邻热交换器之间的热交换器连接管105形状不受图5所限制，连接管只需绕过摇篮架上部，并且保证与热交换器的进口和出口能密封对接即可。
由于电解槽排放烟气中存在少量的粉尘，本实施例将热交换器的底部设置成两边向中间倾斜向下的漏斗结构，在漏斗结构的底端连接降尘室1044，用于积累收集排放烟气中夹带的少量粉尘。
以下结合两个具体应用实例说明本实施例的具体工作过程。
实例1：在某420kA电解槽两个大面的每两个摇篮架1002之间、阴极钢棒1001上部的侧部电解槽槽壳1外壁焊接热交换器104，不与摇篮架和钢棒发生接触。在每台电解槽的主烟管23上连接一个进气支烟管101，主烟管内的高温排放烟气通过进气支烟管101流入进电端的第一个热交换器气体入口，烟气流过该热交换器后由热交换器气体出口再经过热交换器连接管105进入到下一个热交换器，烟气由此流经电解槽进电端所有热交换器104后，由端部连接管106流经出电端所有热交换器104，再由回流支烟管103输送到主烟管23，从而实现对电解槽的保温作用。在进气支烟管上安装有流量控制阀102，用于控制进入热交换器的烟气流量大小。
在本实例中，在每个热交换器104中部有一个宽为0.7cm的狭缝1043，用于控制热交换器内烟气的流经路线，使烟气充满整个热交换器内腔，保证烟气对电解槽侧部的热交换效果。每个热交换器104底面呈两边向中间倾斜向下的形状，且中间自带一个小型降尘室1044，用于沉降烟气中带的少量粉尘。与主烟管23连接处的进气支烟管101和回流支烟管103是长度为1.5米的直管，且连接处进气支烟管和回流支烟管里烟气的流动方向与主烟管中烟气的流动方向的夹角α、β均为20°，同时两个支烟管的管口均露于主烟管内壁，保证烟气流入进气支烟管、流出回流支烟管。
实施例2：在某300kA电解槽上，对实施例1中的烟气流经途径改为首先流经出电端所有的热交换器104，再流经进电端所有的热交换器。在每个热交换器104中部有一个宽为0.5cm的狭缝1043,与主烟管23连接处的进气支烟管101和回流支烟管103是长度为1米的直管，且连接处进气支烟管和回流支烟管里烟气的流动方向与主烟管中烟气的流动方向的夹角α、β均为15°。其它同实施例1。
上述实施例均使得部分烟气的热量合理地用于对电解槽侧部的保温，减少电解槽槽壳散热，有利于电解槽的低能耗稳定运行。同时在进气支烟管上装有流量控制阀，用于控制进入热交换器的烟气流量大小，在对电解槽侧部进行保温、使电解槽低能耗稳定运行的同时，实现对电解槽的热平衡调节。
以上实施例是对本发明的说明，并非对本发明的限定，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的具体工作原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，其特征在于：包括电解槽控制系统、从电解槽的主烟管引出的进气支烟管以及与进气支烟管连接的热交换器，所述热交换器贴设在电解槽槽壳外壁上，所述进气支烟管上设有流量控制阀，所述热交换器的出气端通过回流支烟管连接至烟气处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述回流支烟管与排放主烟管连接，所述回流支烟管、进气支烟管和热交换器形成与主烟管并联的保温回路。
3.根据权利要求2所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述进气支烟管和回流支烟管内的烟气流动方向与主烟管中的烟气流动方向之间的夹角小于30°，并且进气支烟管和回流支烟管均设有伸出段露于支烟管内部。
4.根据权利要求1所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述热交换器为若干个紧贴焊接于电解槽槽壳外壁的金属材质的板式热交换器，所述板式热交换器之间以及两端的板式热交换器分别与进气支烟管、回流支烟管之间通过热交换器连接管固定连通。
5.根据权利要求4所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述板式热交换器的中部具有狭缝，形成n型或u型内腔。
6.根据权利要求5所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述板式换热器的底部为漏斗结构，该漏斗结构的底端连接一降尘室。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温装置，所述流量控制阀与电解槽控制系统的热平衡监控模块通过信号反馈连接。
CN201710241320.XA 2017-04-13 2017-04-13 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置 Active CN107012484B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710241320.XA CN107012484B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710241320.XA CN107012484B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107012484A CN107012484A (zh) 2017-08-04
CN107012484B true CN107012484B (zh) 2019-01-08

Family

ID=59445460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710241320.XA Active CN107012484B (zh) 2017-04-13 2017-04-13 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107012484B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107858705A (zh) * 2017-12-06 2018-03-30 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽的保温方法
CN112210794B (zh) * 2019-07-10 2021-12-21 郑州轻冶科技股份有限公司 基于分子比的铝电解能量平衡调节方法、系统、铝电解槽
CN110453248B (zh) * 2019-08-27 2021-03-02 神华准能资源综合开发有限公司 一种电解槽的热平衡调节装置及方法
CN112210793B (zh) * 2020-10-19 2022-06-10 郑州轻冶科技股份有限公司 一种侧部带热管换热器的铝电解槽
CN113913873B (zh) * 2021-10-12 2023-09-05 东北大学 一种可充当柔性负载的铝电解槽及其热平衡控制方法
CN115029735B (zh) * 2022-05-26 2024-01-30 中南大学 一种面向新能源消纳的铝电解热平衡调控装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101610048A (zh) * 2008-06-16 2009-12-23 湖南晟通科技集团有限公司 铝电解槽废热利用装置
CN102061487A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 贵阳铝镁设计研究院 一种电解槽的外保温结构
CN102086525A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 贵阳铝镁设计研究院 一种在产铝电解槽的节能方法及铝电解槽侧部保温结构
CN102995064A (zh) * 2012-12-24 2013-03-27 云南云铝涌鑫铝业有限公司 电解烟气的收集装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101610048A (zh) * 2008-06-16 2009-12-23 湖南晟通科技集团有限公司 铝电解槽废热利用装置
CN102061487A (zh) * 2009-11-17 2011-05-18 贵阳铝镁设计研究院 一种电解槽的外保温结构
CN102086525A (zh) * 2009-12-04 2011-06-08 贵阳铝镁设计研究院 一种在产铝电解槽的节能方法及铝电解槽侧部保温结构
CN102995064A (zh) * 2012-12-24 2013-03-27 云南云铝涌鑫铝业有限公司 电解烟气的收集装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"电解烟气余热回收利用";杨海峰;《电解烟气余热回收利用》;20160720(第7期);第60-62页
"铝电解生产保温技术的开发应用";张春生 等;《云南冶金》;20120831;第41卷(第4期);第74-77页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107012484A (zh) 2017-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107012484B (zh) 一种利用烟气调节热平衡的铝电解槽保温方法和装置
CN201242220Y (zh) 一种空气源热泵型太阳能热水器
CN104359223B (zh) 以汽轮机乏汽作为电站锅炉暖风器热介质的系统及方法
CN203836943U (zh) 300mw循环流化床锅炉低温省煤器
CN202751210U (zh) 一种热量回收加热的冷热饮水机
CN102492964A (zh) 一种用于电解槽热交换的装置
CN207585383U (zh) 一种高温烟气的冷却装置
CN205811372U (zh) 一种双水路冷却配电柜
CN102534664B (zh) 控制烟气温度的装置及方法
CN114703509A (zh) 铝电解槽热稳定性调节装置及应用该装置的铝电解槽设备
CN114016084A (zh) 一种铝电解槽余热回收利用系统装置
CN204313486U (zh) 以汽轮机乏汽作为电站锅炉暖风器热介质的系统
CN206944489U (zh) 一种锅炉省煤器外部防结露装置
CN208187193U (zh) 一种高效螺旋管煤气冷却器
CN208205867U (zh) 一种石脑油加工用换热器
CN201296787Y (zh) 铝电解槽强制抽风冷却系统
CN207338573U (zh) 一种电池组冷却装置
CN205481926U (zh) 一种防混水恒定流量节能水箱
CN106025872A (zh) 一种双水路冷却配电柜
CN204718202U (zh) 一种通道蒸发式冷凝器
CN216039503U (zh) 智能冷却和热回收装置
CN217173899U (zh) 铝电解槽热稳定性调节装置及铝电解槽设备
CN116892045B (zh) 一种内置式预焙槽余热回收系统及预焙式电解槽
CN221077338U (zh) 一种灭菌柜余热回收装置
CN209054974U (zh) 一种新型闭式冷却设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant