CN110042432B - 铝电解槽密闭集气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝电解槽密闭集气装置，铝电解槽内部通过阳极和阴极形成至少两个电解室；阳极为自焙阳极，其上方设置有阳极糊下料系统；铝电解槽设置有三组烟气集气管道，其中一级烟气集气管道与槽体内部空间直接连通，二级烟气集气管道延伸至槽体内部的阳极上方，三级烟气集气管道延伸至槽体内部并通过阳极糊下料系统对接到自焙阳极顶部的阳极糊加料口，铝电解槽设有外部密封结构和内部密封结构两层密封结构。本发明可实现对采用连续运行的多室铝电解槽所产生的废气与余热进行集中处理与回收，实现电解槽的大气污染物的超低可控排放，还可以改善电解槽保温状态，降低电解槽热损失，有效提升电解槽的能效水平。

Description

铝电解槽密闭集气装置

技术领域

本发明属于铝电解槽技术，具体涉及一种铝电解槽密闭集气系统。

背景技术

目前电解铝生产采用预焙阳极生产，所产生的电解烟气主要为电解过程的阳极气体，故多采用密闭集气、集中净化的措施进行治理。但集气与净化效果较差，主要是由于现行电解槽槽盖板密封不严密，漏风较多，更严重的是每台槽每天均有长时间(0.5～1小时)的换极操作，此时槽盖板处于完全敞开状态，大量的空气漏到电解槽中去，导致电解槽内烟气成分的90％以上是混入的空气，其余才是电化学反应产生的阳极气体。

此类铝电解槽由于排出的烟气总量巨大，导致其中烟尘、污染物浓度极低，烟气中有害的氟化物气体、含硫气体等难以得到经济且有效的净化与处置，此外，由于揭开槽盖板时，电解槽直接敞开面向外界，无组织排放的烟气亦不可忽略，故现行电解槽的集气系统的效率低下，对槽内气态污染物与颗粒物处置缺乏有效手段。

实际生产中，电解槽侧部是由若干块铝制盖板包围起来，每块槽盖板之间不能完全密封，生产中还常需要打开槽盖板进行阳极换极等工作，因而排出的烟气不仅包括电解产生的烟气还有从槽盖板泄露进入到槽体的大量空气，同时电解产生的有害气体也会从盖板的缝隙中排放到空气中，造成环境污染。出现这种情况的根本原因在于电解槽集气系统密封不严密及电解槽预焙阳极的频发周期性更换。

因此，如何解决现有密闭集气系统的不足，改善电解槽的密封保温状态，提高电解槽的集气效率，不但对于新一代连续运行的多室铝电解槽极为重要，更是铝电解绿色、节能生产的一个重大突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有铝电解槽的废气收集效率不高导致铝电解槽不环保的缺陷，提供一种有利于节能降耗密封保温、提高电解槽的集气效率、集气均匀快速的铝电解槽密闭集气装置。

本发明采用如下技术方案实现：

铝电解槽密闭集气装置，所述铝电解槽内部在水平方向交替布置阳极和阴极，相邻的阳极和阴极之间形成至少两个电解室；

所述阳极为自焙阳极，其上方设置有阳极糊下料系统；

所述铝电解槽设置有三组烟气集气管道，其中一级烟气集气管道与槽体内部空间直接连通，二级烟气集气管道延伸至槽体内部的阳极上方，三级烟气集气管道延伸至槽体内部并通过阳极糊下料系统对接到自焙阳极顶部的阳极糊加料口。

进一步的，所述铝电解槽的顶部设置有将整个槽体内部空间密封的外部密封结构，所述阳极糊加料口上方与外部密封结构之间的槽体内部还设置有内部密封结构，所述内部密封结构上设置有供阳极糊下料系统一一对接到各个阳极的阳极糊加料口的通道。

进一步的，所述外部密封结构和内部密封结构之间的空间与一级烟气集气管道直接连通。

进一步的，所述内部密封结构的通道上方设置吸气罩，所述吸气罩与二级烟气集气管道连通。

进一步的，所述吸气罩覆盖对应阳极的整个上部区域，并距离阳极顶部高度0.5～2.0m。

进一步的，所述阳极糊下料系统包括阳极糊自动输送管和阳极糊加料管，所述阳极糊自动输送管设置在外部密封结构和内部密封结构之间并经过铝电解槽内部所有阳极的上方，所述阳极糊自动输送管内部设有阳极糊自动输送设备，若干与阳极一一对应的阳极糊加料管一端连接在阳极糊自动输送管上，另一端穿过内部密封结构上的通道延伸至阳极的加料口，所述阳极糊加料管同时通过阳极糊自动输送管对接至三级烟气集气管。

在本发明的铝电解槽密闭集气装置中，所述一级烟气集气管道、二级烟气集气管道和三级烟气集气管道均通过负压进行烟气收集，负压大小为-2000Pa～-100Pa。

进一步的，在本发明的铝电解槽中，所述阳极和阴极采用尺寸相同的板式电极结构，相互之间竖直平行固定在电解槽内部。

本发明用两层密封结构将整个电解槽密封起来，结合三级集气管道将焙烧与电解的烟尘进行抽风捕集,再分别汇集于到不同的净化系统进行净化与处理,通过外界的净化系统提供的负压，使各吸气管内罩内各处保持均衡的负压，使得槽内各处产生的烟气全部排出。本发明针对采用连续运行的多室电解槽，通过使用以上技术方案的铝电解槽密闭集气装置，显著提升电解槽的密闭性，混入电解槽中空气量从现有的90％以上降低至小于5％，最终将烟气的温度提升至满足高温烟气余热利用的要求(＞600℃)，在此基础上进行高温烟气余热回收及烟气深度净化，则铝电解过程的综合能耗大幅降低，排放物的指标亦可以集中处理而达标。

采用本发明上述技术方案的多室铝电解槽，从根本上改变电解槽的槽盖板周期性敞开及密封不够的弊端，并且本发明与已有的预焙阳极电解槽集气系统存在显著差异及大幅优化。首先，本发明的集气模式为三级集气，相比现有电解槽一级集气方式，集气效率大幅提升；其次，在集气过程，可充分直接利用高温烟气来对输送的阳极糊进行预热，大幅提升电解槽的能量利用率；在此，本发明采用两层密封结构，电解过程完全不需要打开内部密封结构，故电解槽内可处于一个全密闭状态运行，即使因其他检修需要可以只打开外部密封结构，不会有烟气泄露或者外界空气无组织的渗入到铝电解槽的熔体区域，因而可大幅度提高污染物的浓度，并减少烟气量，提升净化效率，降低净化系统的运行成本。

总体而言，本发明具备如下有益效果：

1.巨大的节能潜力。一方面减少电解槽由烟气带走的热量损失，另一方面，可成倍减少净化系统处理的烟气量，此外，在连续运行的多室电解槽中，通过设置极低极距，节能效果更显著。

2.大幅减少铝电解气态污染物排放。可以将电解与焙烧烟气中的氟化物、氰化物进行汇集，提升污染物净化效率，实现电解槽的超低排放。

3.实现电解车间环境的可控。电解和焙烧烟气并不会泄露到槽外，让电解车间的环境更友好。

综上所述，本发明可实现对采用连续运行的多室铝电解槽所产生的废气与余热进行集中处理与回收，实现电解槽的大气污染物的超低可控排放，还可以改善电解槽保温状态，降低电解槽热损失，有效提升电解槽的能效水平。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的多室铝电解槽的密闭集气装置整体结构示意图。

图2为实施例中的单个阳极的阳极糊下料系统以及吸气罩的结构示意图。

图3为实施例中的多室铝电解槽的密闭集气装置中的三级集气管道示意图。

图4为实施例中的多室铝电解槽的密闭集气装置中的二级集气管道示意图。

图中标号：1-槽体，2-阳极，221-阳极糊自动输送管，222-阳极糊加料管，3-阴极，51-一级烟气集气管道，52-二级烟气集气管道，53-三级烟气集气管道，501-外部密封结构，502-内部密封结构，521-吸气罩，522-吸气罩烟气主管道。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的多室铝电解槽为应用本发明铝电解槽密闭集气装置的具体实施方案，图中的铝电解槽内部在槽体1的水平方向交替布置阳极2和阴极3，电解槽内的阴极3的数量为10组，阳极2的数量为9组，每组阳极2和阴极3均采用相同电解区域尺寸的板式电极结构，相邻的阳极2和阴极3之间竖直布置并且形成平行的电解室，高度一致，整个电解槽的槽体1内部沿水平方向形成至少两个以上这样的电解室。

本实施例中的阴极3采用预制的阴极炭块固定在槽体1底部，阳极2采用自焙阳极，包括自焙阳极糊、阳极框架以及阳极导杆、内部钢爪结构和阳极糊下料系统。由耐高温绝缘复合板构成的阳极框架用来承载自焙阳极糊自动添加与成型，阳极框架为一个板状结构的框架，即自焙阳极糊在阳极框架内部焙烧成型后形成一个板状结构的阳极块。自焙阳极糊经过阳极上方设置的阳极糊下料系统输运至阳极框架上部的加料口并自动填装到阳极框架中，并在阳极框架中通过铝电解槽内部高温环境完成自动焙烧成型。阳极糊下料系统包括阳极糊自动输送管221和若干与阳极一一对应的阳极糊加料管222，阳极糊自动输送管221位于铝电解槽的槽体1内部所有阳极2的上方，一般沿垂直于板状阳极的方向布置，在阳极糊自动输送管221内部设置螺旋输送机作为阳极糊自动输送设备，通过螺旋输送机实现自焙阳极糊在阳极糊自动输送管221内部的输送，若干与阳极2的位置一一对应的阳极糊加料管222一端连接在阳极糊自动输送管221上，另一端延伸至阳极框架的加料口，阳极糊加料管222将阳极糊自动输送管221内部的自焙阳极糊引流到对应的阳极框架内部，用于向阳极框架内部连续加入自焙阳极糊来补充消耗的阳极材料。

本实施例中的多室铝电解槽的槽体1上设置有三组烟气集气管道，其中一级烟气集气管道51与槽体1内部空间直接连通，二级烟气集气管道52延伸至槽体1内部的阳极2上方，三级烟气集气管道53延伸至槽体1内部并通过阳极糊下料系统对接到自焙阳极顶部的阳极糊加料口。

另外，本实施例的槽体1通过两层密封结构实现封盖，其中在槽体1的顶部设置有将整个槽体内部空间密封的外部密封结构501，然后所有阳极2的阳极糊加料口上方的槽体内部还设置有内部密封结构502，均可采用盖板结构作为密封结构，其中在内部密封结构502的盖板上留有有供阳极糊下料系统的阳极糊加料管对接到各个阳极的阳极糊加料口的通道。

通过内部密封结构502和外部密封结构501构成的双层密闭结构对铝电解槽内部阳极自焙烧过程以及电解过程产生的烟气、烟尘进行密封，保证了槽内运行环境的高度密封。结合以上的双层密封结构，本实施例的三组烟气集气管道在槽体内部的具体布置情况如下。

其中，如图2和3，三级烟气集气管道53布置在外部密封结构501的槽盖板底部，该管道与阳极糊下料系统的阳极糊自动输送管221连通，三级烟气集气管道53连接负压，通过阳极糊自动输送管和阳极糊加料管内部的管腔延伸至槽体1内部各个阳极的阳极糊加料口位置，对阳极糊下料的过程中产生的烟尘进行收集，从阳极糊加料的源头将产生的粉尘进行收集，阳极糊加料管和阳极糊自动输送管一方面用于自动添加阳极糊，另一方面还可以利用从铝电解槽槽体内部抽吸的高温烟气对输送的阳极糊进行预热。

二级烟气集气管道52与三级烟气集气管道53并排布置在外部密封结构的槽盖板底部，二级烟气集气管道52为一根主管，其上分出若干支管连接到槽体内部对应各个阳极的吸气罩521。具体参见图2，吸气罩521布置在阳极2的上方，吸气罩521底部的吸气范围的覆盖对应阳极的整个上部区域，并距离阳极顶部高度0.5～2.0m，并通过吸气罩烟气主管道522连接到二级烟气集气管道52，二级烟气集气管道52再连接外部负压。结合参见图4，吸气罩521在整个槽体1中位于内部密封结构502的槽盖板通道上方，内部密封结构502位于吸气罩521最下端吸气口的下部，与阳极糊加料管222一起将阳极2上部初步密封，二级烟气集气管道52通过负压将阳极2上方从三级烟气集气管道53逃逸的烟气进行补充收集。

一级烟气集气管道51直接连通到外部密封结构501和内部密封结构502之间的槽体空间，对槽体下半部熔体区域产生的部分从三级烟气集气管道和二级烟气集气管道逃逸到该部分区域内烟气进行负压抽吸，保证了整个铝电解槽槽体1内部的烟气全面收集。

在实际应用中，一级烟气集气管道51、二级烟气集气管道52和三级烟气集气管道53均通过负压进行烟气收集，负压大小根据铝电解槽的产能在-2000Pa～-100Pa内设定，一般将一级烟气集气管道51、二级烟气集气管道52和三级烟气集气管道53的负压逐渐减小设置，如一级烟气集气管道51的负压大小可为-1500Pa，二级烟气集气管道52的负压大小可为-800Pa，三级烟气集气管道53的负压大小可为-400Pa。铝电解槽的槽体内电解及焙烧的烟气通过三级吸气进行收集，保证了铝电解生产过程的烟气集气效果，所得不同浓度、不同温度的烟气分别经过一级烟气集气管道51、二级烟气集气管道52和三级烟气集气管道53送往烟气净化与余热回收。

本实施例的密闭集气系统可实现对采用连续运行的多室铝电解槽所产生的废气与余热进行集中处理与回收，实现电解槽的大气污染物的超低可控排放，此外，还可以改善电解槽保温状态，降低电解槽热损失，有效提升电解槽的能效水平。

以上实施例描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，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 (8)

1.铝电解槽密闭集气装置，其特征在于：所述铝电解槽内部在水平方向交替布置阳极和阴极，相邻的阳极和阴极之间形成至少两个电解室；

所述阳极为自焙阳极，其上方设置有阳极糊下料系统，所述阳极糊下料系统包括阳极糊自动输送管和阳极糊加料管，所述阳极糊自动输送管内部设有阳极糊自动输送设备，若干与阳极一一对应的阳极糊加料管一端连接在阳极糊自动输送管上，另一端穿过内部密封结构上的通道延伸至阳极的加料口；

所述铝电解槽设置有三组烟气集气管道，其中一级烟气集气管道与槽体内部空间直接连通，二级烟气集气管道延伸至槽体内部的阳极上方，三级烟气集气管道延伸至槽体内部并通过阳极糊下料系统对接到自焙阳极顶部的阳极糊加料口，所述阳极糊加料管通过阳极糊自动输送管对接至三级烟气集气管。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽密闭集气装置，所述铝电解槽的顶部设置有将整个槽体内部空间密封的外部密封结构，所述阳极糊加料口上方与外部密封结构之间的槽体内部还设置有内部密封结构，所述内部密封结构上设置有供阳极糊下料系统一一对接到各个阳极的阳极糊加料口的通道。

3.根据权利要求2所述的铝电解槽密闭集气装置，所述外部密封结构和内部密封结构之间的空间与一级烟气集气管道直接连通。

4.根据权利要求2所述的铝电解槽密闭集气装置，所述内部密封结构的通道上方设置吸气罩，所述吸气罩与二级烟气集气管道连通。

5.根据权利要求4所述的铝电解槽密闭集气装置，所述吸气罩覆盖对应阳极的整个上部区域，并距离阳极顶部高度0.5～2.0m。

6.根据权利要求2所述的铝电解槽密闭集气装置，所述阳极糊自动输送管设置在外部密封结构和内部密封结构之间并经过铝电解槽内部所有阳极的上方。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的铝电解槽密闭集气装置，所述一级烟气集气管道、二级烟气集气管道和三级烟气集气管道均通过负压进行烟气收集，负压大小为-2000Pa～-100Pa。

8.根据权利要求1所述的铝电解槽密闭集气装置，所述阳极和阴极采用尺寸相同的板式电极结构，相互之间竖直平行固定在电解槽内部。

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