CN110453248B - 一种电解槽的热平衡调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电解槽的热平衡调节装置，包括滑轨、一个或多个热交换装置、第一烟气支管、空气供给装置以及混合气管道。本发明还提供了一种电解槽的热平衡调节方法。本发明提供的热平衡调节装置和方法能够有效利用电解过程中产生的高温烟气来动态调节电解槽侧部的热平衡，由此保持电解槽槽帮形状的规整性，保障了电解槽安全、稳定地运行，特别适用于酸法氧化铝的电解工艺，装置简单，便于安装和拆卸，易操作，非常适合工业化应用。

Description

一种电解槽的热平衡调节装置及方法

技术领域

本发明涉及氧化铝电解领域，具体涉及一种电解槽的热平衡调节装置及方法。

背景技术

我国是世界第一大原铝生产国，产量占全球总产量的1/4以上。作为铝电解生产的重要原料之一的氧化铝，其生产方法包括碱法、酸法、酸碱联合法和热法。目前，工业上广泛使用的是碱法氧化铝。然而，通过碱法生产的氧化铝的原料——铝土矿，我国基础储量23亿吨，仅占全球总储量的6％，铝土矿资源不足严重制约了我国铝工业的进一步发展。

近年来，经研究开发出了“一步酸溶法”粉煤灰提取氧化铝的新工艺，可有效解决我国铝土矿资源紧缺的局面，实现煤炭资源高值化利用。但酸法氧化铝不适用于当前基于碱法氧化铝的电解工艺技术体系，其物理化学性质差异是主要原因。目前，国内以酸法氧化铝为原料的铝电解工艺技术尚处于开发阶段，因此，有必要针对酸法氧化铝电解工艺技术在目前碱法氧化铝电解生产技术的基础上进行综合优化。

传统铝电解槽能量利用率约占总能耗的一半，上部与侧部散热是主要热损失。侧部散热情况与电解槽内部槽帮的形状有密切关系，一般来说，槽帮偏厚，导致伸腿过长，侧部散热偏少；槽帮偏薄，可能导致内衬受损，侧部散热偏大。由此可见，需要开发一种新型技术来解决电解槽内部槽帮的形状缺陷问题。

发明内容

为克服现有的电解槽在电解过程中存在的槽帮不规整等缺陷，本发明的一个目的之一是提供一种电解槽的热平衡调节装置。

本发明的另一目的是提供一种电解槽的热平衡调节方法。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述电解槽设置有用于排放电解烟气的主烟气管道，其中，所述热平衡调节装置包括以下结构组成：

滑轨，设置于所述电解槽的外侧壁上；

一个或多个热交换装置，设置于所述滑轨上并能够沿所述滑轨移动；

第一烟气支管，设置于所述主烟气管道上；

空气供给装置；以及

混合气管道，围绕所述电解槽的外侧壁并与所述热交换装置相连，所述混合气管道包括进气端和出气端，所述进气端分别与所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连，所述出气端与所述主烟气管道相连。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述第一烟气支管上设置有收尘器。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述第一烟气支管上设置有流量调节装置。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述混合气管道的进气端设置有三通阀，其分别与所述进气端、所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述主烟气管道上设置有第二烟气支管，与所述混合气管道的出气端相连。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，按照电解烟气在所述主烟气管道中的流向，所述第一烟气支管设置在所述第二烟气支管的上游。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述热交换装置包括导热金属软管以及包围所述导热金属软管的保温层。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述滑轨上设置有可移动式卡槽，所述热交换装置设置于所述卡槽中。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置中，所述电解槽为酸法氧化铝电解槽。

本发明提供的电解槽的热平衡调节方法使用以上技术方案任一项所述的热平衡调节装置，将所述电解槽产生的电解烟气与空气按不同比例混合后得到混合气，通过所述混合气对所述电解槽的外侧壁进行热平衡调节。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置和方法具有以下优点：

(1)有效利用了电解过程中产生的高温烟气来动态调节电解槽侧部的热平衡，节省了能耗，通过热平衡调节能够保持电解槽槽帮形状的规整性，避免出现电解不稳定的现象，保障了电解槽安全、稳定地运行。

(2)可同时对电解烟气中的氧化铝含量进行监测，为后续氧化铝的改性提供了依据和基础。

(3)无需复杂设备，装置简单，便于安装和拆卸，调节方法易操作，安全性好且不影响电解过程的进行。

综上所述，本发明提供的电解槽的热平衡调节装置和方法适合工业化应用，特别适用于酸法氧化铝电解工艺，填补了相关技术的空白，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的热平衡调节装置的结构示意图；

图2为实施例2所使用的热平衡调节装置的局部结构示意图；

图3为实施例3所使用的热平衡调节装置的局部结构示意图；

图4为实施例所使用的热交换装置的结构示意图；

图5为实施例所使用的热交换装置的安装示意图；

其中，附图标记表示如下：

1、电解槽；2、主烟气管道；3、滑轨；4、热交换装置；5、第一烟气支管；6、空气供给装置；7、混合气管道；8、收尘器；9、流量调节装置；10、三通阀；11、第二烟气支管；12、卡槽；401、导热金属软管；402、保温层。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一”、“多”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

本发明的第一个方面提供一种电解槽的热平衡调节装置，如图1所示，电解槽1设置有用于排放电解烟气的主烟气管道2，其中，该热平衡调节装置包括以下结构组成：

滑轨3，设置于电解槽1的外侧壁上；

一个或多个热交换装置4，设置于滑轨3上并能够沿该滑轨3移动；

第一烟气支管5，设置于该主烟气管道2上；

空气供给装置6；以及

混合气管道7，围绕电解槽1的外侧壁并与热交换装置4相连，混合气管道7包括进气端和出气端，进气端分别与第一烟气支管5以及空气供给装置6相连，出气端与主烟气管道2相连。

在电解过程中，检查电解槽的侧部是否存在槽帮偏薄或偏厚的不规整现象，发现后，运行上述热平衡调节装置，将一个或多个的热交换装置4沿着滑轨3移动至需要保温或降温的区域，根据区域的数量、面积和形状(如电解槽端角)相应选择热交换装置4。将不同比例的电解烟气和空气分别通过第一烟气支管5和空气供给装置6由进气端送入混合气管道7中，形成的混合气通入热交换装置4后，可明显改变热交换装置4所在区域的温度，由此可对该区域的槽帮厚度进行调节直至达到槽帮规整。混合气由热交换装置4流出后，再通过混合气管道7返回至主烟气管道2中并被排出。

本发明提供的电解槽的热平衡调节装置可有效利用电解过程中产生的高温电解烟气，通过调节高温电解烟气与室温空气的比例与流量可实现对电解槽局部或全槽侧部的保温和散热，由此保持电解槽槽帮形状的规整性，避免出现电解不稳定的现象，保障电解槽安全、稳定地运行。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，滑轨3紧贴于电解槽1的外侧壁上，可采用导热性能良好的导热材料，如不锈钢材料；滑轨3可以为一体式，也可以为分段式，优选为分段式，可部分拆卸或安装。在一些实施例中，滑轨3可通过焊接设置于电解槽1的外壁上。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，第一烟气支管5上可设置有收尘器8，在电解烟气进入混合气管道7之前进行收尘，可防止粉尘堵塞管道，并可同时监测烟气中氧化铝的含量，为后续氧化铝的改性提供依据，此设置尤其适用于酸法氧化铝电解体系，因为其相对于碱法氧化铝具有松装密度低、颗粒强度小和安息角大的特点。进一步地，收尘器8可以为本领域常规的小型收尘器，例如，小型布袋收尘器、小型脉冲布袋收尘器、小型静电收尘器等。在一些实施例中，收尘器8可以为小型脉冲布袋收尘器。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，第一烟气支管5上还可设置有流量调节装置9，通过流量调节装置9可精确调节混合气中电解烟气的流量。在一些实施例中，流量调节装置9可以为常见的气体流量调节阀。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，混合气管道7的进气端设置有三通阀10，其分别与进气端、第一烟气支管以及空气供给装置相连，由此可更加精确地调节不同比例的混合气进入混合气管道7中。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，空气供给装置6可以为任意的能够将空气送入混合气管道7的装置或系统。在一些实施例中，空气供给装置6可以包括鼓风机以及连接鼓风机和混合气管道7进气端的空气管道，通过鼓风机向空气管道中鼓入空气，再进入混合气管道7中。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，主烟气管道2上可设置有第二烟气支管11，通过第二烟气支管11，使混合气管道7的出气端与主烟气管道2相连，经过热交换装置4后的混合气通过第二烟气支管11返回至主烟气管道2并被排出。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，按照电解烟气在主烟气管道2中的流向，第一烟气支管5设置在第二烟气支管11的上游，由此可更好地控制第一烟气支管5流出的电解烟气的温度和流量。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，热交换装置4可以为常见的热交换器，只要能使用混合气对电解槽侧壁进行保温或降温即可。优选地，如图4所示，热交换装置4可包括导热金属软管401以及包围导热金属软管401的保温层402，混合气由混合气管道7通入导热金属软管401中，对电解槽侧壁进行保温或降温。导热金属软管具有良好的导热性，而且还具有良好的强度和可塑性，能够根据不同的槽帮区域进行调整，如图3所示；保温层可以为常见的保温材料，包裹导热金属软管401没有与滑轨接触的部分，防止热量散失而影响热平衡调节效果。在一些实施例中，导热金属软管401可以为耐高温、抗氧化、导热性良好的铜合金方形软管，与滑轨3接触的一面光滑，保温层402可以为耐高温、耐腐蚀的橡胶方形软管，包裹铜合金方形软管与滑轨非接触的其余三面。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，当使用多个热交换装置4对电解槽的不同区域进行热平衡调节时，这些区域之间不会互相影响，热平衡调节可同时进行，也可以以不同的顺序先后进行，还可以根据实际温度情况由本领域技术人员来确定，当某些区域的热平衡调节完毕后，其他区域可继续进行。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，如图5所示，滑轨3上可设置有可移动式卡槽12，可将热交换装置4设置于卡槽12中，通过卡槽12的移动，带动热交换装置4沿滑轨移动。

在根据本发明的热平衡调节装置的一个实施方式中，尤其适用于以“一步酸溶法”由粉煤灰制得的酸法氧化铝作为电解物料的电解槽。当然，本发明的热平衡调节装置也可适用于常规的碱法氧化铝的电解槽。

本发明的第二个方面提供了一种电解槽的热平衡调节方法，使用本发明第一个方面所述的热平衡调节装置，将电解槽产生的电解烟气与空气按不同比例混合后得到混合气，通过混合气对电解槽的外侧壁进行热平衡调节。具体来说，当电解槽的某些(个)区域温度过低，需要加强保温时，可增大电解烟气的比例和流量，甚至可关闭空气供给装置；而当某些(个)区域温度较高，需要加强散热时，可减少电解烟气的比例和流量，甚至可关闭第一烟气支管，增大室温空气的流量。

在根据本发明的热平衡调节方法的一个实施方式中，混合气中的电解烟气与空气可以为任意比例，二者的体积比可以为(0-100)：(100-0)。

在根据本发明的热平衡调节方法的一个实施方式中，可根据实际测量的电解槽槽壳温度、电解烟气温度、气体压强等参数，通过现有技术，例如参考以下公式计算出混合气中电解烟气与空气的理想比例值，然后根据所得的比例值，由本领域技术人员结合实际的情况来相应调整热平衡调节装置，以达到最佳的调节效果。

n_烟气P_烟气V_烟气/RT_烟气+n_空气P_空气V_空气/RT_空气＝(n_烟气+n_空气)P_混合V_混合/RT_混合。

其中，P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的物质的量，T表示气体的温度，R为理想气体常数。

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

实施例1

在酸法氧化铝电解生产过程中发现电解槽大面侧部某一区域槽壳温度偏高，经人工测量，该处槽帮厚度为8cm，相对于正常的槽帮厚度15cm偏薄，需要增大这一区域散热，促使槽帮生长，规整槽膛。将热交换装置通过滑轨移至对应位置，关闭第一烟气支管上的流量调节阀，开启鼓风机，通过向热交换装置中通入空气来增大该区域的散热，一段时间后，经测量，该区域槽帮厚度达到15cm，关闭鼓风机，该区域热平衡调节完成。

实施例2

如图2所示，在酸法氧化铝电解生产过程中发现电解槽大面侧部某几处相隔较远的区域槽壳温度偏低，经人工测量，槽帮厚度相对于正常的槽帮厚度均偏厚，需要对这些区域进行保温，使槽帮消融一部分，规整槽膛。安装上所需数量的热交换装置并将热交换装置移至各自对应位置，打开并调节第一烟气支管的流量调节阀，开启鼓风机，调节三通流量阀，对几处区域同时进行保温，一段时间后，经测量，部分区域槽帮厚度恢复正常，关闭流量阀阀门，拆卸恢复正常区域的热交换装置，重新开启阀门，对尚未恢复的区域继续进行保温，待所有区域恢复正常后，关闭阀门，所有区域热平衡调节完成。

实施例3

如图3所示，在酸法氧化铝电解生产过程中发现电解槽出铝端角部温度偏高，根据端角形状相应设置热交换装置，其余部分同实施例1进行热平衡调节。

本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种电解槽的热平衡调节装置，所述电解槽设置有用于排放电解烟气的主烟气管道，其特征在于，所述热平衡调节装置包括以下结构组成：

滑轨，设置于所述电解槽的外侧壁上；

一个或多个热交换装置，设置于所述滑轨上并能够沿所述滑轨移动；

第一烟气支管，设置于所述主烟气管道上；

空气供给装置；以及

混合气管道，围绕所述电解槽的外侧壁并与所述热交换装置相连，所述混合气管道包括进气端和出气端，所述进气端分别与所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连，所述出气端与所述主烟气管道相连。

2.根据权利要求1所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述第一烟气支管上设置有收尘器。

3.根据权利要求2所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述混合气管道的进气端设置有三通阀，其分别与所述进气端、所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连。

4.根据权利要求2所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述第一烟气支管上设置有流量调节装置。

5.根据权利要求4所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述混合气管道的进气端设置有三通阀，其分别与所述进气端、所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连。

6.根据权利要求1所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述主烟气管道上设置有第二烟气支管，与所述混合气管道的出气端相连。

7.根据权利要求6所述的热平衡调节装置，其特征在于，按照电解烟气在所述主烟气管道中的流向，所述第一烟气支管设置在所述第二烟气支管的上游。

8.根据权利要求1所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述热交换装置包括导热金属软管以及包围所述导热金属软管的保温层。

9.根据权利要求8所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述滑轨上设置有可移动式卡槽，所述热交换装置设置于所述卡槽中。

10.根据权利要求1所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述混合气管道的进气端设置有三通阀，其分别与所述进气端、所述第一烟气支管以及所述空气供给装置相连。

11.根据权利要求1-10任一项所述的热平衡调节装置，其特征在于，所述电解槽为酸法氧化铝电解槽。

12.一种电解槽的热平衡调节方法，其特征在于，使用权利要求1-11任一项所述的热平衡调节装置，将所述电解槽产生的电解烟气与空气按不同比例混合后得到混合气，通过所述混合气对所述电解槽的外侧壁进行热平衡调节。

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