CN111575742A - 一种节能高效电解铝废气处理装置 - Google Patents

一种节能高效电解铝废气处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能高效电解铝废气处理装置，包括电解装置，所述电解装置顶部固定连接有第一管，所述第一管远离电解装置一端固定连接有轴流风机，所述轴流风机远离第一管一端固定连接有第二管，所述第二管远离轴流风机一端固定连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器外壁一侧固定连接有第三管，所述第三管内壁一侧贯穿有出气管。本发明将原本需要处理的氟化氢气体和一氧化碳气体转化为氟化氢液体和碳酸钙，而氟化氢液体为其他工业所需的原材料，碳酸钙为建筑材料，生产者可以将二者进行贩卖，不仅解决了废气处理的问题，还将废气转化为可以贩卖的经济物品，提高了工厂的收入来源，而且废气的排放也能达标。

Description

一种节能高效电解铝废气处理装置
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种节能高效电解铝废气处理装置。
背景技术
电解铝就是通过电解得到的铝，现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解装置内的两极上进行电化学反应，即电解。阳极产物主要是二氧化碳和一氧化碳气体，其中含有一定量的氟化氢等有害气体和固体粉尘，氟化氢的沸点为19.54℃，氟化氢属于剧毒物品，对人体会有巨大的损害，由于氢氟酸溶解氧化物的能力，它在铝和铀的提纯中起着重要作用。氢氟酸也用来蚀刻玻璃，可以雕刻图案、标注刻度和文字；半导体工业使用它来除去硅表面的氧化物，在炼油厂中它可以用作异丁烷和正丁烯的烷基化反应的催化剂，除去不锈钢表面的含氧杂质的“浸酸”过程中也会用到氢氟酸，氟化氢具有一定的经济价值。为保护环境和人类健康需对阳极气体进行净化处理，除去有害气体和粉尘后排入大气。阴极产物是铝液，铝液通过真空抬包从槽内抽出，送往铸造车间，在保温炉内经净化澄清后，浇铸成铝锭或直接加工成线坯、型材等，其产生的烟气中也会含有大量的热能，若不加以利用，会造成热能的浪费，灼热的氧化铜板可将一氧化碳发生化学反应，将一氧化碳转化成二氧化碳，其化学反应方程式为：CO+CuO＝Cu+CO2(加热)，汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，将机械能转化为电能，二氧化碳可以跟澄清石灰水反应生成碳酸钙，使澄清石灰水变浑浊：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3(沉淀)+H2O，碳酸钙也是重要的建筑材料，工业上用途甚广。
但是其在实际使用时，存在的主要技术问题首先为处理装置通常都是将电解时产生的氟化氢、一氧化碳、二氧化碳和固体粉尘进行过滤处理，使排出的空气达到规定标准，没有对这些生产废料进行有效利用，从新为工厂提供经济价值。其次为电解装置内发生电解时处于950℃-970℃的高温环境，电解装置会通过热传导将部分热量泄露，现有装置没有对这泄露的热量进行有效利用。
因此，发明一种节能高效电解铝废气处理装置来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种节能高效电解铝废气处理装置，通过气体冷却机将低温气体排至第三管内，使得第三管内的气体混合物的温度骤降，由于氟化氢的沸点为19.54℃，故而氟化氢转由气体转化为液体，然后氟化氢液体流至氟化氢液体储存罐内被收集储存起来，通过一氧化碳与第四管内的氧化铜板在高温情况下发生反应，使得一氧化碳变为二氧化碳，然后二氧化碳与储液槽内的石灰水反应，得到碳酸钙，二氧化碳被去除，氟化氢液体为其他工业所需的原材料，碳酸钙为建筑材料，生产者可以将二者进行贩卖，通过水蒸气带动汽轮机的叶片转动，从而使汽轮机发出电力，将电力储存在蓄电装置内供水泵、布袋除尘器、轴流风机、气体冷却机和热换器使用，以解决技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能高效电解铝废气处理装置，包括电解装置，所述电解装置顶部固定连接有第一管，所述第一管远离电解装置一端固定连接有轴流风机，所述轴流风机远离第一管一端固定连接有第二管，所述第二管远离轴流风机一端固定连接有布袋除尘器，所述布袋除尘器外壁一侧固定连接有第三管，所述第三管内壁一侧贯穿有出气管，所述出气管一端设有气体冷却机，所述气体冷却机输出端与出气管固定连接，所述出气管另一端固定连接有冷凝管，所述冷凝管外部开有出气孔，所述第三管底部固定连接有圆台管，所述圆台管底部固定连接有氟化氢液体储存罐，所述第三管外壁一侧固定连接有第四管，所述第四管内部固定连接有氧化铜板，所述第四管外部设有热换器，所述第四管远离第三管一端固定连接有储液槽，所述储液槽内部盛满有石灰水。
优选的，所述电解装置外壁一侧固定连接有矩形空心板，所述矩形空心板外壁一侧固定连接有蒸汽排气管，所述蒸汽排气管远离矩形空心板一端设有汽轮机。
优选的，所述矩形空心板外壁一侧固定连接有第一进水管，所述第一进水管远离矩形空心板一端固定连接有单向阀，所述单向阀远离第一进水管一端固定连接有第二进水管，所述第二进水管远离单向阀一端固定连接有计量阀。
优选的，所述计量阀远离第二进水管一端固定连接有三通管，所述三通管远离计量阀一端固定连接有水泵，所述水泵远离三通管一端固定连接有第三进水管。
优选的，所述矩形空心板的数量设置为两个，两个矩形空心板对称分布于电解装置外壁两侧。
优选的，所述汽轮机一端设有蓄电装置，所述蓄电装置与汽轮机电性连接，所述水泵、布袋除尘器、轴流风机、气体冷却机和热换器均与蓄电装置电性连接。
优选的，所述计量阀的数量设置为两个，两个计量阀对称分布于三通阀两端，两个第一进水管分别与两个矩形空心板固定连接。
优选的，所述氧化铜板的数量设置为多个，多个氧化铜板呈线性阵列分布于第四管内部，所述出气孔的数量设置为多个，多个出气孔等距分布于冷凝管内。
在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
1、通过轴流风机将电解装置内阳极产生的二氧化碳、一氧化碳、氟化氢和固体粉尘吸到布袋除尘器内，利用布袋除尘器将固体粉尘过滤掉，同时布袋除尘器过滤掉的固体粉尘易于在布袋除尘器内的灰桶中集中处理，通过气体冷却机将低温气体排至第三管内，使得第三管内的气体混合物的温度骤降，由于氟化氢的沸点为19.54℃，故而氟化氢转由气体转化为液体，然后氟化氢液体流至氟化氢液体储存罐内被收集储存起来，使得氟化氢被收集起来，不会对人体造成损伤，处理之后可以拿来贩卖，提高了经济价值，为工厂提供了资金来源，通过一氧化碳与第四管内的氧化铜板在高温情况下发生反应，使得一氧化碳变为二氧化碳，然后二氧化碳与储液槽内的石灰水反应，得到碳酸钙，二氧化碳被去除，使得工厂的二氧化碳排放达到标准，此装置将原本需要处理的氟化氢气体和一氧化碳气体转化为氟化氢液体和碳酸钙，而氟化氢液体为其他工业所需的原材料，碳酸钙为建筑材料，生产者可以将二者进行贩卖，不仅解决了废气处理的问题，还将废气转化为可以贩卖的经济物品，提高了工厂的收入来源，而且废气的排放也能达标；
2、通过水蒸气带动汽轮机的叶片转动，从而使汽轮机发出电力，将电力储存在蓄电装置内供水泵、布袋除尘器、轴流风机、气体冷却机和热换器使用，使原本电解装置运行时产生的高温得到了有效利用，减少了工厂对于外界电力的需求，减少了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的立体图；
图3为本发明的矩形空心板与第一进水管连接示意图；
图4为本发明的第三管内部局部结构示意图；
图5为本发明的矩形空心板与蒸汽排气管连接示意图；
图6为本发明的第四管内部结构示意图；
图7为本发明的第四管侧剖图。
附图标记说明：
1电解装置、2第一管、3轴流风机、4第二管、5布袋除尘器、6第三管、7出气管、8气体冷却机、9冷凝管、10出气孔、11圆台管、12氟化氢液体储存罐、13第四管、14氧化铜板、15热换器、16储液槽、17石灰水、18矩形空心板、19蒸汽排气管、20汽轮机、21第一进水管、22单向阀、23第二进水管、24计量阀、25三通管、26水泵、27第三进水管、28蓄电装置。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
本发明提供了如图1-7所示的一种节能高效电解铝废气处理装置，包括电解装置1，所述电解装置1顶部固定连接有第一管2，所述第一管2远离电解装置1一端固定连接有轴流风机3，所述轴流风机3远离第一管2一端固定连接有第二管4，所述第二管4远离轴流风机3一端固定连接有布袋除尘器5，所述布袋除尘器5外壁一侧固定连接有第三管6，所述第三管6内壁一侧贯穿有出气管7，所述出气管7一端设有气体冷却机8，所述气体冷却机8输出端与出气管7固定连接，所述出气管7另一端固定连接有冷凝管9，所述冷凝管9外部开有出气孔10，所述第三管6底部固定连接有圆台管11，所述圆台管11底部固定连接有氟化氢液体储存罐12，所述第三管6外壁一侧固定连接有第四管13，所述第四管13内部固定连接有氧化铜板14，所述第四管13外部设有热换器15，所述第四管13远离第三管6一端固定连接有储液槽16，所述储液槽16内部盛满有石灰水17。
进一步的，在上述技术方案中，所述汽轮机20一端设有蓄电装置28，所述蓄电装置28与汽轮机20电性连接，所述水泵26、布袋除尘器5、轴流风机3、气体冷却机8和热换器15均与蓄电装置28电性连接，通过蓄电装置28对布袋除尘器5、轴流风机3、气体冷却机8和热换器15提供电力，减少此设备对外界电力的需求，减少了电费，减少了生产成本。
进一步的，在上述技术方案中，所述氧化铜板14的数量设置为多个，多个氧化铜板14呈线性阵列分布于第四管13内部，所述出气孔10的数量设置为多个，多个出气孔10等距分布于冷凝管9内，通过冷凝管9上的多个出气孔10，将冷凝管9内的低温气体排至第三管6内，使第三管6内温度骤降，使得氟化氢气体在低温情况下由气体转化为液体，从而流淌至氟化氢液体储存罐12内被收集起来，通过热换器15的工作状态下使得第四管13内处于高温状态，通过第四管13内的一氧化碳与氧化铜板14发生如下反应：CO+CuO＝Cu+CO2加热，将有毒的一氧化碳转化为二氧化碳。
实施方式具体为：启动轴流风机3、布袋除尘器5和气体冷却机8，轴流风机3产生轴向风力，将电解装置1内的二氧化碳、一氧化碳、氟化氢和固体粉尘吸入第一管2内并通过第二管4排至布袋除尘器5内，固体粉尘被布袋除尘器5过滤，通过轴流风机3将电解装置1内阳极产生的二氧化碳、一氧化碳、氟化氢和固体粉尘吸到布袋除尘器5内，利用布袋除尘器5将固体粉尘过滤掉，同时布袋除尘器5过滤掉的固体粉尘易于在布袋除尘器5内的灰桶中集中处理，剩下的气体混合物从布袋除尘器5内进入第三管6中，气体冷却机8将冷却后的空气排至出气管7内，然后冷却气体通过出气管7进入冷凝管9内，之后从冷凝管9上的出气孔10排出，第三管6内的气体混合物与冷却气体混合后温度骤降，当温度低于19.54℃时，氟化氢由气体转化为液体，氟化氢液体流淌到圆台管11内，最后流至氟化氢液体储存罐12内被收集储存起来，通过气体冷却机8将低温气体排至第三管6内，使得第三管6内的气体混合物的温度骤降，由于氟化氢的沸点为19.54℃，故而氟化氢转由气体转化为液体，然后氟化氢液体流至氟化氢液体储存罐12内被收集储存起来，使得氟化氢被收集起来，不会对人体造成损伤，处理之后可以拿来贩卖，提高了经济价值，为工厂提供了资金来源，之后气体混合物进入第四管13内，热换器15的工作状态下使得第四管13内处于高温状态，通过第四管13内的一氧化碳与氧化铜板14发生如下反应：CO+CuO＝Cu+CO2加热，将有毒的一氧化碳转化为二氧化碳，之后气体混合物通过第四管13进入储液槽16内，气体混合物内的二氧化碳与储液槽16内的石灰水17发生如下反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3(沉淀)+H2O，二氧化碳被处理掉，通过一氧化碳与第四管13内的氧化铜板14在高温情况下发生反应，使得一氧化碳变为二氧化碳，然后二氧化碳与储液槽16内的石灰水17反应，二氧化碳被去除，使得工厂的二氧化碳排放达到标准，此装置将原本需要处理的氟化氢气体和一氧化碳气体转化为氟化氢液体和碳酸钙，而氟化氢液体为其他工业所需的原材料，碳酸钙为建筑材料，生产者可以将二者进行贩卖，不仅解决了废气处理的问题，还将废气转化为可以贩卖的经济物品，提高了工厂的收入来源，而且废气的排放也能达标，该实施方式具体解决了现有技术中存在的处理装置通常都是将电解时产生的氟化氢、一氧化碳、二氧化碳和固体粉尘进行过滤处理，使排出的空气达到规定标准，没有对这些生产废料进行有效利用，从新为工厂提供经济价值的问题。
如图1-7所示：所述电解装置1外壁一侧固定连接有矩形空心板18，所述矩形空心板18外壁一侧固定连接有蒸汽排气管19，所述蒸汽排气管19远离矩形空心板18一端设有汽轮机20，通过电解装置1在工作时产生的高温传递给矩形空心板18，使得矩形空心板18内的水被加热，水由液体转化为气体，产生的水蒸气通过蒸汽排气管19带动汽轮器上的叶片，汽轮机20发电，利用了电解装置1工作时浪费的热能，将其转化为电能。
进一步的，在上述技术方案中，所述矩形空心板18外壁一侧固定连接有第一进水管21，所述第一进水管21远离矩形空心板18一端固定连接有单向阀22，所述单向阀22远离第一进水管21一端固定连接有第二进水管23，所述第二进水管23远离单向阀22一端固定连接有计量阀24，通过单向阀22防止蒸汽回流至第二进水管23内，通过计量阀24得知进入矩形空心板18内水的量，通过两个计量阀24的数值不同，可以判断电解装置1两边反应的程度是否相同。
进一步的，在上述技术方案中，所述计量阀24远离第二进水管23一端固定连接有三通管25，所述三通管25远离计量阀24一端固定连接有水泵26，所述水泵26远离三通管25一端固定连接有第三进水管27，通过第三进水管27与外部水源固定连接，水泵26将外部水源内的水泵26入矩形空心板18内，通过三通管25使得水泵26泵入的水同时经过两个计量阀24。
进一步的，在上述技术方案中，所述矩形空心板18的数量设置为两个，两个矩形空心板18对称分布于电解装置1外壁两侧，通过电解装置1工作时产生的高温传递给矩形空心板18，矩形空心板18内的水被高温转化为水蒸气，水蒸气成为汽轮机20产生电力的动力。
进一步的，在上述技术方案中，所述计量阀24的数量设置为两个，两个计量阀24对称分布于三通阀两端，两个第一进水管21分别与两个矩形空心板18固定连接，通过两个计量阀24可以分别测得进入两个矩形空心板18内的水的量，从而可以判断两个矩形空心板18之间谁的内部压强大，从而判断两个矩形空心板18哪一个吸收的热量多，从而判断电解装置1内部反应是否均匀。
实施方式具体为：将第三进水管27与外部水源连通，然后启动水泵26，水泵26将外界水通过第三进水管27泵入三通管25内，水依次经过计量阀24、第二进水管23、单向阀22和第一进水管21，最后水进入矩形空心体内，电解装置1反应时产生950℃-970℃的温度，电解装置1会泄露较多的热量，此热量被矩形空心板18吸收，矩形空心板18升温，矩形空心板18吸收的高温将水煮沸，水从液体变为水蒸气，矩形空心板18内部气压增强，水蒸气从蒸汽排气管19传输至汽轮机20中，带动汽轮机20叶片转动，叶片带动汽轮机20转子转动，从而汽轮机20产生电力，汽轮机20通过与蓄电装置28的电性连接，将电力输入蓄电池内储存，蓄电池内的电供水泵26、布袋除尘器5、轴流风机3、气体冷却机8和热换器15使用，此装置将电解装置1运行时产生的高温用来使水加热成水蒸气，通过水蒸气带动汽轮机20的叶片转动，从而使汽轮机20发出电力，将电力储存在蓄电装置28内供水泵26、布袋除尘器5、轴流风机3、气体冷却机8和热换器15使用，使原本电解装置1运行时产生的高温得到了有效利用，减少了工厂对于外界电力的需求，减少了生产成本，该实施方式具体解决了现有技术中存在的电解装置1内发生电解时处于950℃-970℃的高温环境，电解装置1会通过热传导将部分热量泄露，现有装置没有对这泄露的热量进行有效利用的问题。
本实用工作原理：
参照说明书附图1-7，启动轴流风机3、布袋除尘器5和气体冷却机8，轴流风机3产生轴向风力，将电解装置1内的二氧化碳、一氧化碳、氟化氢和固体粉尘吸入第一管2内并通过第二管4排至布袋除尘器5内，固体粉尘被布袋除尘器5过滤，剩下的气体混合物从布袋除尘器5内进入第三管6中，气体冷却机8将冷却后的空气排至出气管7内，然后冷却气体通过出气管7进入冷凝管9内，之后从冷凝管9上的出气孔10排出，第三管6内的气体混合物与冷却气体混合后温度骤降，当温度低于19.54℃时，氟化氢由气体转化为液体，氟化氢液体流淌到圆台管11内，最后流至氟化氢液体储存罐12内被收集储存起来，之后气体混合物进入第四管13内，热换器15的工作状态下使得第四管13内处于高温状态，通过第四管13内的一氧化碳与氧化铜板14发生如下反应：CO+CuO＝Cu+CO2加热，将有毒的一氧化碳转化为二氧化碳，之后气体混合物通过第四管13进入储液槽16内，气体混合物内的二氧化碳与储液槽16内的石灰水17发生如下反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3(沉淀)+H2O，二氧化碳被处理掉；
参照说明书附图1-7，将第三进水管27与外部水源连通，然后启动水泵26，水泵26将外界水通过第三进水管27泵入三通管25内，水依次经过计量阀24、第二进水管23、单向阀22和第一进水管21，最后水进入矩形空心体内，电解装置1反应时产生950℃-970℃的温度，电解装置1会泄露较多的热量，此热量被矩形空心板18吸收，矩形空心板18升温，矩形空心板18吸收的高温将水煮沸，水从液体变为水蒸气，矩形空心板18内部气压增强，水蒸气从蒸汽排气管19传输至汽轮机20中，带动汽轮机20叶片转动，叶片带动汽轮机20转子转动，从而汽轮机20产生电力，汽轮机20通过与蓄电装置28的电性连接，将电力输入蓄电池内储存，蓄电池内的电供水泵26、布袋除尘器5、轴流风机3、气体冷却机8和热换器15使用。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种节能高效电解铝废气处理装置，包括电解装置(1)，其特征在于：所述电解装置(1)顶部固定连接有第一管(2)，所述第一管(2)远离电解装置(1)一端固定连接有轴流风机(3)，所述轴流风机(3)远离第一管(2)一端固定连接有第二管(4)，所述第二管(4)远离轴流风机(3)一端固定连接有布袋除尘器(5)，所述布袋除尘器(5)外壁一侧固定连接有第三管(6)，所述第三管(6)内壁一侧贯穿有出气管(7)，所述出气管(7)一端设有气体冷却机(8)，所述气体冷却机(8)输出端与出气管(7)固定连接，所述出气管(7)另一端固定连接有冷凝管(9)，所述冷凝管(9)外部开有出气孔(10)，所述第三管(6)底部固定连接有圆台管(11)，所述圆台管(11)底部固定连接有氟化氢液体储存罐(12)，所述第三管(6)外壁一侧固定连接有第四管(13)，所述第四管(13)内部固定连接有氧化铜板(14)，所述第四管(13)外部设有热换器(15)，所述第四管(13)远离第三管(6)一端固定连接有储液槽(16)，所述储液槽(16)内部盛满有石灰水(17)。
2.根据权利要求1所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述电解装置(1)外壁一侧固定连接有矩形空心板(18)，所述矩形空心板(18)外壁一侧固定连接有蒸汽排气管(19)，所述蒸汽排气管(19)远离矩形空心板(18)一端设有汽轮机(20)。
3.根据权利要求2所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述矩形空心板(18)外壁一侧固定连接有第一进水管(21)，所述第一进水管(21)远离矩形空心板(18)一端固定连接有单向阀(22)，所述单向阀(22)远离第一进水管(21)一端固定连接有第二进水管(23)，所述第二进水管(23)远离单向阀(22)一端固定连接有计量阀(24)。
4.根据权利要求3所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述计量阀(24)远离第二进水管(23)一端固定连接有三通管(25)，所述三通管(25)远离计量阀(24)一端固定连接有水泵(26)，所述水泵(26)远离三通管(25)一端固定连接有第三进水管(27)。
5.根据权利要求2所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述矩形空心板(18)的数量设置为两个，两个矩形空心板(18)对称分布于电解装置(1)外壁两侧。
6.根据权利要求4所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述汽轮机(20)一端设有蓄电装置(28)，所述蓄电装置(28)与汽轮机(20)电性连接，所述水泵(26)、布袋除尘器(5)、轴流风机(3)、气体冷却机(8)和热换器(15)均与蓄电装置(28)电性连接。
7.根据权利要求3所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述计量阀(24)的数量设置为两个，两个计量阀(24)对称分布于三通阀两端，两个第一进水管(21)分别与两个矩形空心板(18)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种节能高效电解铝废气处理装置，其特征在于：所述氧化铜板(14)的数量设置为多个，多个氧化铜板(14)呈线性阵列分布于第四管(13)内部，所述出气孔(10)的数量设置为多个，多个出气孔(10)等距分布于冷凝管(9)内。
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