CN115142091A - 一种集成太阳能光热的电解铝生产系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，包括太阳能光热利用子系统和氧化铝电解子系统；太阳能光热利用子系统包括定日镜、吸热器、钠加热器以及回热器；来自太阳照射的辐射热量通过定日镜聚焦后投射到吸热器，吸热器的高温钠流体出口与钠加热器的工质进口相连通，钠加热器的工质出口与回热器的热侧进口相连通，回热器的热侧出口与钠冷凝器的热侧进口相连通，钠冷凝器的热侧出口与回热器的冷侧进口相连通，回热器的冷侧出口与吸热器的钠工质进口相连通；钠加热器设置在氧化铝电解子系统内。本发明通过将太阳能光热、基于金属钠传热、氧化铝电解槽等进行有效地组合，具有可再生能源利用水平高、碳排放低、经济性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于绿色铝生产领域，具体涉及一种集成太阳能光热的电解铝生产系统。
背景技术
电解铝行业属于高耗能行业，如何提升电解铝等高耗能行业的能源利用效率、降低碳排放强度具有非常重要的意义。
目前，电解铝企业主要以消耗煤电为主，占比达到80％以上，仅有少数比例的电解铝企业由于地域水电资源优势以水电为电力来源，约占比例10％。如何提高电解铝企业的非水可再生能源利用水平，降低电解铝过程中的碳排放强度一直是该领域的研究热点问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有电解铝行业非水可再生能源利用水平低的问题，提供了一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，该系统具有可再生能源利用水平高、碳排放低、经济性好等优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，包括太阳能光热利用子系统和氧化铝电解子系统；
所述太阳能光热利用子系统包括定日镜、吸热器、钠加热器以及回热器；
来自太阳照射的辐射热量通过定日镜聚焦后投射到吸热器，吸热器的高温钠流体出口与钠加热器的工质进口相连通，钠加热器的工质出口与回热器的热侧进口相连通，回热器的热侧出口与钠冷凝器的热侧进口相连通，钠冷凝器的热侧出口与回热器的冷侧进口相连通，回热器的冷侧出口与吸热器的钠工质进口相连通；
钠加热器设置在氧化铝电解子系统内。
本发明进一步的改进在于，太阳能光热利用子系统还包括与吸热器相连的储热装置。
本发明进一步的改进在于，还包括钠冷凝器，回热器的热侧出口与钠冷凝器的热侧进口相连通，钠冷凝器的热侧出口与回热器的冷侧进口相连通，回热器的冷侧出口与吸热器的钠工质进口相连通。
本发明进一步的改进在于，钠冷凝器的热侧出口经液态钠泵与回热器的冷侧进口相连通。
本发明进一步的改进在于，吸热器的管内传热介质为金属钠流体。
本发明进一步的改进在于，金属钠流体的温度范围为500-1100℃。
本发明进一步的改进在于，氧化铝电解子系统包括相连的氧化铝电解装置与电解铝电力供应装置；钠加热器设置在氧化铝电解装置内。
本发明进一步的改进在于，电解铝电力供应装置为火力发电装置或可再生能源发电装置。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，具有如下优点：本发明通过设置定日镜吸收太阳能，能够大幅度提升电解铝行业的可再生能源利用水平；通过设置钠加热器，以金属钠作为太阳能光热的传热流体，具有传热效率高、传热温度可与电解铝电解槽相匹配等优点，可显著降低电解铝行业的碳排放水平，并且可再生能源利用水平高、经济性好，克服了现有技术中电解铝企业主要以消耗煤电为主，能耗大，碳排放量大的问题。
进一步的，通过设置储热装置，可以更好的存储热量。进而实现太阳光热的连续稳定输入。
进一步的，通过设置钠冷凝器，对进行换热后的金属钠进行降温。
进一步的，通过设置氧化铝电解装置进行电解，氧化铝电解装置中发生电化学反应所需要的热量由钠加热器提供。
进一步的，电解铝电力供应装置可以是传统火力发电，也可以是可再生能源发电，甚至包括电网中难以利用的可再生能源弃电，提高了非水可再生能源的利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为定日镜，2为吸热器，3为氧化铝电解装置，4为电解铝电力供应，5为钠加热器，6为回热器，7为钠冷凝器，8为液态钠泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
参考图1，一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，包括太阳能光热利用子系统和氧化铝电解子系统；
所述太阳能光热利用子系统包括定日镜1、吸热器2、钠加热器5、回热器6、钠冷凝器 7和液态钠泵8；
来自太阳照射的辐射热量通过定日镜1聚焦后投射到吸热器2外表面，吸热器2的管内传热介质为金属钠流体，在吸热器2内，金属钠吸收所聚集的太阳辐射热量后温度升高形成高温钠流体，温度范围为500-1100℃。吸热器2的高温钠流体出口与钠加热器5的工质进口相连通，钠加热器5的工质出口与回热器6的热侧进口相连通，回热器6的热侧出口与钠冷凝器7的热侧进口相连通，钠冷凝器7的热侧出口与液态钠泵8的工质进口相连通，液态钠泵8的工质出口与回热器6的冷侧进口相连通，回热器6的冷侧出口与吸热器2的钠工质进口相连通。
所述氧化铝电解子系统包括氧化铝电解装置3与电解铝电力供应装置4；所述氧化铝电解装置3的物料进口与氧化铝供应箱相连通，氧化铝电解装置3的电源与电解铝电力供应装置4相连接，在氧化铝电解装置3中发生电化学反应，在氧化铝电解装置3的阴极上产生铝液，通过冷凝收集后可得到固体铝。所述氧化铝电解装置3中发生电化学反应所需要的热量由钠加热器5提供。
所述电解铝电力供应装置4可以是传统火力发电，也可以是可再生能源发电，甚至包括电网中难以利用的可再生能源弃电。
本发明的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统的工作过程为：通过将太阳光热聚集后用以加热金属钠流体，通过钠流体将可再生能源太阳能光热传递到氧化铝电解装置3中，从而实现电解铝行业大比例采用可再生能源、降低碳排放水平的目的。在具体实际应用过程中，太阳能光热系统可根据具体需要集成带与吸热器2相连的储热装置的系统，进而实现太阳光热的连续稳定输入。
本发明将太阳能光热、基于金属钠传热、氧化铝电解装置等进行有效地组合，具有可再生能源利用水平高、碳排放低、经济性好等优点。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
Claims (8)
1.一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，包括太阳能光热利用子系统和氧化铝电解子系统；
所述太阳能光热利用子系统包括定日镜(1)、吸热器(2)、钠加热器(5)以及回热器(6)；
来自太阳照射的辐射热量通过定日镜(1)聚焦后投射到吸热器(2)，吸热器(2)的高温钠流体出口与钠加热器(5)的工质进口相连通，钠加热器(5)的工质出口与回热器(6)的热侧进口相连通，回热器(6)的热侧出口与钠冷凝器(7)的热侧进口相连通，钠冷凝器(7)的热侧出口与回热器(6)的冷侧进口相连通，回热器(6)的冷侧出口与吸热器(2)的钠工质进口相连通；
钠加热器(5)设置在氧化铝电解子系统内。
2.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，太阳能光热利用子系统还包括与吸热器(2)相连的储热装置。
3.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，还包括钠冷凝器(7)，回热器(6)的热侧出口与钠冷凝器(7)的热侧进口相连通，钠冷凝器(7)的热侧出口与回热器(6)的冷侧进口相连通，回热器(6)的冷侧出口与吸热器(2)的钠工质进口相连通。
4.根据权利要求3所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，钠冷凝器(7)的热侧出口经液态钠泵(8)与回热器(6)的冷侧进口相连通。
5.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，吸热器(2)的管内传热介质为金属钠流体。
6.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，金属钠流体的温度范围为500-1100℃。
7.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，氧化铝电解子系统包括相连的氧化铝电解装置(3)与电解铝电力供应装置(4)；钠加热器(5)设置在氧化铝电解装置(3)内。
8.根据权利要求1所述的一种集成太阳能光热的电解铝生产系统，其特征在于，电解铝电力供应装置(4)为火力发电装置或可再生能源发电装置。
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