CN117888147A - 一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 - Google Patents
一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117888147A CN117888147A CN202410078148.0A CN202410078148A CN117888147A CN 117888147 A CN117888147 A CN 117888147A CN 202410078148 A CN202410078148 A CN 202410078148A CN 117888147 A CN117888147 A CN 117888147A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat
- temperature
- anode carbon
- carbon block
- air
- 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.)
- Pending
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 128
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 128
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 81
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 80
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 48
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 14
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 10
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 9
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 1
- 230000000153 supplemental effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000010517 secondary reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
- C25C3/125—Anodes based on carbon
-
- 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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
-
- 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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts
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)
Abstract
本发明提供一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法,系统包括热交换器、热风管道、回风管道、循环风机、除尘器、外排风机、保温箱、阳极炭块组;热交换器,多个热交换器安装在电解槽侧部外壳上,其中热交换器中的散热片通过导热材料固定在电解槽侧部外壳上。热风管道,一端与热交换器的出风管连接,另一端连接至保温箱内。保温箱,阳极炭块组放置于保温箱内,安装在电解槽旁,仅在使用时打开。除尘器,安装在保温箱上,与保温箱相连通,用于循环空气和外排空气除尘。本发明结构简单,热传递介质为循环空气,安全可靠,直接利用废热,投资成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域,尤其涉及一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法。
背景技术
铝电解过程中,每吨铝的生产消耗约13500kWh的电能,由于电解铝工艺余热回收技术及废热利用工艺的不足,其中近一半的电能量以热量的形式耗散损失。铝电解槽各部分的散热比例由电解槽自身的结构所决定,据测量情况分析,电解槽所散发掉的热量中:电解槽烟气占24%、顶部占25%、侧部占37%、底部占14%,可见侧部余热损失最为严重。按照2022年中国原铝产量计算,铝电解槽因侧部余热未回收而损失2.06×1010kWh的电能,折算年损失超百亿元,造成能源的严重浪费。
铝电解槽侧部余热是通过槽壳侧壁自热对流的形式扩散出来,铝电解槽侧壁结构主要包括保温砖、耐火砖、防渗料、钢板等,槽内部950-970℃的高温热量透过多层侧壁传递,最终使槽壳侧部钢板外侧温度高达350℃,其余热的回收具有很高的利用和应用前景,所以铝电解槽侧部余热回收利用技术的研发具有很高的经济价值和社会效益,也是响应国家节能减排的重要举措。
现有技术的方案有:
(1)2006年中南大学,利用热声热机将侧部散热转换为声能,热换介质是氮气、氦气等惰性气体。
(2)2008年东北大学,将冷却装置安置在电解槽槽壳内侧,对侧部散失热量进行回收,热换介质是NaNO2熔盐体系。
(3)2013年中南大学,利用槽侧部采用半导体余热温差发电,无热换介质。
(4)2019年中南大学,利用槽侧部余热有机朗肯循环发电,热换介质是有机工质。
现有技术方案存在的技术缺陷是:
(1)利用热声热机将侧部散热转换为声能技术,虽热声技术回收效率可达30%,但热声技术对材料高度依赖,成本高,且易泄露,不适宜铝电解大工业环境。
(2)将冷却装置安置在电解槽槽壳内侧,对侧部散失热量进行回收技术,虽换热温度高,余热利用应用范围广,但换热装置需安置在电解槽内部,对本就难以加工的侧部提高难度,且易出现熔盐介质泄露腐蚀、漏炉等风险。
(3)利用槽侧部采用半导体余热温差发电技术,虽直接以电能形式回收废热,但换热效率极低,通常在8%以下。
(4)利用槽侧部余热有机朗肯循环发电技术,虽直接以电能形式回收废热,但换热工质易泄露,风险较大,且汽轮机等装置复杂、成本高、维护难度大。
铝电解阳极炭块需定期更换,更换下来的残极有高温和高粉尘特点。以往一般就放在阳极炭块组旁边自然冷却和随意排放,待阳极炭块组托盘全部换为残极时,由专用转运车辆运走。近年由于环保要求,新建电解铝厂设计残极冷却箱,高温和高粉尘通过管道输送至电解烟气净化系统管网内,但该残极冷却箱数量有限和操作不便,实际使用效果不理想。
现有技术提出铝电解槽烟气预热阳极炭块的探索研究,主要是应用热传递原理,建立余热回收热交换的数学模型,以此对余热回收的效率进行计算,结果表明余热回收效率较低,要完全达到回收阳极余热的要求,尚需要加入外部的热源。
铝电解槽烟气预热阳极炭块的探索研究存在以下缺陷:烟气温度偏低,因集气罩不是封闭结构,大量常温空气与高温烟气结合后的温度一般在130摄氏度以内;烟气通过长距离管道输送,一般管道至少300-500米以外,热损失较为严重,且改烟气无法做到循环和累积热量,因该烟气中有HF、SO2等成分需净化处理。集中存放阳极炭块的厂房空间较大,即使采用保温措施,热损更为严重。烟气温度加热炭块温度有限,且经阳极炭块运输或放置电解槽旁较长时间后,热量损失殆尽。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷,提供一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法。利用自然空气作为传热介质,不存在泄露等安全风险。换热装置安置在电解槽外侧部,对电解槽的内部结构和工艺影响极小。本发明直接利用余热加热电解槽所需的阳极炭块,工艺简单、可靠性强。
本发明通过空气可对铝电解槽侧部温差较大区域进行温度补偿和平衡,同时对温度的调整,反向对电解槽侧部温度进行控制,有利于电解槽内部炉帮的规整度、厚度的调整,从而达到电流均匀分布,节约电能的目的。
定期更换出的阳极炭块残极具有高温、高粉尘特点,本发明能够将其中的高温余热再次利用,同时解决粉尘散排和阳极炭块残极的冷却问题。
保温箱外排的热空气可高效利用。因保温箱外排热空气的地方处于安全区域,可继续采用高效的热传递介质,集中高效充分利用外排废热。
本发明采用如下技术方案:
一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统,包括热交换器、热风管道、回风管道、保温箱、阳极炭块组。
热交换器,多个热交换器安装在电解槽侧部外壳上,其中热交换器中的散热片通过导热材料固定在电解槽侧部外壳上;
热风管道,一端与热交换器的出风管连接,另一端连接至保温箱内;
回风管道,一端与热交换器的进风管连接,另一端连接至保温箱出口;
保温箱,阳极炭块组放置于保温箱内,仅在使用时打开。
进一步的,还包括调温装置Ⅰ,调温装置Ⅰ安装在保温箱上,与保温箱连通;回风管道调整为:一端与热交换器的进风管连接,另一端连接至保温箱的调温装置Ⅰ。
进一步的,还包括安装在回风管道上的循环风机和/或安装在热风管道上的循环风机,系统设定所需温度和风量经回风管道和/或热风管道、循环风机加压回风至电解槽侧部热交换器。
进一步的,阳极炭块残极也一并放置于分区的保温箱内。
进一步的,当保温箱内放置阳极炭块残极时,回风管道一端与热交换器的进风管连接,还包括:
除尘器,安装在保温箱上,与保温箱相连通,用于循环空气除尘和外排空气除尘;
调温装置Ⅱ,安装在除尘器后,安装在除尘器后,一端与除尘器相连通,另一端通过管道Ⅰ与循环风机相连,用于调节循环空气的热量;
循环风机,循环风机另一端与回风管道连接;
外排风机,外排风机一端与除尘器连通,外排风机另一端与余热回收装置连通。
进一步的,在保温箱内还安装有加热装置,用于对阳极炭块组进行额外补充加热。
进一步的,所有电解槽侧部外壳均安装有热交换器,热交换器的数量根据电解槽侧壁槽型设计决定。
进一步的,热交换器安装在铝电解槽侧部温度不同的位点以及铝电解槽的进电侧和出电侧。
进一步的,热风管道和回风管道外包裹有保温材料。
进一步的,保温箱位于电解槽旁。
一种利用铝电解废热加热阳极炭块的方法,包括以下步骤:
步骤1.安装好铝电解废热加热阳极炭块系统,利用电解槽侧部高温废热传导至热交换器中加热循环空气;
步骤2.加热后的循环空气通过出风口进入热风管道,通过热风管道进入保温箱内;
步骤3.循环空气对保温箱内的阳极炭块组(未使用的)进行加热,冷却后的空气经调温装置Ⅰ回风管道再次送入热交换器中加热。
进一步的,利用安装在回风管道上的循环风机对循环空气进行加压再次送入热交换器中加热。
进一步的,当保温箱分至少二个以上独立区域,电解槽使用的阳极炭块残极也一并放置在保温箱内时,利用阳极炭残极高温废热封闭加热低温阳极炭块组;
当保温箱内的其中一个区域放置阳极炭块残极温度过高达到设定值时,关闭除尘器入口,高温气体在保温箱内继续加热阳极炭块,回风则经另一个独立区域的调温装置Ⅰ调整进入回风管道的风量和温度,将所需的温度和风量经回风管道和循环风机加压至电解槽侧部热交换器;
当保温箱内放置的阳极炭块残极随时间降至设定值时,打开除尘器入口,多余的热空气经外排风机排出,剩余的回风经过调温装置Ⅱ调整风量和温度,将需要的温度和风量经回风管道和循环风机加压至电解槽侧部热交换器;
保温箱多个独立区域循环切换。
进一步的,保温箱内阳极炭块未达到电解时所需温度时,可选择通过加热装置对阳极炭块进行额外补充加热使其满足使用时的温度。
本发明的有益效果:
本发明结构简单,热传递介质为空气,安全可靠,直接利用废热,投资成本低。围绕铝电解工艺装备现状和工艺迫切需求,与现有技术或发明相比有以下优点:(1)利用电解槽侧部废热加热阳极炭块,效益最为直接,而非其它类似发明基本用于发电间接利用。(2)同时充分利用保温箱、除尘器和调温装置等将阳极炭块残极废热直接利用,粉尘统一处理,减少了残极冷却系统的投资。(3)利用可调循环风量和温度,平衡温差区域和调整电解铝侧部温度的功能。(4)保温箱结合了循环空气等加热技术,补充加热的特殊要求。(5)经保温箱外排的废热气体可再次高效集中回收利用。
本发明避免了铝电解槽烟气预热阳极炭块的探索研究的问题,且结构合理简单,便于应用。废热的利用区域是电解槽侧部温度偏高区域(即热量损失最为集中区域),且温度稳定持续;输送热量的管道距离较短,一般在35米以内,且该管道采用循环方式,极容易形成热量累积和热量高低平衡点。本发明的保温箱空间较小,且在电解槽旁边,加热时间较短,热损较小。加热后的阳极炭块只有使用时才打开保温箱取出,极短时间安装到电解槽内,暴露常温环境时间较短,热损较小。
术语解释:
电解铝:现代工业冶炼原铝工艺唯一的方法是霍尔-埃鲁铝电解法,由美国的霍尔和法国的埃鲁于1886年发明。霍尔-埃鲁铝电解法是以氧化铝为原料、冰晶(Na3AlF6)为熔剂组成的电解质,在950-970℃的条件下通过电解的方法使电解质熔体中的氧化铝分解为铝和氧,铝在碳阴极以液相形式析出,氧在碳阳极上以二氧化碳气体的形式逸出。
铝电解槽:是铝电解生产的主要热工设备。在电解槽中,溶融冰晶石是溶剂,氧化铝作为溶质溶解在其中,以预焙阳极炭块作为阳极,铝液作为阴极,通入强大的直流电后,在950-970度下在电解槽的两极上进行电化学反应,在阴极得到铝液,在阳极得到气体,其铝电解过程即在电解槽内发生。
阳极炭块:是指以石油焦、沥青焦为骨料,煤沥青为黏结剂生产的炭块,用作预焙铝电解槽做阳极材料。这种炭块已经过焙烧,具有稳定的几何形状,所以也称预焙阳极炭块、习惯上又称为铝电解用炭阳极。
阳极炭块残极:阳极炭块在电解铝过程中,会逐渐被消耗而形成残极。
保温箱:用于对阳极炭块组存放、保温、除尘的箱体。同时也存放阳极炭块残极,且回收其烟尘和余热。
炉帮:电解槽生产指标取决于炉膛内的规整度,炉帮空或炉底不平,电压稳定性差,铝液波动较大,加剧铝的二次反应,降低电流效率,若要维持正常运行,则需提高电压,加剧了能源消耗。而较好的炉帮,能起到电解槽的保温,降低了热量损失,从而降低电压,减少侧部水平电流,降低空耗。
附图说明
图1为本发明实施例1系统结构示意图;
图2为本发明实施例2系统结构示意图;
图3为本发明实施例3系统结构示意图。
图中,1-热交换器、2-热风管道、3-回风管道、4-循环风机、5-除尘器、6-调温装置、7-外排风机、8-保温箱、9-阳极炭块组、10-加热装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
目前为止,将铝电解槽侧部废热利用加热阳极炭块的技术应用工艺或发明还没有。本发明主要是利用铝电解槽侧部废热实现高效热传递效率。
实施例1
一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统,包括热交换器1、热风管道2、回风管道3、保温箱8、阳极炭块组9。
热交换器1,多个热交换器1安装在电解槽侧部外壳上,其中热交换器1中的散热片通过导热材料固定在电解槽侧部外壳上;散热片吸收电解槽侧部的热量,散热片对热交换器1中的空气进行加热。
热风管道2,依据风量、风速、绝缘和保温等要求进行敷设,其主要考虑低流体阻力和管径等因素。一端与热交换器1的出风管连接,另一端连接至保温箱9内。
回风管道3,依据风量、风速、绝缘和保温等要求进行敷设,其主要考虑低流体阻力和管径等因素。一端与热交换器1的进风管连接,另一端连接至保温箱9出口一端。
两管道设计目的是将热交换器1的循环空气通过热风管道2给保温箱8内的阳极炭块组9加热。
保温箱8,阳极炭块组9(未使用过的)放置于保温箱8内,仅在使用时打开。
实施例2
如图1所示,一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统,包括热交换器1、热风管道2、回风管道3、保温箱8、阳极炭块组9。
热交换器1,多个热交换器1安装在电解槽侧部外壳上,其中热交换器1中的散热片通过导热材料固定在电解槽侧部外壳上;散热片吸收电解槽侧部的热量,散热片对热交换器1中的空气进行加热。
热风管道2,依据风量、风速、绝缘和保温等要求进行敷设,其主要考虑低流体阻力和管径等因素。一端与热交换器1的出风管连接,另一端连接至保温箱9内。
回风管道3,依据风量、风速、绝缘和保温等要求进行敷设,其主要考虑低流体阻力和管径等因素。一端与热交换器1的进风管连接,另一端连接至保温箱9的调温装置Ⅰ6的一端。
两管道设计目的是将热交换器1的循环空气通过热风管道2给保温箱8内的阳极炭块组9加热。
调温装置Ⅰ6,安装在保温箱上,与保温箱连通。
保温箱8,阳极炭块组9(未使用过的)放置于保温箱8内,仅在使用时打开。
所有电解槽侧部外壳均安装有热交换器,热交换器的数量根据电解槽侧壁槽型设计决定。
热交换器1安装在铝电解槽侧部温度不同的位点以及铝电解槽的进电侧和出电侧。由于电解槽侧部各处的温度不同,影响炉帮厚度不均匀,影响铝电解的效率,不同部位的热交换器通过热风管道和回风管道组成一个闭合的循环系统,使系统内安装有热交换器的电解槽各个侧部温度趋于平衡、铝电解槽进电侧、出电侧温差缩小,使炉帮厚度趋于一致,从而提高了铝的电解效率。
热风管道2和回风管道3外包裹有保温材料,用于防止热量从管壁传递至外界。
保温箱8位于电解槽旁,热风管道2和回风管道3的长度均在35m以内。缩短热风管道2和回风管道3的长度,用于保证热量尽可能的用于加热阳极炭块组和安装阳极炭块的热损最小。
实施例3
如图2所示,实施例2与实施例1结构基本相同,不同之处在于,在回风管道3上增设有循环风机4和/或增设循环风机4于热风管道2上。
被吸热后的低温风经过循环风机4加压后通过回风管道3输送至热交换器1。在此循环管路中持续加热阳极炭块组9,最终使得阳极炭块组9达到末端热量平衡点,即本发明利用铝电解槽侧部高温废热加热阳极炭块组9。和/或吸热后的热风通过热风管道2上循环风机4加压送入保温箱8对阳极炭块组9进行加热。
实施例4
如图3所示,实施例3与实施例1结构基本相同,不同在于,保温箱8分至少二个以上独立区域,当保温箱8内的其中一个区域放置阳极炭块残极时,增设有:
除尘器5,安装在保温箱8上,通过阀门与保温箱8相连通,用于循环空气除尘和外排空气除尘;
调温装置Ⅱ6,安装在除尘器6后,一端与除尘器5相连通,另一端通过管道Ⅰ与循环风机4相连,用于调节循环空气的热量;
循环风机4,循环风机4另一端与回风管道3连接。
外排风机7,外排风机7一端与除尘器5连通,外排风机7另一端与其它余热高效回收系统相连。
进一步的,阳极炭块残极(使用过的)也一并放置于保温箱8内。铝电解阳极炭块需定期更换,更换下来的残极有高温和高粉尘特点。本发明很好兼顾阳极炭块(未使用过的)和阳极炭块残极更换操作便利性和废热利用。即阳极炭块残极取出后放置在保温箱8内,具有800℃左右可以循环加热阳极炭块(未使用过的),待阳极炭块残极温度偏低时,阳极炭块残极产生的高温烟气在保温箱内继续加热其它阳极炭块,当烟气温度随时间冷却至设定值时,通过除尘器5除去粉尘,再经外排风机7将排出的余热集中再利用,阳极炭块残极冷却直至接近常温后取出,取出阳极炭块残极的位置再放入阳极炭块(未使用过的),循环该过程。
进一步的,在保温箱8内还安装有加热装置10,用于对阳极炭块组9的进行按需温度加热。可选择经过加热装置10继续加热至所需温度。
本发明利用铝电解槽侧部高温废热加热铝电解所需的阳极炭块;利用阳极炭块残极高温废热加热阳极炭块,同时解决高温粉尘污染问题;可调回风温度反向调整铝电解槽侧部温度,进而实现间接对电解槽炉帮厚度调整,可调温度和风量的循环风对铝电解槽进电侧和出电侧温差和电解槽侧部局部温差进行温度平衡,使得电解铝工艺控制更加稳定,能耗进一步降低;可选择其它方式对特殊温度需求炭块进行继续加热,新更换的阳极炭块更有利于铝电解效率和工艺控制。
一种利用铝电解废热加热阳极炭块的方法,包括以下步骤:
步骤1.安装好铝电解废热加热阳极炭块系统,利用电解槽侧部高温废热传导至热交换器1中加热循环空气;
步骤2.加热后的循环空气通过出风口进入热风管道2,通过热风管道2进入保温箱8内;
步骤3.循环空气对保温箱8内的阳极炭块组(未使用的)进行加热,冷却后的空气经调温装置Ⅰ6、回风管道3再次送入热交换器1中加热。
进一步的,利用安装在回风管道3上的循环风机4对循环空气进行加压,达到所需加热空气的流动量。
进一步的,当保温箱8分至少二个以上独立区域,电解槽使用的阳极炭块残极也一并放置在保温箱8内时,利用阳极炭残极高温废热封闭加热低温阳极炭块组;
当保温箱8内的其中一个区域放置阳极炭块残极温度过高达到设定值时,关闭除尘器5入口,高温气体在保温箱8内继续加热阳极炭块,回风则经另一个独立区域的调温装置Ⅰ6调整进入回风管道3的风量和温度,将所需的温度和风量经回风管道3和循环风机4加压至电解槽侧部热交换器1;
当保温箱8内放置的阳极炭块残极随时间降至设定值时,打开除尘器5入口,多余的热空气经外排风机7排出,剩余的回风经过调温装置Ⅱ6调整风量和温度,将需要的温度和风量经回风管道3和循环风机4加压至电解槽侧部热交换器1;
保温箱8多个独立区域循环切换。
进一步的,保温箱8内阳极炭块未达到电解时所需温度时,可选择通过加热装置10对阳极炭块进行额外补充加热使其满足使用时的温度。
本发明的具有以下重要作用:
(1)新阳极炭块安装至电解槽时,因温度低,导电率极低,至少需要16小时才能全电流生产。期间新阳极炭块大量的吸热导致电解槽电压摆动,16小时内的电流效率极低,能源浪费严重,所以阳极炭块在安装到电解槽前的加热十分必要。本发明将铝电解槽壳侧部余热采集经过空气(安全输送介质)循环输送至电解槽旁边的保温箱内,用于加热新阳极炭块,能够有效提高电流效率,节约能源并同时保持现有电解槽的稳定运行,其意义重大。
(2)回收从铝电解槽中取出的阳极炭块残极余热,并对残极进行散排烟尘处理,改善工作环境,避免了额外的残极处理系统资金投入,同时也提高了残极更换效率。
(3)因温度一致的反向传递给铝电解槽侧部的热交换器,缩小了铝电解槽侧部局部温差问题(如,局部高温和进电侧和出电侧温差)。从而解决由于温差较大导致的电解槽内部炉帮厚度的不规整性,使得铝电解槽运行更加平稳和高效。
(4)调温装置和循环风机可调节循环回流空气的温度和流量,传递给余热采集装置的铝电解槽侧部,实现对炉帮厚度的调整。从铝电解槽安全生产和能耗节约具有较大意义。
(5)在保温箱内安装循环空气的加热装置,更加便利对阳极炭块加热问题的调整和确定,实现铝电解槽不同区域更换所需温度的阳极炭块,以及新更换阳极炭块提前进入正常导电率,从而大幅降低能源消耗。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统,其特征在于,包括热交换器、热风管道、回风管道、保温箱、阳极炭块组;
热交换器,多个热交换器安装在电解槽侧部外壳上,其中热交换器中的散热片通过导热材料固定在电解槽侧部外壳上;
热风管道,一端与热交换器的出风管连接,另一端连接至保温箱内;
回风管道,一端与热交换器的进风管连接,另一端连接至保温箱出口;
保温箱,阳极炭块组放置于保温箱内,保温箱位于电解槽旁,仅在使用时打开。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,还包括调温装置Ⅰ,调温装置Ⅰ安装在保温箱上,与保温箱连通;回风管道调整为:一端与热交换器的进风管连接,另一端连接至保温箱上的调温装置Ⅰ。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,还包括安装在回风管道上的循环风机和/或安装在热风管道上的循环风机,系统设定所需温度和风量经回风管道和/或热风管道、循环风机加压回风至电解槽侧部热交换器。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,保温箱分至少二个以上独立区域,当保温箱内的其中一个区域放置阳极炭块残极时,还包括:
除尘器,安装在保温箱上,经阀门与调温装置Ⅰ相连通,用于循环空气除尘和外排空气除尘;
调温装置Ⅱ,安装在除尘器后,一端与除尘器相连通,另一端通过管道Ⅰ与循环风机相连,用于调节循环空气的热量;
循环风机,循环风机另一端与回风管道连接;
外排风机,外排风机一端与除尘器连通,外排风机另一端与另外的余热回收装置相连。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的系统,其特征在于,在保温箱内还安装有加热装置,用于对阳极炭块组进行额外补充加热。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的系统,其特征在于,热交换器安装在铝电解槽侧部温度不同的位点以及铝电解槽的进电侧和出电侧。
7.一种利用铝电解废热加热阳极炭块的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1.安装如权利要求2或3或4中任意一项所述利用铝电解废热加热阳极炭块系统,利用电解槽侧部高温废热传导至热交换器中加热循环空气;
步骤2.加热后的循环空气通过出风口进入热风管道,通过热风管道进入保温箱内;
步骤3.循环空气对保温箱内的阳极炭块组进行加热,冷却后的空气经调温装置Ⅰ回风管道再次送入热交换器中加热。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括利用安装在回风管道上的循环风机对循环空气进行加压再次送入热交换器中加热。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,当保温箱分至少二个以上独立区域,电解槽使用的阳极炭块残极也一并放置在保温箱内时,利用阳极炭残极高温废热封闭加热低温阳极炭块组;
当保温箱内的其中一个区域放置阳极炭块残极温度过高达到设定值时,关闭除尘器入口,高温气体在保温箱内继续加热阳极炭块,回风则经另一个独立区域的调温装置Ⅰ调整进入回风管道的风量和温度,将所需的温度和风量经回风管道和循环风机加压至电解槽侧部热交换器;
当保温箱内放置的阳极炭块残极随时间降至设定值时,打开除尘器入口,多余的热空气经外排风机排出,剩余的回风经过调温装置Ⅱ调整风量和温度,将需要的温度和风量经回风管道和循环风机加压至电解槽侧部热交换器;
保温箱多个独立区域循环切换。
10.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,保温箱内阳极炭块未达到电解时所需温度时,通过加热装置对阳极炭块进行额外补充加热使其满足使用时的温度。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410078148.0A CN117888147A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202410078148.0A CN117888147A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117888147A true CN117888147A (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=90650440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202410078148.0A Pending CN117888147A (zh) | 2024-01-19 | 2024-01-19 | 一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117888147A (zh) |
-
2024
- 2024-01-19 CN CN202410078148.0A patent/CN117888147A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103954139A (zh) | 一种烧结余能发电系统 | |
CN212655864U (zh) | 一种实现过热度控制的铝电解槽 | |
CN101532781B (zh) | 密闭矿热炉系统 | |
CN107166979B (zh) | 炭素厂煅烧炉余热综合利用系统 | |
CN117888147A (zh) | 一种利用铝电解废热加热阳极炭块的系统及方法 | |
CN114016084A (zh) | 一种铝电解槽余热回收利用系统装置 | |
CN212151629U (zh) | 一种锂电池负极材料串接式气相沉积石墨化提纯炉 | |
CN108233772A (zh) | 一种铝电解烟气余热发电的方法 | |
CN210321183U (zh) | 废阴极超高温纯化炉 | |
CN110953911A (zh) | 一种多能源高温相变蓄热分层装置 | |
CN113122883A (zh) | 一种铝电解槽上部氧化铝的预热方法 | |
CN202371985U (zh) | 一种微波、电混合加热高温竖式窑 | |
CN208022714U (zh) | 一种碳化硅冶炼炉 | |
CN116817281B (zh) | Rto余热回收优化系统 | |
CN206720744U (zh) | 高效节能的艾奇逊石墨化加热单元及加热系统 | |
CN213747937U (zh) | 一种多用炉余热回收利用装置 | |
CN214780772U (zh) | 一种可利用窖炉余热制备磷酸二氢铝的装置 | |
CN219793141U (zh) | 一种阳极预热装置 | |
CN213977767U (zh) | 一种转炉汽化冷却烟道的高效换热结构 | |
CN219907883U (zh) | 带有余热回收系统的铝电解槽 | |
CN220851778U (zh) | 一种电解槽出液系统 | |
CN221666666U (zh) | 基于熔盐储热的电炉余热回收系统 | |
CN219977084U (zh) | 一种轧钢厂用无化石燃料无氧电加热炉 | |
CN216039503U (zh) | 智能冷却和热回收装置 | |
CN215638879U (zh) | 预焙阳极生产用高效换热装置 |
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 |