CN201746595U - 一种电解槽焙烧设备 - Google Patents

Abstract

一种电解槽焙烧设备包括烧嘴框架、自动控制阀组框架；烧嘴框架上设置有烧嘴、空气管、燃气管、金属软管，自动控制阀组框架设置有燃气管路、空气管路、橡胶软管，其中自动控制阀组框架上的橡胶软管与烧嘴框架上的空气管、燃气管末端相连接，当橡胶软管断开时，烧嘴框架和自动控制阀组框架可分离，并且可以单个移动；本实用新型所述电解槽焙烧设备采用的是亚高速调温烧嘴，加热速度快，加热温度更均匀，可有效的防止炭块被氧化烧损。

Description

一种电解槽焙烧设备

技术领域

本发明涉及铝电解槽焙烧领域，特别提供了一种电解槽焙烧设备。

背景技术

铝电解槽的焙烧启动，一直是铝行业耗能大，操作工序繁琐的一项工作。首先概述一下目前现场仍在延用的几种焙烧方式：

1、铝液焙烧

铝液焙烧是美国人发明的，就是用950℃铝液注入到阴极和阳极之间的空间，然后接通电流，利用阳极和阴极之间的电阻热加热电解槽，此种方法的缺点是高温铝液和槽内衬之间的巨大温差，往往会使阴极内衬炭块受到极大的冲击而产生裂纹，严重影响电解槽的使用寿命；该种方法的另一个弊端是对于焙烧300KA以上的大型预焙槽，由于电解槽槽膛较宽，较长，铝液倒入电解槽后还没有来得及流入槽端部就已经凝固，使铝液不能充入整个阴-阳极之间的空间。所以这种方法已不能在特大电解槽上使用，而且目前国内外电解槽容量大型化，使铝液焙烧法已逐渐退出电解槽焙烧领域。

2、焦粒焙烧

所谓的焦粒焙烧，就是在阴极和阳极之间铺设一定厚度焦炭粒，取代铝液，阴极阳极接通电流后，通过电阻加热，实现对炭块的加热焙烧作用，此种方法的缺点是由于电解槽形状的不规则，如相对电解槽底部的阴极炭块和阳极布置之间有间隙存在，造成阴极和阳极之间电流大小不均匀，从而造成阴极表面的温度不均匀，由此容易导致阴极炭块产生裂纹，另外这种方法能耗很大，在电解槽启动后被炭渣带走的电解质损失较大，温室气体CO₂排放量较大；焦粒焙烧的另一个缺点是不能在阴极表面具有凸起的新型结构电解槽上使用。

3、重庆大学气流加热

重庆大学在铝电解槽的大边侧设置了一个大型燃烧机和燃烧气体汇流管，利用高温烟气流从多个喷口出来加热电解槽。此种电解槽的槽膛温度会比较均匀，但是空气-燃气的比例不能严格控制，高温加热时炭块高温氧化在所难免，因此，未见其在大型电解槽上应用的报道。同时整台设备在电解槽侧的安装及移位也很困难。

4、东北大学铝电解槽火焰-铝液二段焙烧方法

此方法采用火焰与铝液两者结合的一种加热方式。首先将若干个烧嘴对等平均布置在电解槽的两个大长边空间，大约需30～36小时，用燃烧器的火焰将电解槽加热到800℃，然后开始向铝电解槽灌入950℃以上的铝水，采用铝液焙烧，大约需24小时，铝电解槽内阴极及阳极炭块表面温度达到950℃，完成铝电解槽的焙烧过程。该方法缺点是空燃比不能严格控制，炭块表面氧化无法克服，而且装炉方式繁杂，整套设备多台烧嘴拆除和安装均很困难，焙烧质量值得商傕。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电解槽焙烧设备。

本实用新型所述电解槽焙烧设备包括烧嘴框架(1)、自动控制阀组框架(2)；烧嘴框架(1)上设置有烧嘴(11)、空气管(12)、燃气管(13)，自动控制阀组框架(2)上设置有燃气管路(21)、空气管路(22)、橡胶软管(23)，其中自动控制阀组框架上的橡胶软管(23)与烧嘴框架(1)上的空气管(12)、燃气管(13)末端相连接，当橡胶软管(23)断开时，烧嘴框架(1)和自动控制阀组框架(2)可分离，并且可以单个移动。

本实用新型所述电解槽焙烧设备包括烧嘴框架(1)、自动控制阀组框架(2)；所述烧嘴框架(1)是一个整体钢架，其上设置有烧嘴(11)、空气管(12)、燃气管(13)、金属软管(14)，无论是装炉还是拆炉或移至其他电解槽上工作均可实现整体吊装一步到位，方便快捷，提高了工作效率，烧嘴框架(1)是根据电解槽的长和宽来定做的，可做到一种槽型通用一种烧嘴框架，烧嘴(11)距离阴极底面的高度可按实际情况随时调整，烧嘴(11)可从框架上灵活拆卸，所有的烧嘴(11)可随框架整体移动到下一个电解槽去工作。自动控制阀组框架(2)上另设置有燃气阀组，包括过滤器、调压器、空燃比例阀、电磁阀、压力表、球阀等，主要用于执行电控柜的控制信号，合理供给焙烧中所需的燃气量和燃气压力

本实用新型所述烧嘴(11)上设置有2个电极(110)、烧嘴筒体(111)、固定环(112)、螺栓(113)，燃气管(13)贯穿整个烧嘴(11)，燃气管(13)两侧各有一个电极(110)，燃气管(13)末端和烧嘴(11)分别位于烧嘴框架(1)的两侧，螺栓(113)装在空气管(13)下方，固定环(112)固定在螺栓(113)上。

本实用新型所述空气管路(22)设置有助燃风机(220)，三通管道(221)、管道1(222)、电动蝶阀(223)、手动蝶阀(224)、管道2(225)，其中助燃风机(220)装置在整个空气管路(22)的底部，三通管道(221)位于空气管路(22)的顶部，三通管道(221)下端连接管道1(222)，电动蝶阀(223)和手动蝶阀(224)依次安装在管道1(222)上，管道2(225)连接助燃风机(220)和管道1(222)。

本实用新型所述烧嘴框架(1)上放置的烧嘴(11)可从框架上拆卸，烧嘴(11)用金属软管(14)与燃气管(13)和空气管(12)连接；所述燃气管路上设有球阀、过滤器、调压器、调节阀及涡街流量传感器；空气管路上还设有涡街流量传感器。

本实用新型所述烧嘴(11)的前燃气及助燃风管道上均安装手动调节阀、电磁阀、电控柜和助燃风机。

本实用新型所述烧嘴(11)上配有点火电极和火焰检测电极。

本实用新型所述烧嘴(11)燃气喷口方向弯曲90°，烧嘴(11)喷出的燃气平行于阳极和阴极底面。

本实用新型所述电解槽焙烧设备采用烧嘴(11)分区加热方式；在对电解槽焙烧加热启动时，第一区六台烧嘴(11)；第二区八台烧嘴(11)；第三区六台烧嘴(11)，总共20台烧嘴(11)；本加热系统采用亚高速调温烧嘴(11)，亚高速调温烧嘴(11)的燃气喷口速度为≥80m/s，烧嘴(11)上配有燃烧室和二次调温风，可将燃烧气体调到所需的温度，烧嘴(11)在阴极表面温度小于550℃，能通过高速气流强化对流加热过程，在高温阶段严格控制空燃比，实现欠氧燃烧，火焰对炭块进行快速加热，同时，所述烧嘴(11)上均配有点火电极和火焰检测电极，很方便用于自动点火和燃烧过程的自动控制，可提高炉温均匀性；所述烧嘴(11)的喷出口是扁平形且平行于阳极和阴极表面，喷出火焰铺展面较大，有利于均匀加热，比圆形喷口加热更有优势。

本实用新型所述烧嘴燃气喷口方向弯曲90°，烧嘴燃气平行阳极和阴极底面，平行加热可增大加热面积，减少阳极和阴极的局部过热，降低阳极和阴极的过热损坏的百分率，加热效果很好。

附图说明

图1为烧嘴结构图；

图2为烧嘴和管道固定架；

图3为自动控制阀组主设备图；

图4为空气管路结构图；

图5为燃气管路结构图；

图6为电解槽焙烧设备300KA结构图。

具体实施方式

实施例

本实用新型所述电解槽焙烧设备所用加热方式是一段焙烧，直接将电解槽阴极炭块表面焙烧到950℃，直接投入电解质到电解槽中，装炉方式简便易行；本实用新型所述整个装置有一整套自动控制系统，分段控制升温速度和严格控制空燃比，可实现自动控制温度，在550℃以下时采用600℃～900℃高速气流加热，采用该种加热方式炭块不会被氧化；本实用新型采用的是亚高速调温烧嘴，加热速度加快，加热温度更均匀，而阴极表面温度大于550℃区段，采用欠氧燃烧的高温火焰加热，这时可有效的防止炭块被氧化烧损。

本实施例所述电解槽焙烧设备包括烧嘴框架(1)、自动控制阀组框架(2)；所述烧嘴框架(1)是一个整体钢架，其上设置有烧嘴(11)、空气管(12)、燃气管(13)、金属软管(14)，无论是装炉还是拆炉或移至其他电解槽上工作均可实现整体吊装一步到位，方便快捷，提高了工作效率，烧嘴框架(1)是根据电解槽的长和宽来定做的，可做到一种槽型通用一种烧嘴框架，烧嘴(1)距离阴极底面的高度可按实际情况随时调整，烧嘴(1)可从框架上灵活拆卸，所有的烧嘴(1)可随框架整体移动到下一个电解槽去工作。所述自动控制阀组框架(2)上设置有燃气管路(21)、空气管路(22)、橡胶软管(23)，自动控制阀组框架(2)上的橡胶软管(23)与烧嘴支架(1)上的空气管(12)、燃气管(13)末端相连接，当橡胶软管(21)断开时，烧嘴框架(1)和自动控制阀组框架(2)可分离，并且可以单个移动，燃气管路(21)设置了燃气阀组，包括燃气压力表(210)、过滤器(211)、调压阀(212)、手动截止阀(213)、空/然比例阀(214)、安全电磁阀(215)、燃气专用阀(216)、燃气放散阀(217)等，主要用于执行电控柜的控制信号，合理供给焙烧中所需的燃气量和燃气压力

本实用新型所述烧嘴(11)是电解槽焙烧加热的燃烧器，其上设置有2个电极(110)、烧嘴筒体(111)、固定环(112)、螺栓(113)，燃气管(13)贯穿整个烧嘴(1)，燃气管(13)两侧各有一个电极(110)，燃气管(13)末端和烧嘴(11)分别位于烧嘴框架(1)的两侧，螺栓(113)装在空气管(13)下方，固定环(112)固定在螺栓(113)上，2个电极(110)分别为点火电极和火焰检测电极。

本实施例所述烧嘴框架(1)上放置的烧嘴(11)可从框架上拆卸，烧嘴(11)用金属软管(14)与燃气管(13)和空气管(12)连接；所述燃气总管线上设有球阀、过滤器、调压器、调节阀及涡街流量传感器；空气总管线上设有电动调节蝶阀和涡街流量传感器。

本实施例所述空气管路(22)设置有助燃风机(220)，三通管道(221)、管道1(222)、电动蝶阀(223)、手动蝶阀(224)、管道2(225)，其中助燃风机(220)装置在整个空气管路(22)的底部，三通管道(221)位于空气管路(22)的顶部，三通管道(221)下端连接管道1(222)，电动蝶阀(223)和手动蝶阀(224)依次安装在管道1(222)上，管道2(225)连接助燃风机(220)和管道1(222)。

本实施例所述烧嘴(11)的前燃气及助燃风管道上均安装手动调节阀、电磁阀、电控柜和助燃风机。

本实施例所述烧嘴(11)上配有点火电极和火焰检测电极。

本实施例所述烧嘴(11)燃气喷口方向弯曲90°，烧嘴(11)喷出的燃气平行于阳极和阴极底面。

本实施例所述助燃风机(220)主要用于提供烧嘴(11)所需的助燃空气，使用烧嘴(11)前应对燃气管路(21)、烧嘴(11)本体、和空气管路(22)进行彻底检查，确保在燃气管路(21)、烧嘴(11)本体、和空气管路(22)无泄露的情况下准备启动烧嘴(11)。

本实施例所述电解槽焙烧设备采用烧嘴(11)分区加热方式；在对电解槽焙烧加热启动时，第一区六台烧嘴(11)；第二区八台烧嘴(11)；第三区六台烧嘴(11)，总共20台烧嘴(11)；本加热系统采用亚高速调温烧嘴(11)，亚高速调温烧嘴(11)的燃气喷口速度为≥80m/s，烧嘴(11)上配有燃烧室和二次调温风，可将燃烧气体调到所需的温度，烧嘴(11)在阴极表面温度小于550℃，能通过高速气流强化对流加热过程，在高温阶段严格控制空燃比，实现欠氧燃烧，火焰对炭块进行快速加热，同时，所述烧嘴(11)上均配有点火电极和火焰检测电极，很方便用于自动点火和燃烧过程的自动控制，可提高炉温均匀性；所述烧嘴(11)的喷出口是扁平形且平行于阳极和阴极表面，喷出火焰铺展面较大，有利于均匀加热，比圆形喷口加热更有优势。

本实施例所述烧嘴(11)燃气喷口方向弯曲90°，烧嘴(11)燃气平行阳极和阴极底面，平行加热可增大加热面积，减少阳极和阴极的局部过热，降低阳极和阴极的过热损坏的百分率，加热效果很好。

本实施例所述电解槽焙烧设备的主燃气供应、主助燃空气供应系统，采用定量/比例系数控制调节方式。

本实施例所述电解槽焙烧设备采用分区、分温度自动调节。

本实施例所述电解槽焙烧设备采用可编程温控调节仪，分区、分温度段自动调节空/燃比例输出，控制各烧嘴(11)的燃烧状态，每区多个烧嘴(11)可分组按时序间断燃烧，控制燃烧状态，使温度控制更灵活，以适应不同升温速度的要求。

本实施例所述电解槽焙烧设备的各烧嘴的助燃空气、燃气供应均受控。

本实施例所述电解槽焙烧设备自动控制升温时间、升温速度、升温目标值。

本实施例所述电解槽焙烧设备自动记录控温曲线，控制结果可追踪。

本实施例所述电解槽焙烧设备槽温直接加热到950℃，注入铝水和电解质，直接送电启动电解槽；免去铝液焙烧，节约能源、缩短焙烧时间。

本实施例所述电解槽焙烧设备分段焙烧参数：

A.＜400℃时：采用ω≥60m/s，600℃高速气流加热，空气过剩系数α＝4.0±0.5(理论空气系数L₀＝9.4)，实际空气系数37.6Nm³/Nm³，实际空气系数是对于燃气为天然气而言的；

B.400∽550℃时：采用ω≥80m/s，900℃高速气流加热，空气过剩系数α＝2.4±0.4，实际空气系数22.56Nm³/Nm³，实际空气系数是对于燃气为天然气而言的。

C.＞550℃时：采用欠氧燃烧，高温火焰快速加热，空气过剩系数α＝0.7±0.2，实际空气系数6.6Nm³/Nm³，实际空气系数是对于燃气为天然气而言的。

本实施例所述电解槽焙烧设备的每个烧嘴(11)可独立启停，自动点火、检火、熄火报警。

本实施例所述电解槽焙烧设备的操作程序为：首先将烧嘴(11)放置在烧嘴(11)支架上，将烧嘴(11)支架用吊车吊到铝电解槽上表面，该整体吊架与阳极吊架无不干扰，均可方便单独吊装和移位。调整烧嘴(11)喷口和阴极底面之间的高度，当烧嘴(11)高度确认后，拧紧烧嘴(11)上面的定位螺丝，用4mm厚的铝板铺在阳极和阴极之间的缝隙上，阳极侧面和电解槽槽帮之间也铺4mm厚的304耐热钢板，耐热钢板夹持烧嘴喷管，这些耐热钢板可重复使用，各封板顶部铺50-80mm厚冰晶石粉保温层。阳极侧面铺斜坡状冰晶石粉保温层。与此同时将3支热电偶分区插入电解槽大边槽膛，在捣固阴极糊上分三区安装三支控制热电偶和均布六支显示热电偶，以监视阴极表面的温度均匀性；将自动控制阀组框架(2)起吊到电解槽旁边，用橡胶软管(23)将两个支架上的燃气管路(21)和空气管路(22)连接起来，再将车间内的燃气输入管和自动控制阀组框架(2)上的燃气进气口连接起来，连接工作完毕，准备点火焙烧。

图6中，以300KA电解槽为例，沿电解槽长度方向各布置10个烧嘴(11)，共20个烧嘴(11)共分三区。一区6个烧嘴(11)，二区8个烧嘴(11)，三区6个烧嘴(11)。从燃气管路上分出三个燃气分管，三区燃气分管上分别安装有调节阀及涡街流量传感器，三个空气分管上分别有电动调节阀和涡街流量传感器，在两个烧嘴燃气和空气支管安装手阀和电动调节阀。

加热电解槽分三个阶段：

第一个阶段阴极表面温度≤400℃：单台烧嘴燃气流量控制在6Nm³/h，空气系数为α＝4，采用600℃的ω≥60m/S高速气流加热铝电解槽，在这个阶段电解槽升温速度为15～20℃/h，加热时间为20～30小时，升温到400℃以后，进行第二阶段的加热。

第二个阶段阴极表面温度400～550℃：单台烧嘴燃气流量控制在9Nm³/h，空气过剩系数为α＝2.5，采用900℃的ω≥80m/S的高速热气流加热铝电解槽，在这个阶段电解槽升温速度为15～20℃/h，加热时间为8～10小时左右，升温到550℃以后，进行第三段的加热。

第三段阴极表面温度达950℃：单台烧嘴燃气流量的流量控制在12～15Nm³/h，快速升温到950℃，大约需10小时，采用欠氧燃烧高温火焰加热，此阶段需应用残氧分析仪监测残氧量，烟气气氛中的氧含量控制在0.5％以下，空气过剩系数为0.7，确保阳极及阴极炭块表面避免氧化烧损。

Claims (8)

1.一种电解槽焙烧设备，其特征在于：所述电解槽焙烧设备包括烧嘴框架(1)、自动控制阀组框架(2)；烧嘴框架(1)上设置有烧嘴(11)、空气管(12)、燃气管(13)、金属软管(14)，自动控制阀组框架(2)设置有燃气管路(21)、空气管路(22)、橡胶软管(23)，其中自动控制阀组框架上的橡胶软管(23)与烧嘴框架(1)上的空气管(12)、燃气管(13)末端相连接，当橡胶软管(23)断开时，烧嘴框架(1)和自动控制阀组框架(2)可分离，并且可以单个移动。

2.按照权利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述烧嘴(11)上设置有2个电极(110)、烧嘴筒体(111)、固定环(112)、螺栓(113)，燃气管(13)贯穿整个烧嘴(11)，燃气管(13)两侧各有一个电极(110)，燃气管(13)末端和烧嘴(11)分别位于烧嘴框架(1)的两侧，螺栓(113)安装在空气管(12)下方，固定环(112)固定在螺栓(113)上。

3.按照权利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述空气管路(22)设置有助燃风机(220)，三通管道(221)、管道1(222)、电动蝶阀(223)、手动蝶阀(224)、管道2(225)，其中助燃风机(220)装置在整个空气管路(22)的底部，三通管道(221)位于空气管路(22)的顶部，三通管道(221)下端连接管道1(222)，电动蝶阀(223)和手动蝶阀(224)依次安装在管道1(222)上，管道2(225)连接助燃风机(220)和管道1(222)。

4.按照权利要求1或2所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述烧嘴框架(1)上放置的烧嘴(11)可从框架上拆卸，烧嘴(11)用金属软管(14)与燃气管(13)和空气管(12)连接。

5.按照利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述烧嘴(11)的燃气喷出口是扁平形且平行于阳极和阴极表面。

6.按照权利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述电解槽焙烧设备的烧嘴(11)分区放置加热。

7.按照权利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述烧嘴(11)上配有点火电极和火焰检测电极。

8.按照权利要求1所述电解槽焙烧设备，其特征在于：所述烧嘴(11)的燃气喷口方向弯曲90°，烧嘴(11)喷出的燃气平行阳极和阴极底面。

Images