CN211851945U - 一种用于电解槽余热回收的发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于电解槽余热回收的发电系统，包括：循环泵，导热装置及蒸发装置；所述循环泵的出口端与所述导热装置的进口端管道连接，所述导热装置的出口端与所述蒸发装置的第一进口端管道连接，所述蒸发装置的第一出口端与所述循环泵的进口端管道连接；所述导热装置设置在电解槽的保温层中；有机朗肯循环发电系统；所述换热设备中所用换热介质为液体。通过采用低温低压液体对流换热和有机朗肯循环相结合的热电转化方式，实现电解槽余热安全利用和转化，提升热电转换的效率，提高了余热利用率。

Description

一种用于电解槽余热回收的发电系统

技术领域

本实用新型涉及余热发电技术领域，尤其涉及一种用于电解槽余热回收的发电系统。

背景技术

我国目前的电解铝产能为3000多万吨，多采用电解法生产。铝电解槽生产过程中存在约50％左右的散热损失，主要以辐射、对流方式散热至大气环境，目前，还没有较好的热量回收利用方法。

现有技术中一般直接将换热设备安装在电解槽侧壁，利用流体将部分热量带出电解槽，实现用余热利用，利用方式单一并且效率不高。大部分余热仍然无法利用，而且对环境造成了热污染。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于电解槽余热回收的发电系统，旨在解决现有技术中对电解槽余热利用效率低下的问题。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于电解槽余热回收的发电系统，其中，包括：

换热设备，包括循环泵，导热装置及蒸发装置，

所述循环泵的出口端与所述导热装置的进口端管道连接，所述导热装置的出口端与所述蒸发装置的第一进口端管道连接，所述蒸发装置的第一出口端与所述循环泵的进口端管道连接；所述导热装置设置在电解槽的保温层中；

余热发电机组，包括循环泵、循环透平、循环发电机、循环冷却器；

所述循环泵的出口端与所述蒸发装置第二进口端管道连接，所述蒸发装置第二出口端与所述循环透平进口端管道连接，所述循环透平出口端与所述循环冷却器进口端管道连接，所述循环冷却器出口端与所述循环泵进口端管道连接，所述循环透平与所述发电机轴连接；

所述换热设备中所用换热介质为液体。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述导热装置内部设置有供换热介质通过的通道。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述导热装置为金属板材。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，还包括热电模块，所述热电模块设置在所述导热装置的受热面上。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述保温层包括电解槽侧壁保温层、电解槽底部的熔池保温层。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述电解槽的开口处设置有保温灰层，所述保温灰层的表面设置有热电模块。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，所述液体为水。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述水的压力为1-2bar。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述水的温度低于100℃。

所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其中，所述余热发电机组中包括工质，所述工质为四氟乙烷或氟利昂。

有益效果：本实用新型所提供的用于电解槽余热回收的发电系统，通过采用低温低压液体对流换热和有机朗肯循环相结合的热电转化方式，实现电解槽余热安全利用和转化，提升热电转换的效率，提高了余热利用率。

附图说明

图1是本实用新型第一实施实例提供的用于电解槽余热回收的发电系统原理图。

图2是本实用新型第二实施实例提供的用于电解槽余热回收的发电系统原理图。

图3是电解槽剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本实用新型所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为用于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1所示，本实用新型公开的用于电解槽余热回收的发电系统，包括：换热设备10及余热发电机组20。

其中，换热设备10，包括：循环泵110，导热装置120及蒸发装置130，所述循环泵110的出口端与所述导热装置120的进口端管道连接，所述导热装置120的出口端与所述蒸发装置130的第一进口端管道连接，所述蒸发装置130的第一出口端与所述循环泵110的进口端管道连接；所述导热装置120设置在电解槽30的保温层中；余热发电机组20，包括循环泵210、循环透平220、循环发电机230、循环冷却器240；所述循环泵210的出口端与所述蒸发装置130第二进口端管道连接，所述蒸发装置130第二出口端与所述循环透平220进口端管道连接，所述循环透平220出口端与所述循环冷却器240进口端管道连接，所述循环冷却器240出口端与所述循环泵210进口端管道连接，所述循环透平220与所述发电机230轴连接；所述换热设备10中所用换热介质为液体。

在本实施例中，采用液体作为换热介质，将电解槽30所释放的余热进行收集收集到的余热供给发电机组20进行发电，余热发电机组20采用有机朗肯循环，通过对余热进行二级回收利用，提高了余热的利用效率。

在一种或多种实施方式中，导热装置120用于将电解槽30释放的热量传导至用于换热的液体中使液体温度升高，实现对余热的收集。导热装置120可以是导热良好的金属板材如铜板，铜板的中部开有贯通的通道，液体可以在其中通过。当然，导热装置也可以是采用诸如，两层金属铜板之间排布导热管道的方式，实现将电解槽30所释放的热量进行回收。

在本实施方式中，用于换热的液体可以是水、盐溶液等，由循环泵110加压，为换热介质循环提供压力。此处换热介质为水，水的压力为1bar到2bar，即所用水为低压水，使用低压水可以避免发生泄漏时水蒸汽喷发的危险事故。经循环泵110加压后的具有一定压力的水进入设置在电解槽30外侧的导热装置120(传热通道)中，吸收来自电解槽30所释放的热量，使部分原本散失到环境中的热量得以回收。水自导热装置120中传热通道流出后，水的温度得到升高，进入循环冷却器240进行降温并将热量传递至余热发电机组20，余热发电机组20利用上述热量进行发电。经过循环冷却器240降温后的水回到循环泵110入口，进入下一次循环。

在本实施方式中，由于水的导热性一般，其不会对电解槽30中原有温度产生过大影响，不会影响电解槽30的正常工作。

可选地，还可以通过调整导热装置120的布置位置、换热液体流量和进口温度等，有效调控导热装置120内换热液体的换热过程，实现热量回收效益的最大化。

作为举例，可以采用中间设置有流体通道的铜板作为导热装置120，并将其设置在电解槽30的底部，以水作为换热介质，经过循环泵110将水加压到1.5bar，泵入到导热装置120中。导热装置120的入口水温度为20℃，经过换热后导热装置120的出口水温度为90℃。实现将电解槽30所释放的余热收集到水中，作为后续发电的热能。另外还可以通过调整水在导热装置120中的流出时间来控制导热装置120的出口水温，比如将导热装置120中的通道设置为弯曲状或者降低水的压力。

在本实施方式中，导热装置120为表面平整中部贯通的导热管道，设置在电解槽30的底部保温层(熔池保温层)中，将导热装置120设置在保温层中，可以避免导热装置120换热的相对稳定不会出现大的温度波动，有利于发电设备的稳定运作。

在一种实施方式中，如图2所示，可以将导热装置120根据需要设置在钢构件40中，也可以设置在电解槽30的上部空间50中，其中所谓的上部空间是指在电解槽30的所处的空间的上部。钢构件是指电解槽30中对其起到支撑固定作用的钢材构件。通过将导热装置120设置在钢构件以及电解槽上部空间，实现对电解槽30所释放的余热尽可能多的进行回收。

如图3中所示，电解槽30包括保温盖板301，保温盖板301可以进一步的阻止热量散失到环境中，保温砖302以及熔池303。在本实施方式中，在导热装置120上还设置热电模块160，热电模块160与导热装置120靠近设置，即热电模块利用导热装置中的热量进行发电，实现热能的转化，所产生的电能可通过图2中的电输出端501输出。在电解槽30的侧壁保温层中，竖向设置的导热装置靠近电解槽30内部的一侧设置有热电模块160，熔池303底部的保温砖中水平设置的导热装置120的上表面设置有热电模块160，即热电模块160设置在导热装置120的受热面上，以充分回收导热装置120所收集的热量。在熔池303的开口部设置保温灰层170，在保温灰层170的上表面设置热电模块160，以充分利用熔池303开口部所散发出的热量。当然，为了更加充分的对热量进行利用，还可以在保温灰层170上部的热电模块160配合导热装置120一起使用，例如在导热装置120的两侧均设置有热电模块160。

在本实施方式中，热电模块160直接敷设于导热装置的受热面，这样利用气体换热过程中形成的内外温差，热电材料可以将部分热量直接转换为电能，进而可以提升系统热电转换的效率；另外，极端情况下，如电解槽30开始启动升温时，也可以为热电模块160供电，这样热电模块160可以反向运行，将导热装置120(传热管道)液体的热量反向输送到电解槽30侧，可以对电解槽30起到主动保温的作用。

在本实施方式中，余热发电机组20采用有机朗肯循环，循环过程为：循环泵210将工质泵入循环冷却器130中吸收来自循环冷却器130所释放热量后蒸发升温，然后进入循环透平220，膨胀做功带动循环发电机230发电，降温降压后进入循环冷却器240降温凝结，然后被循环泵210再次送至蒸发装置130进行下一循环。其中，工质可以为二元工质，例如为四氟乙烷或氟利昂。

综上所述，本实用新型提供了一种用于电解槽余热回收的发电系统，包括：换热设备，包括循环泵，导热装置及蒸发装置；所述循环泵的出口端与所述导热装置的进口端管道连接，所述导热装置的出口端与所述蒸发装置的第一进口端管道连接，所述蒸发装置的第一出口端与所述循环泵的进口端管道连接；所述导热装置设置在电解槽的保温层中；余热发电机组，包括循环泵、循环透平、循环发电机、循环冷却器；所述循环泵的出口端与所述蒸发装置第二进口端管道连接，所述蒸发装置第二出口端与所述循环透平进口端管道连接，所述循环透平出口端与所述循环冷却器进口端管道连接，所述循环冷却器出口端与所述循环泵进口端管道连接，所述循环透平与所述发电机轴连接；所述换热设备中所用换热介质为液体。通过采用低温低压液体对流换热和有机朗肯循环相结合的热电转化方式，实现电解槽余热安全利用和转化，提升热电转换的效率，提高了余热利用率。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，包括：

换热设备，包括循环泵，导热装置及蒸发装置；

所述循环泵的出口端与所述导热装置的进口端管道连接，所述导热装置的出口端与所述蒸发装置的第一进口端管道连接，所述蒸发装置的第一出口端与所述循环泵的进口端管道连接；所述导热装置设置在电解槽的保温层中；

余热发电机组，包括：循环泵、循环透平、循环发电机和循环冷却器；

所述循环泵的出口端与所述蒸发装置第二进口端管道连接，所述蒸发装置第二出口端与所述循环透平进口端管道连接，所述循环透平出口端与所述循环冷却器进口端管道连接，所述循环冷却器出口端与所述循环泵进口端管道连接，所述循环透平与所述循环发电机轴连接。

2.根据权利要求1所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，所述导热装置内部设置有供换热介质通过的通道。

3.根据权利要求1所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，还包括热电模块，所述热电模块设置在所述导热装置的受热面上。

4.根据权利要求1所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，所述保温层包括电解槽侧壁保温层、电解槽底部的熔池保温层。

5.根据权利要求3所述的用于电解槽余热回收的发电系统，其特征在于，所述电解槽的开口处设置有保温灰层，所述保温灰层的表面设置有热电模块。

Images