CN213142225U - 铝电解槽侧壁结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于铝电解槽技术领域。一种铝电解槽侧壁结构，包括槽壳、隔热板、碳氮化硅块和槽壁换热器，隔热板设置在所述槽壳的内侧；碳氮化硅块设置在所述隔热板的内侧，在所述隔热板与所述碳氮化硅块之间形成容置腔；槽壁换热器设置在所述容置腔内，所述槽壁换热器上设置有换热介质入口和换热介质出口。本申请整体结构设计合理，能够实现对铝电解槽槽壁余热的高效回收利用，并便于根据正常工艺标准进行温度调整。

Description

铝电解槽侧壁结构

技术领域

本实用新型属于铝电解槽技术领域，具体涉及一种铝电解槽侧壁结构。

背景技术

目前，铝电解工业一直采用传统的Hall-Heroult法。所用的电解质为冰晶石-氧化铝熔盐体系，当电流通过熔融的电解质时产生大量的电阻热，其中一部分热量用于维持电解槽的热量平衡，一部分散发到周围大气中。现代炼铝工业中的大型铝电解槽，其工作电流已达到300～600KA，工作电压为4V，其吨铝能耗13000~14000kwh是非常大的。铝电解行业截止2019年，原铝总生产能力4100万吨，约80多家电解铝企业，100多条电解系列生产线。一个电解系列电解槽200~360台，电解槽存量非常大。

铝电解的生产需要消耗大量的电能，但其能量利用率不足50％，50％的能量以热能的形式散发损失在周围大气中。随着电解铝生产技术的发展，电解槽的容量越来越大，槽体的发热量也随之增大。在电解槽侧壁，温度达到280~350℃，热源温度高，回收后导热介质温度可达200℃以上，回收价值巨大。

但是由于铝电解槽周围生产环境的特殊性：一是侧壁空间狭小，以一个400kA铝电解槽为例，长约19m的电解槽槽壳放置在间隔排列的29组U型摇篮架中间。29组U型摇篮架与两侧的槽壳侧壁、摇篮架顶部的槽沿板、电解槽下部露出的阴极钢棒组围成56个空腔，每个空腔宽约400~500mm，高约700mm。二是高磁场、高粉尘、高酸性气体氛围影响设备设计、安装限制较大，导致在当前电解槽侧壁结构中能量回收利用比较困难。急需开发一种新型的带有余热回收装置的铝电解槽侧部结构，来对电解槽余热进行回收利用。

发明内容

本实用新型目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种铝电解槽侧壁结构，其整体结构设计合理，能够实现对铝电解槽槽壁余热的高效回收利用，并便于根据正常工艺标准进行温度调整。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种铝电解槽侧壁结构，包括：

槽壳；

隔热板，其设置在所述槽壳的内侧；

碳氮化硅块，其设置在所述隔热板的内侧，在所述隔热板与所述碳氮化硅块之间形成容置腔；以及

槽壁换热器，其设置在所述容置腔内，所述槽壁换热器上设置有换热介质入口和换热介质出口。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述槽壁换热器包括第一区段和第二区段，所述第一区段和所述第二区段呈n型布置，所述第一区段布设在所述容置腔内，所述第二区段位于所述槽壳外侧。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述槽壁换热器整体为换热盘管弯折盘绕而成；或

所述槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，所述循环隔板将所述换热壳体的内腔分隔为循环流道；或

所述槽壁换热器的第二区段上设置有换热盘管或换热流道，所述第一区段为导热块。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述隔热板、槽板换热器和碳氮化硅块形成侧衬块，在所述侧衬块的上部设置有覆盖料，所述侧衬块的下部设置有高强浇注料。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述槽壳底部和侧部设置有多组间隔布置的摇篮架，所述摇篮架呈U型，在所述槽壳的下侧还设置有阴极钢棒组，所述槽壁换热器设置在相邻两所述摇篮架和对应的阴极钢棒组之间。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述槽壁换热器包括第一区段和第二区段，多个所述第二区段垂直布设在所述第一区段上，所述第一区段和所述第二区段呈T型布置，所述第一区段设置在所述容置腔内，所述第二区段穿过所述槽壳。

根据本实用新型铝电解槽侧壁结构，优选地，所述第一区段为换热盘管弯折盘绕而成，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；或

所述槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，所述循环隔板将所述换热壳体的内腔分隔为循环流道，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；或

所述槽壁换热器的第二区段的外端设置有第三区段，所述第一区段和第二区段为导热块，所述第三区段为换热盘管或带有循环流道的换热壳体。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请整体结构设计合理，能够实现对铝电解槽槽壁余热的高效回收利用，并便于根据正常工艺标准进行温度调整。本申请通过对侧壁的层结构的设计，便于通过隔热板实现对槽体的隔热保温，避免热量散失，通过碳氮化硅块与隔热板之间的腔体结构的设计，便于槽壁换热器的布置，大大减小了槽壁换热器占用的空间，使得其安装更为方便，能够提高在槽壳侧壁上的布置的均匀性和合理性，更便于有效的把控不同区域的温度，便于余热回收，也便于在后续的生产过程中，根据工艺需求对温度进行调控。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下文中将对本实用新型实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本实用新型的一些实施例，而非将本实用新型的全部实施例限制于此。

图1为根据本实用新型实施例的铝电解槽侧壁结构的结构示意图。

图2为根据本实用新型实施例的铝电解槽侧壁结构的剖视结构示意图。

图3为根据本实用新型实施例的槽壁换热器的结构示意图之一。

图4为图3的侧视结构示意图。

图5为根据本实用新型实施例的槽壁换热器的结构示意图之二。

图6为根据本实用新型实施例的槽壁换热器的结构示意图之三。

图中序号：

100为槽壳；

210为隔热板、220为碳氮化硅块、230为高强浇注料、240为覆盖料；

310为摇篮架、320为阴极钢棒组、330为电解质、340为铝液；

400为槽壁换热器、401为第一区段、402为第二区段、403为换热介质入口、404为换热介质出口、405为第三区段。

具体实施方式

下文中将结合本实用新型具体实施例的附图，对本实用新型实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，“第一”、“第二”的表述用来描述本实用新型的各个元件，并不表示任何顺序、数量或者重要性的限制，而只是用来将一个部件和另一个部件区分开。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本实用新型，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图4，本申请公开了一种铝电解槽侧壁结构，包括槽壳100、隔热板210、碳氮化硅块220和槽壁换热器400，隔热板210设置在槽壳100的内侧；碳氮化硅块220设置在隔热板210的内侧，在隔热板210与碳氮化硅块220之间形成容置腔；槽壁换热器400设置在容置腔内，槽壁换热器400上设置有换热介质入口403和换热介质出口404。

优选地，如图3和图4所示，本实施例中的槽壁换热器400包括第一区段401和第二区段402，第一区段401和第二区段402呈n型布置，第一区段401布设在容置腔内，第二区段402位于槽壳100外侧。

对于该结构的槽壁换热器的结构，本实施例中给出了以下多种形式：

形式一：槽壁换热器整体为换热盘管弯折盘绕而成；形式二：槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，循环隔板将换热壳体的内腔分隔为循环流道；形式三：槽壁换热器的第二区段上设置有换热盘管或换热流道，第一区段为导热块。

上述结构可知，当采用形式三的结构时，第一区段401为高温端，第二区段402为冷凝端，通过高温端导出热量至冷凝端，换热介质（导热油）在与冷凝端实现换热，从而实现预热回收利用。

本申请还给出了槽壁换热器的另一实施例，参见图5和图6，进一步地对槽壁换热器的结构细节进行调整，槽壁换热器400包括第一区段401和第二区段402，多个所述第二区段402垂直布设在所述第一区段401上，所述第一区段401设置在所述容置腔内，所述第二区段402穿过所述槽壳100。其各区段的具体结构也有多种不同的形式：形式一为：第一区段为换热盘管弯折盘绕而成，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；形式二为：所述槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，所述循环隔板将所述换热壳体的内腔分隔为循环流道，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；形式三为：槽壁换热器的第二区段的外端设置有第三区段，所述第一区段和第二区段为导热块，所述第三区段为换热盘管或带有循环流道的换热壳体。在本实施例的形式一和形式二中，槽壁换热器呈T型结构，在形式三中槽壁换热器呈H型结构，其能够进一步地降低热传导的路径长度，使得内外温度均匀一致，提高换热效率。

进一步地，本实施例中的隔热板210、槽板换热器400和碳氮化硅块220形成侧衬块，在侧衬块的上部设置有覆盖料240，侧衬块的下部设置有高强浇注料230。

槽壳100底部和侧部设置有多组间隔布置的摇篮架310，摇篮架310呈U型，在槽壳100的下侧还设置有阴极钢棒组320，槽壁换热器400设置在相邻两摇篮架310和对应的阴极钢棒组320之间，在槽壳的顶部可以开设多组孔，以便于冷凝端折弯后，绕过摇篮架向外部传出。

在碳氮化硅块内侧为高温的电解质330和高温的铝液340，电解槽正常生产时，槽内电解质和铝液的一部分热量通过向碳氮化硅块侧部扩散，从而由槽壁换热器进行余热回收。

在电解槽槽温处于正常生产工艺标准时，通过槽壁换热器的换热功率不应改变槽内熔体电解温度为适宜。在电解槽槽温高于正常生产工艺标准时，可通过升高槽壁换热器的换热功率来降低电解槽槽温。在电解槽槽温低于正常生产工艺标准时，可通过降低槽壁换热器的换热功率来升高电解槽槽温。由此实现对电解槽槽温进行调控。

通过上述结构的设计，本申请能够实现电解槽内高温熔体（电解质、铝液）在侧壁余热的回收。同时槽壁换热器设置在电解槽槽壳内侧，比设置在槽壳外侧可以回收更高温度的热，可利用的热源的品质更高。

槽壁换热器设置在槽内侧部分使用高温、高导热的纯金属或者合金，相当于在电解槽侧部增加一层金属隔层，增加电解槽侧部运行的安全性。

以一个25万吨规模的400kA电解系列为例，其配置有216台电解槽。每个电解槽余热回收利用高达150kW，216台电解槽可回收32400kW。

上文已详细描述了用于实现本实用新型的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本实用新型的范围、适用或构造。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本实用新型的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种铝电解槽侧壁结构，其特征在于，包括：

槽壳；

隔热板，其设置在所述槽壳的内侧；

碳氮化硅块，其设置在所述隔热板的内侧，在所述隔热板与所述碳氮化硅块之间形成容置腔；以及

槽壁换热器，其设置在所述容置腔内，所述槽壁换热器上设置有换热介质入口和换热介质出口。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述槽壁换热器包括第一区段和第二区段，所述第一区段和所述第二区段呈n型布置，所述第一区段布设在所述容置腔内，所述第二区段位于所述槽壳外侧。

3.根据权利要求2所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述槽壁换热器整体为换热盘管弯折盘绕而成；或

所述槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，所述循环隔板将所述换热壳体的内腔分隔为循环流道；或

所述槽壁换热器的第二区段上设置有换热盘管或换热流道，所述第一区段为导热块。

4.根据权利要求1所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述隔热板、槽板换热器和碳氮化硅块形成侧衬块，在所述侧衬块的上部设置有覆盖料，所述侧衬块的下部设置有高强浇注料。

5.根据权利要求1所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述槽壳底部和侧部设置有多组间隔布置的摇篮架，所述摇篮架呈U型，在所述槽壳的下侧还设置有阴极钢棒组，所述槽壁换热器设置在相邻两所述摇篮架和对应的阴极钢棒组之间。

6.根据权利要求1所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述槽壁换热器包括第一区段和第二区段，多个所述第二区段垂直布设在所述第一区段上，所述第一区段和所述第二区段呈T型布置，所述第一区段设置在所述容置腔内，所述第二区段穿过所述槽壳。

7.根据权利要求6所述的铝电解槽侧壁结构，其特征在于，所述第一区段为换热盘管弯折盘绕而成，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；或

所述槽壁换热器包括换热壳体和循环隔板，所述循环隔板将所述换热壳体的内腔分隔为循环流道，所述第二区段为换热介质入口和换热介质出口；或

所述槽壁换热器的第二区段的外端设置有第三区段，所述第一区段和第二区段为导热块，所述第三区段为换热盘管或带有循环流道的换热壳体。

Images