CN219907883U - 带有余热回收系统的铝电解槽 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有余热回收系统的铝电解槽，包括槽体，槽体侧壁内插设有竖向热管段；竖向热管段向上伸出槽体侧壁并连接有水平设置的水平热管段；还包括有第一导热油循环管路，第一导热油循环管路穿过水平热管段，第一导热油循环管路上串联有第一循环泵、导热油储罐和换热器；换热器通过其高温介质进口和高温介质出口串联在第一导热油循环管路上；换热器通过其低温介质进口和低温介质出口串联在第二导热油循环管路上；第二导热油循环管路上串联有第二循环泵、终端用热设备和滤网。本实用新型结构简单，通过热管和导热油将热量传递至换热器处，规避了槽体侧壁存在变形不易安装换热器的难题，提高了热能回收效率，降低电解铝企业能耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及电解铝及节能技术领域，尤其是铝电解槽热回收技术。
背景技术
电解铝就是通过电解制备铝，目前炼铝的方法主要采用霍尔－埃鲁特熔盐电解法，利用冰晶石-氧化铝熔盐体系来电解铝，冰晶石作为熔剂，氧化铝作为熔质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解，含氧络合离子在阳极放电释放出CO2，含铝络合离子在阴极放电得到铝。电解铝需要在电解铝槽中进行操作；
截止2022年，我国铝电解行业原铝总生产能力4100万吨，铝电耗在13000~14000kwh，耗电成本约占总成本的40%左右，而铝电解槽的能量利用率不到50%，其它都以热能的形式散失到大气中。
随着国家对电解铝企业节能减排的要求越来越严格，电解铝企业对铝电解槽能量的回收利用逐渐增多。在生产过程中电解槽的侧壁温度可高达300℃－350℃，电解铝生产工艺要求电化学反应必须在均匀稳定的工作温度下进行，故电解槽四周布置有一定的散热区域进行散热，以保证槽内温度稳定。电解槽的侧壁高温主要以辐射和自然对流的形式向车间散热，夏季两电解铝槽间过道的温度常常在60℃以上，工人的工作环境极其恶劣，同时大量的电能以热能的形式散失，造成了大量的能源浪费。
生产过程中阴极碳块受钠离子渗透导致不断向外膨胀变形。侧壁受热和吸钠向外变形又局部受到多组摇篮架约束，使铝电解槽槽壳侧壁在两个摇篮架之间部位向外凸起，导致铝电解槽侧壁安装换热器困难，热能回收利用困难。
目前仅有少数电解铝的企业对铝电解槽烟气中的余热进行回收，一般在烟道上安装管壳式热交换器，热交换器管内一般为水，利用烟气余热对水进行加热，热水供洗浴或者供暖，进而实现用余热的回收和利用。烟气中的余热一般仅为电解铝槽余热的30％左右，另外约有70％的余热没有得到回收和利用，造成能源的严重浪费。
因此，现有技术还有待改进和发展，急需一种高效的余热回收方式，提升电解铝行业的能源利用率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种带有余热回收系统的铝电解槽，不需要在电解槽侧壁外部安装换热器，能够回收利用铝电解槽侧壁处的高温热能。
为实现上述目的，本实用新型的带有余热回收系统的铝电解槽包括槽体，槽体侧壁内插设有用于吸收槽体侧壁高温的竖向热管段；竖向热管段向上伸出槽体侧壁并连接有水平设置的水平热管段，水平热管段的轴向两端封闭；
还包括有第一导热油循环管路，第一导热油循环管路穿过所述水平热管段，第一导热油循环管路上串联有第一循环泵、导热油储罐和换热器；
换热器具有高温介质进口、高温介质出口、低温介质进口和低温介质出口；
换热器通过其高温介质进口和高温介质出口串联在第一导热油循环管路上；
换热器通过其低温介质进口和低温介质出口串联在第二导热油循环管路上；第二导热油循环管路上串联有第二循环泵、终端用热设备和滤网。
所述槽体包括钢制外壳和嵌于钢制外壳内的保温砖层，竖向热管段由上向下穿过钢制外壳并伸入保温砖层。
竖向热管段沿槽体侧壁的长度方向均匀间隔设有多个。
竖向热管段和与之相连接的各水平热管段形成热管组，热管组与槽体的两侧壁一一对应设有两组，通过两组热管组的第一导热油循环管路均与换热器的高温介质进口和高温介质出口相连接。
铝电解槽的槽体底壁和导热油储罐分别设有保温层，第一导热油循环管路和第二第一导热油循环管路上分别设有保温层。
钢制外壳和保温砖层之间设有微孔硅酸钙板。
本实用新型具有如下的优点：
本实用新型结构简单，竖向热管段中的介质吸收电解槽的槽体侧壁的高温后蒸发，升至水平热管段后冷凝放热，将热量传递给导热油，导热油将热量传递至换热器处，这样换热器就不需要再安装在槽体侧壁，规避了槽体侧壁存在变形不易安装换热器的难题，能够将电解槽侧壁热能回收后供给终端用热设备，由于直接吸收了电解槽侧壁的高温，相比回收烟气高温提高了热能回收的效率，有助于电解铝企业降低能耗，降低生产成本并满足日益严格的节能减排的要求。
本实用新型回收的热能不仅可以用于采暖，还可以用作系统补热、工厂供热以及用户洗浴的热源，用途广泛。
钢制外壳的热胀冷缩现象相较保温砖层更为明显，本实用新型中竖向热管段主要位于保温砖层中，仅在钢制外壳壁厚的方向上穿过钢制外壳的顶面，受钢制外壳影响很小，相比在钢制外壳的外表面安装换热器，基本不受钢制外壳受热变形的影响，为吸收槽体侧壁高温热能提供稳定的结构基础。
设置多个竖向热管段能够提高吸收热能的效率。
热管组设有两组，从而同时吸收电解槽两侧壁处的热能，不但提高回收热量的效率，而且使得电解槽内的温度更加均匀，避免出现电解槽内电解液温度一侧高于另一侧的现象。
保温层为常规技术，图未示。保温层可以减少热能向环境中无效散失的现象。
微孔硅酸钙板具有优越防火性能及耐潮、保温、使用寿命超长等优点，减少槽体对环境传递的热能，使电解槽工作更加稳定，具有一定节能效果，并提高了铝电解槽的使用寿命。
其中，竖向热管段优选采用钢制，在槽体本身对磁场有屏蔽效应以外，各竖向热管段也起到磁场屏蔽效应效果，降低槽内电解液的波动高度，减缓电解槽内阴极铝液的流动速度，从而可以减少极距，减少电解铝生产所消耗的电能。
附图说明
图1是本实用新型中铝电解槽的立体结构示意图；
图2是铝电解槽的俯视结构示意图；
图3是图2的A-A向视图；
图4是本实用新型中余热回收系统的结构示意图。图4中箭头所示方向为导热油的流动方向。
实施方式
如图1至图4所示，本实用新型的带有余热回收系统的铝电解槽包括槽体，槽体侧壁内插设有用于吸收槽体侧壁高温的竖向热管段3；竖向热管段3向上伸出槽体侧壁并连接有水平设置的水平热管段4，水平热管段4的轴向两端封闭；
还包括有第一导热油循环管路5，第一导热油循环管路5穿过所述水平热管段4，第一导热油循环管路5上串联有第一循环泵6、导热油储罐7和换热器8；
换热器8具有高温介质进口9、高温介质出口10、低温介质进口11和低温介质出口12；
换热器8通过其高温介质进口9和高温介质出口10串联在第一导热油循环管路5上；
换热器8通过其低温介质进口11和低温介质出口12串联在第二导热油循环管路13上；第二导热油循环管路13上串联有第二循环泵14、终端用热设备15（如暖气片）和滤网16。
第二导热油循环管路13中的导热油通过换热器的方向优选与第一导热油循环管路5中的导热油通过换热器的方向相反，形成逆流换热，提高换热效率。滤网16有助于保持导热油的清洁。
本实用新型结构简单，竖向热管段3中的介质吸收电解槽的槽体侧壁的高温后蒸发，升至水平热管段4后冷凝放热，将热量传递给导热油，导热油将热量传递至换热器8处，这样换热器8就不需要再安装在槽体侧壁，规避了槽体侧壁存在变形不易安装换热器8的难题，能够将电解槽侧壁热能回收后供给终端用热设备15，由于直接吸收了电解槽侧壁的高温，相比回收烟气高温提高了热能回收的效率，有助于电解铝企业降低能耗，降低生产成本并满足日益严格的节能减排的要求。
本实用新型回收的热能不仅可以用于采暖，还可以用作系统补热、工厂供热以及用户洗浴的热源，用途广泛。
所述槽体包括钢制外壳1和嵌于钢制外壳1内的保温砖层2，竖向热管段3由上向下穿过钢制外壳1并伸入保温砖层2。
钢制外壳1的热胀冷缩现象相较保温砖层2更为明显，本实用新型中竖向热管段3主要位于保温砖层2中，仅在钢制外壳1壁厚的方向上穿过钢制外壳1的顶面，受钢制外壳1影响很小，相比在钢制外壳1的外表面安装换热器8，基本不受钢制外壳1受热变形的影响，为吸收槽体侧壁高温热能提供稳定的结构基础。
竖向热管段3沿槽体侧壁的长度方向均匀间隔设有多个。设置多个竖向热管段3能够提高吸收热能的效率。
竖向热管段3和与之相连接的各水平热管段4形成热管组，热管组与槽体的两侧壁一一对应设有两组，通过两组热管组的第一导热油循环管路5均与换热器8的高温介质进口9和高温介质出口10相连接。
热管组设有两组，从而同时吸收电解槽两侧壁处的热能，不但提高回收热量的效率，而且使得电解槽内的温度更加均匀，避免出现电解槽内电解液温度一侧高于另一侧的现象。两组热管组对称设置，图1至图3中只示意出一套热管组。
铝电解槽的槽体底壁和导热油储罐7分别设有保温层，第一导热油循环管路5和第二第一导热油循环管路5上分别设有保温层。保温层为常规技术，图未示。保温层可以减少热能向环境中无效散失的现象。
钢制外壳1和保温砖层2之间设有微孔硅酸钙板。微孔硅酸钙板为常规技术，图未示。微孔硅酸钙板具有优越防火性能及耐潮、保温、使用寿命超长等优点，减少槽体对环境传递的热能，使电解槽工作更加稳定，具有一定节能效果，并提高了铝电解槽的使用寿命。
其中，竖向热管段3优选采用钢制，在槽体本身对磁场有屏蔽效应以外，各竖向热管段3也起到磁场屏蔽效应效果，降低槽内电解液的波动高度，减缓电解槽内阴极铝液的流动速度，从而可以减少极距，减少电解铝生产所消耗的电能。
安装时，在钢制外壳1的顶板及下方的保温砖层2上钻若干孔，然后将竖向热管段3一一对应安装在各钻孔中。使第一导热油循环管路5穿过水平热管段4，然后封闭水平热管段4的轴向两端，可以采用焊接端板等形式进行封闭。
各竖向热管段3伸入保温砖层2和钢制外壳1的顶板的部分作为热管的吸热蒸发段，各竖向热管段3向上伸出钢制外壳1的顶板的部分作为热管的绝热段；各水平热管段4作为热管的放热冷凝段。
对相互联通的水平热管段4和竖向热管段3进行抽真空，抽至预定负压后，如1.3×（10-1～10-4）Pa后，向水平热管段4和竖向热管段3内注入介质（工质）。热管介质为常规技术，不详述。铝电解槽工作过程中，电解液使槽体侧壁处于高温状态，工质在热管的吸热蒸发段内吸热蒸发，经绝热段后进入放热冷凝段（水平热管段4），在放热冷凝段中冷凝放热，从而加热第一导热油循环管路5中的导热油。第一导热油循环管路5中的导热油在第一循环泵6的驱动下不停循环流动，通过换热器8加热第二导热油循环管路13中的导热油，第第二导热油循环管路13中的导热油在第二循环泵14的驱动下不停循环流动，从而为终端用热设备15供热。
以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.带有余热回收系统的铝电解槽，包括槽体，其特征在于：
槽体侧壁内插设有用于吸收槽体侧壁高温的竖向热管段；竖向热管段向上伸出槽体侧壁并连接有水平设置的水平热管段，水平热管段的轴向两端封闭；
还包括有第一导热油循环管路，第一导热油循环管路穿过所述水平热管段，第一导热油循环管路上串联有第一循环泵、导热油储罐和换热器；
换热器具有高温介质进口、高温介质出口、低温介质进口和低温介质出口；
换热器通过其高温介质进口和高温介质出口串联在第一导热油循环管路上；
换热器通过其低温介质进口和低温介质出口串联在第二导热油循环管路上；第二导热油循环管路上串联有第二循环泵、终端用热设备和滤网。
2.根据权利要求1所述的带有余热回收系统的铝电解槽，其特征在于：所述槽体包括钢制外壳和嵌于钢制外壳内的保温砖层，竖向热管段由上向下穿过钢制外壳并伸入保温砖层。
3.根据权利要求1所述的带有余热回收系统的铝电解槽，其特征在于：竖向热管段沿槽体侧壁的长度方向均匀间隔设有多个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带有余热回收系统的铝电解槽，其特征在于：竖向热管段和与之相连接的各水平热管段形成热管组，热管组与槽体的两侧壁一一对应设有两组，通过两组热管组的第一导热油循环管路均与换热器的高温介质进口和高温介质出口相连接。
5.根据权利要求4所述的带有余热回收系统的铝电解槽，其特征在于：铝电解槽的槽体底壁和导热油储罐分别设有保温层，第一导热油循环管路和第二第一导热油循环管路上分别设有保温层。
6.根据权利要求1或2所述的带有余热回收系统的铝电解槽，其特征在于：钢制外壳和保温砖层之间设有微孔硅酸钙板。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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