DE19845258C1

DE19845258C1 - Anlage zum Absaugen der Abgase und zur Nutzung ihrer Abwärme für eine Anlage zur Aluminiumschmelzflußelektrolyse mit mehreren Elektrolysezellen

Info

Publication number: DE19845258C1
Application number: DE1998145258
Authority: DE
Inventors: Elmar Sturm; Jobst Hapke
Original assignee: HAMBURGER ALUMINIUM WERK GmbH
Current assignee: Trimet Aluminium SE
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2018-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Luftabsaugungsanlage zum Absaugen der Abgase und Nutzung deren Abwärme einer Anlage mit einer Vielzahl von Elektrolysezellen zur Aluminiumschmelzflußelektrolyse, umfassend Abgassammelhauben, die jeweils einer Elektrolysezelle zugeordnet sind und über welche die Abgase aus der Aluminiumschmelzflußelektrolyse abgesaugt werden, Abgasleitungen, die jeweils mit einer Abgassammelhaube verbunden sind, Drosselklappen, die jeweils in einer Abgasleitung angeordnet sind, und Wärmetauscher, die jeweils im Verlauf einer Abgasleitung angeordnet sind und durch die ein Wärmeträgermedium erwärmt und der Abgasstrom abgekühlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Absaugen der Abgase und zur Nutzung ihrer Abwärme für eine Anlage zur Aluminiumschmelzflußelektrolyse mit einer Vielzahl von Elektrolysezellen.

Bei der Aluminiumschmelzflußelektrolyse wird Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith bei 950-980°C reduziert. Eine Elek trolysezelle besteht hierbei aus einer Wanne mit einem Kathoden boden und einem Kathodenrand aus Kohlenstoff. In der Wanne be findet sich die Kryolithschmelze, in der das Aluminiumoxid ge löst ist. In die Kryolithschmelze tauchen Kohlenstoffanoden ein. Unter Zuführung von Prozeßstrom findet die Elektrolyse statt. Hierbei entstehen fluorhaltige Abgase, die aufgrund ihrer Zu sammensetzung sehr aggressiv sind und daher vollständig abge saugt werden müssen. Hierzu weist die Elektrolysezelle eine Kapselung auf, in der sich die Abgase aus der Elektrolysezelle sammeln und aus der Kapselung abgesaugt werden können. Bei der Absaugung wird durch Spalte und Öffnungen in der Kapselung Umge bungsluft in die Elektrolysezelle gesaugt. Das Gemisch aus Umge bungsluft und Abgasen weist bei der Absaugung eine Temperatur von 110-130°C auf.

Probleme bei der Absaugung ergeben sich bei der Verwendung meh rerer Elektrolysezellen, die gemeinsam mit einer zentralen Ven tilatoranlage verbunden sind. Wenn eine Kapselung einer Elek trolysezelle wegen einer Reparatur oder zum Austauschen der Kohlenstoffanoden geöffnet wird und der Strömungswiderstand an dieser Elektrolysezelle somit erheblich verringert wird, sinkt der Abgasvolumenstrom an den anderen Elektrolysezellen und ge währleistet unter Umständen nicht mehr eine vollständige Erfas sung der Abgase.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Absaugungs anlage bereitzustellen, mit der eine nahezu vollständige Erfas sung der Abgase bei Reparatur, Austausch etc. gewährleistet ist und die Abwärme der Abgase genutzt werden kann.

Die Aufgabe wird durch eine Absaugungsanlage gelöst, welche folgende Merkmale aufweist: Abgassammelhauben, die jeweils einer Elektrolysezelle zugeordnet sind und über welche die Abgase aus der Aluminiumschmelzflußelektrolyse abgesaugt werden, Abgaslei tungen, die jeweils mit einer Abgassammelhaube verbunden sind, Drosselklappen, die jeweils in einer Abgasleitung angeordnet sind, und Wärmetauscher, die jeweils im Verlauf einer Abgaslei tung angeordnet sind und durch die ein Wärmeträgermedium erwärmt und der Abgasstrom abgekühlt wird, umfaßt.

Die im Wärmeträgermedium gewonnene Energie der Abwärme läßt sich für die Stromerzeugung, die Kältererzeugung und insbesondere für die Erzeugung von Fernwärme nutzen. Die Drosselklappen im Ver lauf der Abgasleitung gewährleisten, daß der Abgasvolumenstrom an den einzelnen Elektrolysezellen so eingestellt werden kann, daß keine Beeinflußung des empfindlichen Prozesses der Elek trolyse stattfindet. Zudem wird somit gewährleistet, daß beim Abnehmen einer Abgassammelhaube einer Elektrolysezelle der Ab gasstrom dieser Elektrolysezelle so einstellbar ist, daß die Absaugung an den anderen Elektrolysezellen nicht beeinflußt wird, wenn sämtliche Abgassammelhauben bzw. Abgasleitungen mit einer gemeinsamen Ventilatoranlage verbunden sind und eine Haube zum Zwecke der Wartung, Reparatur oder Erstinstallation geöffnet werden muß. Der Wärmetauscher ist zudem so nahe wie möglich an der Wärmequelle angeordnet, so daß die Abgasströme ihre Höchsttemperatur aufweisen. Somit ist eine möglichst hohe Tempe raturdifferenz zwischen Abgasstrom und Wärmeträgermedium gege ben, um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Der Abgasstrom wird beim Durchströmen des Wärmetauschers abgekühlt. Im folgen den Verlauf des Abgasstroms durch die Abgasleitungen wird die Temperatur weiter gesenkt. Durch die zusätzliche Abkühlung der Abgasströme in den Wärmetauschern wird eine erhöhte Filterwir kung bei dem Einsatz einer Filteranlage erzielt.

Eine günstige Ausführungsform sieht vor, daß beim Betrieb der Absaugungsanlage die Drosselklappe innerhalb eines Bereichs einstellbar ist, der gewährleistet, daß der Druckverlust des Abgases beim Durchströmen der Drosselklappe und des Wärmetau schers demjenigen Druckverlust entspricht, der beim Durchströmen der Drosselklappe einzustellen ist, wenn in der Abgasleitung kein Wärmetauscher vorgesehen wäre. Hierdurch wird gewähr leistet, daß beim Nachrüsten oder Reparatur etc. einer Absaugungsanlage mit Wärmetauschern, sofern die Abgassammelhau ben mit einer zentralen Ventilatoranlage verbunden sind, keine neue leistungsstärkere Ventilatoranlage benötigt und ein evtl. Druckabfall bei dem übrigen Wärmetauschern vermieden wird. Die Abgasleitungen können mit einer Abgassammelleitung verbunden sein, in der die Abgasleitungen zusammengeführt sind. Die Ab gasleitung führt weiter zu einer Filteranlage und einer Ventila toranlage. Somit können alle Abgassammelhauben mit einer gemein samen zentralen Filteranlage und einer gemeinsamen zentralen Ventilatoranlage betrieben werden.

Vorzugsweise ist ein gemeinsames Kreislaufsystem des Wärmeträ germediums für sämtliche Wärmetauscher vorgesehen, um die so gewonnene Abwärmeenergie zentral nutzen zu können.

In Strömungsrichtung der Abgase vor den Wärmetauschern kann jeweils ein Leitblechsystem vorgesehen sein. Das Leitblechsystem umfaßt mehrere einzeln verstellbare Leitbleche. Somit kann der Abgasstrom so eingestellt werden, daß die Wärmetauscherflächen gleichmäßig angeströmt werden, um den Wirkungsgrad des Wärmetau schers zu verbessern.

Um die von Abgasen umströmten Flächen des Wärmetauschers und/oder des Leitblechsystems zu reinigen, sind Mittel vorgese hen, mit denen Preßluft auf von Abgasen umströmte Flächen gelei tet wird. Staubablagerungen auf den Flächen werden somit besei tigt.

Damit verhindert wird, daß bei Leckage des Wärmetauschers Wärme trägermedium in die Elektrolysezelle und damit in die Kryolith schmelze gelangt, sind die Wärmetauscher jeweils in einem Tei labschnitt einer Abgasleitung angeordnet, die eine Neigung von der Abgassammelhaube bzw. der Elektrolysezelle weg aufweist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.

Hierin zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrolysezelle,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Absaugungsanlage mit mehreren Sammelhauben und Wärmetauschern.

Die Elektrolysezelle gemäß Fig. 1 umfaßt eine Stahlwanne 1, in die schmelzflüssiger Elektolyt 2 gefüllt ist. Die Stahlwanne 1 ist durch eine Abgassammelhaube 3 gekapselt, welche mit einer Abgasleitung 4 verbunden ist.

Die Stahlwanne 1 weist eine feuerfeste Wärmeisolierung am Boden auf. Darüber ist ein Kathodenboden 6 aus Kohlenstoff angeordnet. Am Rand der Stahlwanne 1 ist ein Kathodenrand 7 aus Kohlenstoff angeordnet. Kathodenboden 6 und Kathodenrand 7 sind über eine Kathodenschiene 8 aus Stahl mit einer kathodischen Stromzufüh rung aus Aluminium verbunden. In den schmelzflüssigen Elektrolyt 2 sind zwei Kohlenstoffanoden 10 eingetaucht. In die Kohlen stoffanoden 10 sind jeweils Stahlnippel 11 eingegossen. Die Stahlnippel 11 sind mit dem stromführenden Anodenbalken 12 aus Aluminium verbunden. Das bei der Elektrolyse entstehende Alumi nium setzt sich am Kathodenboden 6 ab.

Die Abgase aus der Elektrolysezelle werden zusammen mit Luft in die Abgasleitung 4 abgesaugt. Sie enthalten neben Fluoriden, Phosphiden und Sulfiden noch Metall- und Kohlenstäube, die in wechselnden Zusammensetzungen auftreten und entsprechend der TA- Luft auf einen Mindestgehalt reduziert werden müssen. Die Abgas sammelhaube 3 weist Bleche 13 auf, die beim Wechsel der Kohlen stoffanoden 10 geöffnet werden können. Im weiteren Verlauf der Abgasleitung 4 ist eine Drosselklappe 14 angeordnet, über die der Abgasstrom reguliert werden kann. Hinter der Drosselklappe ist ein Wärmetauscher 15 mit davor angeordneten Leitblechen 16 vorgesehen. Der Wärmetauscher 15 ist in einem Teilstück der Abgasleitung 4 angeordnet, das eine Neigung von der Abgassammel haube 3 weg gerichtet aufweist. Somit wird vermieden, daß bei Leckage des Wärmetauschers 15 Wärmeträgermedium durch die Ab gasleitung 4 zurück in die Elektrolysezelle fließt und dort den Elektrolyseprozeß beeinflußt. Mit den Leitblechen 16 wird der Abgasstrom gleichmäßig auf die Flächen des Wärmetauschers 15 geleitet. Dies ist insbesondere deswegen wichtig, da hinter der Drosselklappe 14 Wirbel im Abgasstrom entstehen, wodurch der Wirkungsgrad des Wärmetauschers 15 herabgesetzt würde. In Strö mungsrichtung betrachtet hinter dem Wärmetauscher 15 mündet die Abgasleitung 4 in eine Abgassammelleitung 19.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Absaugungsanlage mit drei Abgassammelhauben 17, 17', 17", die jeweils über Abgaslei tungen 18, 18', 18" mit einer Abgassammelleitung 19 verbunden sind. Die Abgassammelleitung 19 führt zu einer Filteranlage 20 und weiter zu einer Ventilatoranlage 21. Im Verlauf der Abgas leitungen 18, 18', 18" sind jeweils Wärmetauscher 22, 22', 22" angeordnet. Die Wärmetauscher 22, 22', 22" sind mit einem ge meinsamen Kreislaufsystem 23 mit einem Wärmeträgermedium verbun den. In dem Kreislaufsystem 23 ist ein Wärmetauscher 24 zur Erzeugung von Fernwärme vorgesehen.

Bezugszeichenliste

1

Stahlwanne

2

Elektrolyt

3

Abgassammelhaube

4

Abgasleitung

5

Wärmeisolierung

6

Kathodenboden

7

Kathodenrand

8

Kathodenschiene

9

Kathodische Stromzuführung

10

Kohlenstoffanode

11

Stahlnippel

12

Anodenbalken

13

Bleche

14

Drosselklappe

15

Wärmetauscher

16

Leitbleche

17

,

17

',

17

"Abgassammelhauben

18

,

18

',

18

"Abgasleitung

19

Abgassammelleitung

20

Filteranlage

21

Ventilatoranlage

22

,

22

',

22

"Wärmetauscher

23

Kreislaufsystem

24

Wärmetauscher

Claims

1. Anlage zum Absaugen der Abgase und zur Nutzung ihrer Abwärme für eine Anlage zur Aluminiumschmelzflußelektrolyse mit einer Vielzahl von Elek trolysezellen umfassend

1. Abgassammelhauben (3, 17, 17', 17"), die jeweils einer Elektrolysezelle zugeordnet sind und über welche die Abgase aus der Aluminiumschmelzflußelektrolyse abgesaugt werden,
2. Abgasleitungen (4, 18, 18', 18"), die jeweils mit einer Abgassammelhaube (3, 17, 17', 17") verbunden sind,
3. Drosselklappen (14), die jeweils in einer Abgasleitung (4, 18, 18', 18") angeordnet sind, und
4. Wärmetauscher (15, 22, 22', 22"), die jeweils im Verlauf einer Abgasleitung (4, 18, 18', 18") angeord net sind und durch die ein Wärmeträgermedium erwärmt und der Abgasstrom abgekühlt wird.

2. Absaugungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb der Absaugungsanlage die Drosselklappe (14) innerhalb eines Bereichs einstellbar ist, der gewähr leistet, daß der Druckverlust des Abgases beim Durchströmen der Drosselklappe (14) und des Wärmetauschers (15, 22, 22', 22") demjenigen Druckverlust entspricht, der beim Durch strömen der Drosselklappe (14) einzustellen ist, wenn in der Abgasleitung kein Wärmetauscher vorhanden ist oder wenn die Abgassammelhaube (3, 17, 17', 17") einer Elektrolyse zelle geöffnet ist.

3. Absaugungsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgassammelleitung (19) vorgesehen ist, in der die Abgasleitungen (4, 18, 18', 18") zusammengeführt sind.

4. Absaugungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgassammelleitung (19) mit einer Filteranlage (20) und einer Ventilatoranlage (21) verbunden ist.

5. Absaugungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kreislaufsystem (23) des Wärmeträgermediums für sämtliche Wärmetauscher (15, 22, 22', 22") vorgesehen ist.

6. Absaugungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Abgase jeweils vor einem Wär metauscher (15, 22, 22', 22") ein Leitblechsystem vor gesehen ist.

7. Absaugungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblechsystem mehrere einzeln verstellbare Leit bleche (16) umfaßt.

8. Absaugungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die Preßluft auf von Abgasen umströmte Flächen des Wärmetauschers (15, 22, 22', 22") und/oder des Leitblechsystems leiten.

9. Absaugungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (22, 22', 22") jeweils in einem Teilabschnitt einer Abgasleitung (18, 18', 18") angeordnet sind, der eine Neigung von der Abgassammelhaube (17, 17', 17") weg aufweist.