DE19845258C1 - Installation for sucking away waste gases and using their heat for aluminum multi cell electrolysis plant comprises waste gas collector hoods and suction ducts for each electrolysis cell of the plant - Google Patents
Installation for sucking away waste gases and using their heat for aluminum multi cell electrolysis plant comprises waste gas collector hoods and suction ducts for each electrolysis cell of the plantInfo
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Abstract
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.The invention relates to a system for suction of the exhaust gases and for the use of their waste heat for a plant for aluminum melt flow electrolysis with a large number of electrolysis cells.
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.In aluminum melt flow electrolysis, aluminum oxide is in molten cryolite reduced at 950-980 ° C. An elec The trolysis cell consists of a tub with a cathode bottom and a carbon cathode rim. Be in the tub there is the cryolite melt in which the alumina ge triggers. Carbon anodes are immersed in the cryolite melt. Electrolysis takes place with the supply of process current. This creates fluorine-containing exhaust gases, which due to their addition composition are very aggressive and therefore completely absent need to be sucked. For this purpose, the electrolysis cell has a Encapsulation in which the exhaust gases from the electrolysis cell collect and can be sucked out of the encapsulation. In the Suction is reversed through gaps and openings in the encapsulation air sucked into the electrolysis cell. The mixture of vice The ambient air and exhaust gases have a temperature during extraction from 110-130 ° C.
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.Problems with suction arise when using meh electrolysis cells, which together with a central Ven tilatoranlage are connected. If an Elek trolysis cell for repair or to replace the Carbon anodes are opened and the flow resistance on this electrolytic cell is thus significantly reduced the exhaust gas volume flow at the other electrolysis cells and ge may no longer guarantee complete registration exhaust gas solution.
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.The object of the present invention is a suction to provide plant with which an almost complete recording solution of exhaust gases during repair, exchange etc. is guaranteed and the waste heat from the exhaust gases can be used.
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.The task is solved by a suction system, which has the following features: exhaust gas hoods, each one Electrolysis cell are assigned and via which the exhaust gases the aluminum melt flow electrolysis are sucked off, exhaust gas which are each connected to an exhaust gas hood, Throttle valves, each arranged in an exhaust pipe are, and heat exchangers, each in the course of an exhaust gas device are arranged and heated by a heat transfer medium and cooling the exhaust gas stream.
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.The energy of the waste heat obtained in the heat transfer medium can be for power generation, refrigeration and especially for use the generation of district heating. The throttle valves in the ver ensure that the exhaust gas volume flow can be set on the individual electrolysis cells that no interference with the sensitive process of the elec trolysis takes place. It also ensures that when Removing an exhaust gas hood from an electrolysis cell of Ab gas flow of this electrolytic cell is adjustable so that the Suction on the other electrolytic cells is not affected is when all exhaust gas hoods or exhaust pipes with are connected to a common fan system and a hood opened for maintenance, repair or initial installation must become. The heat exchanger is also as close as possible to the heat source arranged so that the exhaust gas flows their Have maximum temperature. This is the highest possible temperature temperature difference between exhaust gas flow and heat transfer medium ben to achieve high efficiency. The exhaust gas flow is cooled as it flows through the heat exchanger. In the follow the course of the exhaust gas flow through the exhaust pipes is the Temperature lowered further. Due to the additional cooling of the Exhaust gas flows in the heat exchangers become an increased filter achieved when using a filter system.
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.A favorable embodiment provides that when operating the Exhaust system the throttle valve within a range is adjustable, which ensures that the pressure loss of the Exhaust gas when flowing through the throttle valve and the heat rope schers corresponds to the pressure loss that occurs when flowing through the throttle valve is to be adjusted if in the exhaust pipe no heat exchanger would be provided. This ensures ensures that when retrofitting or repairing etc. one Extraction system with heat exchangers, provided the exhaust manifold ben are connected to a central fan system, none new, more powerful fan system is required and a possible Pressure drop in the remaining heat exchangers is avoided. The Exhaust pipes can be connected to an exhaust manifold be in which the exhaust pipes are brought together. The Ab gas line continues to a filter system and a ventila gate system. So all exhaust hoods can have one thing in common same central filter system and a common central Fan system can be operated.
Vorzugsweise ist ein gemeinsames Kreislaufsystem des Wärmeträ germediums für sämtliche Wärmetauscher vorgesehen, um die so gewonnene Abwärmeenergie zentral nutzen zu können.A common circulatory system of the heat transfer is preferred Germediums provided for all heat exchangers to the so to be able to use the waste heat energy centrally.
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. In the flow direction of the exhaust gases in front of the heat exchangers one baffle system each can be provided. The baffle system includes several individually adjustable baffles. Thus, the Exhaust gas flow can be adjusted so that the heat exchanger surfaces flows evenly to the efficiency of the heat rope to improve schers.
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.Around the surfaces of the heat exchanger around which exhaust gases flow and / or to clean the baffle system, means are provided hen with which compressed air can flow onto the surfaces around which exhaust gases flow is tested. Dust deposits on the surfaces are thus protected does.
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.This prevents heat from leaking from the heat exchanger carrier medium in the electrolysis cell and thus in the cryolite melt, the heat exchangers are each in one part Lab section of an exhaust pipe arranged that has an inclination of the exhaust gas hood or the electrolysis cell.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Zeichnungen näher erläutert.Preferred embodiments are illustrated by the following Drawings explained in more detail.
Hierin zeigt:Herein shows:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrolysezelle, Fig. 1 a cross section through an electrolytic cell,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Absaugungsanlage mit mehreren Sammelhauben und Wärmetauschern. Fig. 2 is a schematic representation of an extraction system with several collection hoods and heat exchangers.
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.The electrolysis cell of FIG. 1 comprises a steel shell 1 is filled in the molten Elektolyt. 2 The steel trough 1 is encapsulated by an exhaust gas hood 3 , which is connected to an exhaust pipe 4 .
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.The steel trough 1 has fire-proof thermal insulation on the floor. A carbon cathode base 6 is arranged above it. At the edge of the steel trough 1 , a carbon cathode edge 7 is arranged. Cathode bottom 6 and cathode edge 7 are connected via a cathode rail 8 made of steel with a cathodic current feed made of aluminum. Two carbon anodes 10 are immersed in the molten electrolyte 2 . Steel nipples 11 are cast into the carbon anodes 10 . The steel nipples 11 are connected to the current-carrying aluminum anode bar 12 . The resulting aluminum during electrolysis settles on the cathode base 6 .
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.The exhaust gases from the electrolysis cell are drawn off together with air into the exhaust line 4 . In addition to fluorides, phosphides and sulfides, they also contain metal and coal dusts, which occur in changing compositions and must be reduced to a minimum content in accordance with TA-Luft. The exhaust gas collecting hood 3 has sheets 13 which can be opened when changing the carbon anodes 10 . In the further course of the exhaust pipe 4 , a throttle valve 14 is arranged, via which the exhaust gas flow can be regulated. A heat exchanger 15 with guide plates 16 arranged in front of it is provided behind the throttle valve. The heat exchanger 15 is arranged in a section of the exhaust pipe 4 , which has an inclination of the exhaust gas hood 3 directed away. It is thus avoided that, in the event of leakage of the heat exchanger 15, heat transfer medium flows through the gas line 4 back into the electrolysis cell and influences the electrolysis process there. With the baffles 16 , the exhaust gas flow is evenly directed onto the surfaces of the heat exchanger 15 . This is particularly important because there are vortices in the exhaust gas flow behind the throttle valve 14 , as a result of which the efficiency of the heat exchanger 15 would be reduced. Viewed in the flow direction behind the heat exchanger 15 , the exhaust pipe 4 opens into an exhaust manifold 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. Fig. 2 shows schematically the structure of a suction system with three exhaust gas hoods 17 , 17 ', 17 ", each of which is connected via exhaust lines 18 , 18 ', 18 " to an exhaust gas manifold 19 . The exhaust manifold 19 leads to a filter system 20 and further to a fan system 21 . In the course of the exhaust pipes 18 , 18 ', 18 ", heat exchangers 22 , 22 ', 22 " are respectively arranged. The heat exchangers 22 , 22 ', 22 "are connected to a common circulation system 23 with a heat transfer medium. In the circulation system 23 , a heat exchanger 24 is provided for generating district heating.
11
Stahlwanne
Steel tub
22nd
Elektrolyt
electrolyte
33rd
Abgassammelhaube
Exhaust collector hood
44th
Abgasleitung
Exhaust pipe
55
Wärmeisolierung
Thermal insulation
66
Kathodenboden
Cathode bottom
77
Kathodenrand
Cathode rim
88th
Kathodenschiene
Cathode rail
99
Kathodische Stromzuführung
Cathodic power supply
1010th
Kohlenstoffanode
Carbon anode
1111
Stahlnippel
Steel nipple
1212th
Anodenbalken
Anode bar
1313
Bleche
Sheets
1414
Drosselklappe
throttle
1515
Wärmetauscher
Heat exchanger
1616
Leitbleche
Baffles
1717th
, ,
1717th
', ',
1717th
"Abgassammelhauben
"Exhaust gas hoods
1818th
, ,
1818th
', ',
1818th
"Abgasleitung
"Exhaust pipe
1919th
Abgassammelleitung
Exhaust manifold
2020th
Filteranlage
Filter system
2121
Ventilatoranlage
Fan system
2222
, ,
2222
', ',
2222
"Wärmetauscher
"Heat exchanger
2323
Kreislaufsystem
Circulatory system
2424th
Wärmetauscher
Heat exchanger
Claims (9)
- 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.
- 1. exhaust gas hoods ( 3 , 17 , 17 ', 17 "), each of which is assigned to an electrolysis cell and via which the exhaust gases are drawn off from the aluminum melt flow electrolysis,
- 2. exhaust pipes ( 4 , 18 , 18 ', 18 "), each of which is connected to an exhaust gas hood ( 3 , 17 , 17 ', 17 "),
- 3. throttle valves ( 14 ), which are each arranged in an exhaust pipe ( 4 , 18 , 18 ', 18 "), and
- 4. Heat exchangers ( 15 , 22 , 22 ', 22 "), each of which is arranged in the course of an exhaust pipe ( 4 , 18 , 18 ', 18 ") and through which a heat transfer medium is heated and the exhaust gas stream is cooled.
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| DE1998145258 DE19845258C1 (en) | 1998-10-01 | 1998-10-01 | Installation for sucking away waste gases and using their heat for aluminum multi cell electrolysis plant comprises waste gas collector hoods and suction ducts for each electrolysis cell of the plant |
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Representative=s name: FLACCUS MUELLER-WOLFF, DE Effective date: 20130617 |
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