NO337977B1

NO337977B1 - Method and apparatus for extracting heat from aluminum electrolysis cells

Info

Publication number: NO337977B1
Application number: NO20084938A
Authority: NO
Inventors: Sigmund Gjørven; Petter Nekså; Yves Ladam; Bjørn Petter Moxnes; Asbjørn Solheim
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-11-24
Publication date: 2016-07-18
Also published as: EA201100709A1; NO20110740A1; NZ592384A; CA2741168A1; AU2009310492A1; AR074082A1; EA020514B1; WO2010050823A8; CA2741168C; CN102203325B; NO20084938L; AU2009310492B2; BRPI0919993A2; EP2350353A1; EP2350353A4; CN102203325A; WO2010050823A1; EP2350353B1

Description

Beskrivelse Description

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og anordning for å ekstrahere varme fra en elektrolysecelle for aluminiumsproduksjon. Nærmere bestemt dreier den seg om avkjøling av komponentgruppen av anode, bolt og åk ved å lede varme oppover langs anodestammen, og forbedring og styring av denne kjøleeffekten. The present invention relates to a method and device for extracting heat from an electrolysis cell for aluminum production. More specifically, it concerns cooling the component group of anode, bolt and yoke by conducting heat upwards along the anode stem, and improving and controlling this cooling effect.

Anodekonstruksjonen i aluminiumsceller består av en anodestamme (anodestang), et anodeåk med bolter (plugger) og en karbonanodeblokk. Stammen er festet i sin øvre ende tit anodebjelken ved hjelp av en klemme, og den nedre enden er koblet til anodeåket. Boltene er innebygd i anodekarbonblokken. Anodestammen kan være lagd av aluminium eller kobber, mens åket er lagd av aluminium, kobber eller vanligvis av stål. Boltene er lagd av stål. Den elektriske og mekaniske forbindelsen mellom stammen og åket består av en bimetallplate. Konvensjonelt festes boltene i hullene i karbonblokka ved hjelp av støpejern. The anode construction in aluminum cells consists of an anode stem (anode rod), an anode yoke with bolts (plugs) and a carbon anode block. The stem is fixed at its upper end to the anode beam by means of a clamp, and the lower end is connected to the anode yoke. The bolts are embedded in the anode carbon block. The anode stem can be made of aluminum or copper, while the yoke is made of aluminum, copper or usually steel. The bolts are made of steel. The electrical and mechanical connection between the stem and the yoke consists of a bimetallic plate. Conventionally, the bolts are fixed in the holes in the carbon block using cast iron.

I tillegg til at anodestammen tilfører anoden elektrisk strøm og utgjør den mekaniske forbindelsen med anodebjelken, spiller den en viktig rolle i energi balansen til cellen. Omtrent 50 prosent av den elektriske energien som føres til cellen går tapt som varme. Opptil 50 prosent av varmetapet skjer i toppen av cellen, og hoveddelen av dette igjen skjer gjennom anoden. In addition to the anode stem supplying the anode with electrical current and forming the mechanical connection with the anode beam, it plays an important role in the energy balance of the cell. About 50 percent of the electrical energy supplied to the cell is lost as heat. Up to 50 percent of the heat loss occurs at the top of the cell, and the main part of this again occurs through the anode.

For en celle på 300 kA ledes omtrent 6*7 kW varme gjennom hver anodekarbonblokk fra elektrolytten og oppover. Noe av dette passerer gjennom dekningsmaterialet for anoden øverst på anoden, men mesteparten av varmen (omtrent 5 kW per anode) ledes gjennom boltene og inn i åket. Omtrent 4 kW dissiperes så fra åket og boltene ved elektromagnetisk stråling og konvektiv varmetransport, mens den resterende 1 kW ledes inn i anodestammen. En del av denne sistnevnte varmen dissiperes til gassen mellom den øvre skorpen og overbygningen, og en del av den dissiperes utenfor overbygningen. For a 300 kA cell, approximately 6*7 kW of heat is conducted through each anode carbon block from the electrolyte upwards. Some of this passes through the anode cover material at the top of the anode, but most of the heat (about 5 kW per anode) is conducted through the bolts and into the yoke. About 4 kW is then dissipated from the yoke and bolts by electromagnetic radiation and convective heat transport, while the remaining 1 kW is led into the anode stem. Part of this latter heat is dissipated to the gas between the upper crust and the superstructure, and part of it is dissipated outside the superstructure.

Energibalansen i en aluminiumscelle er nokså ømfintlig. Det er ytterst viktig å opprettholde en riktig energibalanse, siden cellens funksjon i høy grad er avhengig av at innerveggene har et lag frossen elektrolytt som beskytter fdringen. Når strømstyrken økes i eksisterende produksjonslinjer, må det gjøres mange ting for å tilpasse dem til den økte strømstyrken. Velkjente tiltak er å bruke katodekarbon med høy elektrisk ledningsevne, gjøre plass til større (lengre) anoder, øke det indre volumet av cellen ved å bruke tynnere sidevegger, samt å redusere avstanden mellom anoden og katoden (elektrodeavstanden, ACD). Imidlertid finnes det øvre grenser for anodedimensjonene, og en nedre grense for elektrodeavstanden som kan brukes uten for høyt tap av strømeffektivitet og uten risiko for magnetohydrodynamisk celleinstabilitet. Over et visst punkt er det mulig å øke strømstyrken ytterligere bare ved å holde elektrodeavstanden konstant og ta forholdsregler for å øke varmefluksen ut av celten. The energy balance in an aluminum cell is rather delicate. It is extremely important to maintain a correct energy balance, since the function of the cell is highly dependent on the inner walls having a layer of frozen electrolyte that protects the flow. When the amperage is increased in existing production lines, many things must be done to adapt them to the increased amperage. Well-known measures are to use cathode carbon with high electrical conductivity, to make room for larger (longer) anodes, to increase the internal volume of the cell by using thinner side walls, as well as to reduce the distance between the anode and the cathode (the electrode distance, ACD). However, there are upper limits to the anode dimensions, and a lower limit to the electrode spacing that can be used without excessive loss of current efficiency and without risk of magnetohydrodynamic cell instability. Above a certain point, it is possible to further increase the amperage simply by keeping the electrode spacing constant and taking precautions to increase the heat flux out of the cell.

Det kan argumenteres for at den enkleste måten å øke varmetapet på er å øke antall bolter t hver anode eller å øke diameteren til boltene. Ved siden av å øke varmetapet har dette den tilhørende fordelen at det senker den elektriske motstanden i anodekonstruksjonen. Økningen av varmetapet gjennom boltene er imidlertid mindre enn proporsjonal med økningen i tverrsnittarealet, og de økte dimensjonene på boltene kan føre til problemer med sprekkdannelser i anodene. It can be argued that the easiest way to increase the heat loss is to increase the number of bolts t each anode or to increase the diameter of the bolts. In addition to increasing the heat loss, this has the associated advantage of lowering the electrical resistance of the anode structure. However, the increase in heat loss through the bolts is less than proportional to the increase in the cross-sectional area, and the increased dimensions of the bolts can lead to problems with cracking in the anodes.

Økt varmetap fra boltene/åket vil også føre til høyere temperatur i rågassen. Det er minst tre grunner til at dette er uønsket, 1) høyere vedlikeholdsutgifter med hensyn til filtersekkene i tørrskrubberen hvis temperaturen overskrider den driftstemperaturen de er utformet for, 2) det er viktig å holde temperaturen i overbygningen under visse grenser på grunn av de mange elektromekaniske installasjonene i dette området, og 3) det kan bli høyere varmestress for operatørene som arbeider i nærheten av cellen. Det ekstra varmetapet må derfor kompenseres ved økt innsuging av luft til cellene. Imidlertid er luftstrømmen i eksoskanatene og gassvaskesystemet den klart høyeste massestrømmen i et atuminiumsanlegg (f.eks. 80 tonn luft/tonn Al), og kostnadene ved å transportere gassen er omtrent proporsjonale med tredje potens av volumstrømmen. Dessuten kan også økt innsuging kreve oppskalering av utstyret som brukes til tørrvaskesystemet. Increased heat loss from the bolts/yoke will also lead to a higher temperature in the raw gas. There are at least three reasons why this is undesirable, 1) higher maintenance costs with regard to the filter bags in the dry scrubber if the temperature exceeds the operating temperature for which they are designed, 2) it is important to keep the temperature in the superstructure below certain limits due to the many electromechanical the installations in this area, and 3) there may be higher heat stress for the operators working near the cell. The extra heat loss must therefore be compensated by increased intake of air into the cells. However, the air flow in the exhaust ducts and gas scrubbing system is by far the highest mass flow in an aluminum plant (eg 80 tons air/ton Al), and the cost of transporting the gas is roughly proportional to the third power of the volume flow. In addition, increased suction may also require upscaling of the equipment used for the dry cleaning system.

En måte å løse problemet med høyere rågasstemperatur på uten å øke innsugingen er å kjøle ned rågassen ved å sprøyte inn vanntåke i rågasskanalene, som fremlagt i WO 2004 064984. En sannsynlig ulempe med denne måten å avkjøle rågassen på er økt korrosjon i rågasskanalene. Videre vil fuktighetsinnholdet i aluminaen som tilføres til cellene øke, noe som sannsynligvis vil gi høyere HF-utslipp til miljøet. En bedre måte å senke temperaturen i forkant av tørrskrubberen på er sannsynligvis å sette inn en eller flere varmevekslere i rågasstrømmen. Problemene med tilgroing i den støvete og forurensede rågassen later til å være løst; se beskrivelsen IWO 2006 009459. One way to solve the problem of higher raw gas temperature without increasing the intake is to cool the raw gas by injecting water mist into the raw gas channels, as presented in WO 2004 064984. A likely disadvantage of this way of cooling the raw gas is increased corrosion in the raw gas channels. Furthermore, the moisture content of the alumina supplied to the cells will increase, which is likely to result in higher HF emissions to the environment. A better way to lower the temperature ahead of the dry scrubber is probably to insert one or more heat exchangers in the raw gas stream. The problems of fouling in the dusty and polluted raw gas appear to be solved; see description IWO 2006 009459.

Det ble nylig fremlagt belegg for at det kan oppnås lavere temperatur i rågassen sammen med en sterk økning av varmefluksen gjennom anoden ved aktiv kjøling av anodeåkene (WO 2006 088375). Muligheten for å øke strømstyrken og også varmemengden som tas ut fra rågassen, ser ut til å være usedvanlig høyt i dette konseptet. Imidlertid kan modifikasjonen av anodeåkene og de nødvendige installasjonene i overbygningen til cellen i noen tilfeller kreve uakseptabelt høye investeringer. Evidence was recently presented that a lower temperature can be achieved in the raw gas together with a strong increase in the heat flux through the anode by active cooling of the anode yokes (WO 2006 088375). The possibility of increasing the amperage and also the amount of heat extracted from the raw gas seems to be exceptionally high in this concept. However, the modification of the anode yokes and the necessary installations in the superstructure of the cell may in some cases require unacceptably high investments.

NO 318 164 B1 viser en fremgangsmåte for å kontrollere inerte elektroder i en elektrolysecelle for aluminiumsproduksjon. Problemet som skal løses er å redusere oppløsning av anode materiale ved å transportere varme fra den aktive anodeoverflaten og å redusere beleggdannelse på den aktive overflaten av katoden ved fortrinnsvis å holde temperaturen på denne overflaten høyere enn temperaturen i elektrolytten. Ved å løse dette problem kan den elektrolytiske prosess ved bruk av inerte elektroder forbedres. NO 318 164 B1 shows a method for controlling inert electrodes in an electrolysis cell for aluminum production. The problem to be solved is to reduce dissolution of anode material by transporting heat from the active anode surface and to reduce coating formation on the active surface of the cathode by preferably keeping the temperature of this surface higher than the temperature of the electrolyte. By solving this problem, the electrolytic process using inert electrodes can be improved.

Grunntanken i den foreliggende oppfinnelsen er å trekke ut mer varme fra cellens indre, samt å oppnå mindre dissipasjon av varme tit rågassen ved å lede mer varme fra cellen langs anodestammen. Det kan fjernes mer varme fra cellen ved å forbedre varmeledningen langs stammen elter ved å innføre en konvektiv varmeledningskrets som formes inne i eller festes på stammen. Varmetransportfluidet sirkuleres ned til åket der det varmes opp. Så bringer det denne varmen tilbake utenfor overbygningen, der varmen frigjøres. Opptak og frigjøring av varme kan økes ved faseovergang i kjølemidlet (koking og kondensering). The basic idea in the present invention is to extract more heat from the interior of the cell, as well as to achieve less heat dissipation in the raw gas by conducting more heat from the cell along the anode stem. More heat can be removed from the cell by improving the heat conduction along the stem or by introducing a convective heat conduction circuit that is formed inside or attached to the stem. The heat transfer fluid is circulated down to the yoke where it is heated. Then it brings this heat back outside the superstructure, where the heat is released. The uptake and release of heat can be increased by a phase transition in the refrigerant (boiling and condensation).

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen i henhold til de vedføyde patentkrav. These and other advantages can be achieved with the invention according to the appended patent claims.

I det følgende beskrives oppfinnelsen mer inngående med eksempler og figurer, der: In the following, the invention is described in more detail with examples and figures, where:

Fig. 1 viser en anodekonstruksjon generelt, Fig. 1 shows an anode construction in general,

Fig. 2 a-b viser tverrsnitt av to utførelseseksempler av anodestammer i henhold til oppfinnelsen, Fig. 3 viser et diagram over temperaturgradienter langs en anodestamme, beregnet for fire tilfeller som omtales i teksten nedenfor. Fig. 1 viser en anodekonstruksjon for en elektrolysecelle som innbefatter en anodestamme 1 koblet til en anodebjelke 2 og et anodeåk 3 samt bolter 4 som gir elektrisk kontakt mellom åket og en karbonanode 5. Anodestammen kjøles ved å øke overflatearealet til stammen over cellens overbygning 6, eller ved hjelp av et kjølemedium som sirkulerer langs stammen. Kjølingen av anoden kan kombineres med bruk av et varmeisolerende materiale 7 på anodestammen nedenfor (inne i) overbygningen. Fig. 2a og 2b viser to realiseringer for å transportere kjølemediet inne i anodestammen 1. Figurene viser mulige tekniske løsninger som også kan brukes i kombinasjon med kjøling av anodeåket (WO 2006 088375). Fig. 2 a-b shows cross-sections of two design examples of anode stems according to the invention, Fig. 3 shows a diagram of temperature gradients along an anode stem, calculated for four cases which are discussed in the text below. Fig. 1 shows an anode construction for an electrolysis cell which includes an anode stem 1 connected to an anode beam 2 and an anode yoke 3 as well as bolts 4 which provide electrical contact between the yoke and a carbon anode 5. The anode stem is cooled by increasing the surface area of the stem above the cell's superstructure 6, or by means of a cooling medium that circulates along the stem. The cooling of the anode can be combined with the use of a heat-insulating material 7 on the anode stem below (inside) the superstructure. Fig. 2a and 2b show two realizations for transporting the coolant inside the anode stem 1. The figures show possible technical solutions that can also be used in combination with cooling the anode yoke (WO 2006 088375).

På Fig. 2a inneholder anodestammen 1 et langsgående rør 22 for det kalde fluidet som tilføres eller tilbakeføres til toppen, og et annet langsgående rør 23 for det varme fluidet fra nederst på stammen eller fra åket og nederst på stammen. Det sistnevnte røret er varmeisolert 24 for å unngå at det varmer opp det kalde fluidet eller anodestammen selv. Rørene kan lages parallelle som på Fig. 2a eller konsentriske som på Fig. 2b. In Fig. 2a, the anode stem 1 contains a longitudinal pipe 22 for the cold fluid which is supplied or returned to the top, and another longitudinal pipe 23 for the hot fluid from the bottom of the stem or from the yoke and the bottom of the stem. The latter pipe is thermally insulated 24 to avoid it heating up the cold fluid or the anode stem itself. The pipes can be made parallel as in Fig. 2a or concentric as in Fig. 2b.

På figur 2b inneholder anodestammen 1' et langsgående rør 22' for det kalde fluidet som tilføres eller tilbakeføres til toppen, og et annet langsgående rør 23' for det varme fluidet som kommer fra nederst på stammen eller fra åket og nederst på stammen. Rørene arrangeres konsentrisk med et tag isolasjon 24' mellom dem. In Figure 2b, the anode stem 1' contains a longitudinal pipe 22' for the cold fluid which is supplied or returned to the top, and another longitudinal pipe 23' for the hot fluid which comes from the bottom of the stem or from the yoke and the bottom of the stem. The pipes are arranged concentrically with a tag insulation 24' between them.

Den foretrukne tekniske løsningen bør som nevnt være et fluid som fordamper i den nedre delen av stammen eller inne i anodeåket og kondenseres i den øvre delen av stammen. Siden det er forholdsvis stor kontaktflate mellom anodebjelken og stammen, kan varmen fra øverst på stammen trekkes ut ved å kjøle anodebjelken. Dette eliminerer ekstraarbeidet som kreves når anodene skal byttes hvis fluidtilførselen til og fra stammen eller åket må kobles fra og tit. As mentioned, the preferred technical solution should be a fluid that evaporates in the lower part of the stem or inside the anode yoke and condenses in the upper part of the stem. Since there is a relatively large contact surface between the anode beam and the stem, the heat from the top of the stem can be extracted by cooling the anode beam. This eliminates the extra work required when the anodes are to be changed if the fluid supply to and from the stem or yoke must be disconnected frequently.

Sirkuleringen av kjølemediet kan drives av en pumpe eller kompressor. Den kan også utføres ganske enkelt ved hjelp av oppdrift. Dette er det klassiske begrepet termosifong. Varmetransportfluidet oppvarmes nederst (åket). Det utvider seg og strømmer til toppen (utenfor elektrolysecellen) der det avkjøles. Tettheten øker og fluidet fatter nedover igjen til åket. I dette prospektet ble COz-basert termosifong funnet å være spesielt lovende. C02er en inert gass, noe som reduserer sikkerhetsproblemet, og egenskapene for varmeveksling er svært gode. Beregninger viste at 0,014 kg/s C02ved 50 bar kunne frakte 3 kW mellom varmesiden (åket) ved 300 °C og toppen av stammen når temperaturen der holdes på 100 °C. Hvis man fyller varmetransportfluid ved høyere trykk enn det kritiske trykket (70 bar), fungerer termosifongen transkritisk. Ved svært høy tetthetsforskjell mellom kulde- og varmesiden kan det oppnås høy sirkulasjon uten faseovergang, noe som reduserer faren for ustabilitet betraktelig. The circulation of the refrigerant can be driven by a pump or compressor. It can also be performed quite simply using buoyancy. This is the classic term thermosiphon. The heat transport fluid is heated at the bottom (yoke). It expands and flows to the top (outside the electrolysis cell) where it cools. The density increases and the fluid moves downwards again to the yoke. In this prospect, COz-based thermosiphon was found to be particularly promising. C02 is an inert gas, which reduces the safety issue, and its heat exchange properties are very good. Calculations showed that 0.014 kg/s C02 at 50 bar could transport 3 kW between the heating side (yoke) at 300 °C and the top of the stem when the temperature there is kept at 100 °C. If you fill heat transfer fluid at a higher pressure than the critical pressure (70 bar), the thermosiphon works transcritically. With a very high density difference between the cold and hot side, high circulation can be achieved without phase transition, which considerably reduces the risk of instability.

For å sikre at det kan trekkes ut mye varme må varmetransportfluidet avkjøles ovenfor overbygningen. Det er mange måter å realisere denne avkjølingen på. Den enkleste, men ikke mest effektive måten, er å øke overflatearealet i varmetransportkretsen over overbygningen med kjølefinner. Det kunne også sprøytes vann på disse finnene. To ensure that a lot of heat can be extracted, the heat transport fluid must be cooled above the superstructure. There are many ways to realize this cooling. The simplest, but not the most efficient, way is to increase the surface area of the heat transport circuit above the superstructure with cooling fins. Water could also be sprayed on these fins.

En mer avansert løsning ville være å koble toppen av varmetransportkretsen sammen med en ekstern kjølemodul. Varmeveksling mellom varmetransportfluidet og kjølemidlet kan sikres ved en egnet varmeveksler. For å kjøle dampen øverst på opphenget bedre, blir røret som transporterer den varme gassen oppover gjennom opphenget utvidet øverst på opphenget, d.v.s. til en liten beholder. Beholderen anbringes ovenfor området der strømmen føres inn i opphenget fra anodebjelken. A more advanced solution would be to connect the top of the heat transport circuit together with an external cooling module. Heat exchange between the heat transport fluid and the coolant can be ensured by a suitable heat exchanger. In order to cool the vapor at the top of the suspension better, the pipe that transports the hot gas upwards through the suspension is expanded at the top of the suspension, i.e. into a small container. The container is placed above the area where the current is fed into the suspension from the anode beam.

Denne løsningen krever imidlertid at kjøtekretsen åpnes, noe som kan være en tungvin operasjon. Faststoffkontakt mellom finnene til varmetransporten og kjølekretsen er en annen mulighet. However, this solution requires the meat circuit to be opened, which can be a cumbersome operation. Solid contact between the heat transfer fins and the cooling circuit is another possibility.

Det ideelle er å utnytte varmen som trekkes ut til kraftproduksjon. Kjølekretsen vil da fortrinnsvis være av Rankine-typen med en ekspansjonsturbin som driver en generator. The ideal is to utilize the heat extracted for power production. The cooling circuit will then preferably be of the Rankine type with an expansion turbine that drives a generator.

Varme som trekkes ut fra flere anodestammer kan samles og føres til en enhet for energikonvertering som med fordel anbringes utenfor produksjonshallen. Heat extracted from several anode stems can be collected and fed to a unit for energy conversion which is advantageously placed outside the production hall.

Nylig er det utviklet såkalte termiontske materialer. Hvis det installeres et slikt materiale på finnene i varmetransportkretsen, vil det sørge for kjøling og omdanne varme til strøm uten kompliserte koblinger. Recently, so-called thermionic materials have been developed. If such a material is installed on the fins in the heat transport circuit, it will provide cooling and convert heat into electricity without complicated connections.

Som det allerede bør være klart ut fra beskrivelsene og argumentasjonen ovenfor, vil denne måten å trekke ut varme på øke potensialet for økning av strømstyrken, samt redusere kravet til høyere luftinnsuging etter økningen av strømstyrken. Men det må også nevnes at: • Hvis temperaturen i åket og anodeopphenget senkes, øker den elektriske ledningsevnen gjennom opphenget og åket, d.v.s. at det sparer energi. • Oppfinnelsen vil bidra til å stabilisere temperaturen i opphenget og åket på lavere nivå enn i dag, og gjøre det mulig å fjerne bimetallskjøten. Om den ikke fjernes, vil den iallfall få lengre levetid. • Med mer stabil temperatur i opphenget og åket kan strømstyrken gjennom de individuelle opphengene måles indirekte mer nøyaktig enn i dag, ved å måle spenningsfallet over en spesifisert del av opphenget. As should already be clear from the descriptions and argumentation above, this way of extracting heat will increase the potential for increasing the amperage, as well as reduce the requirement for higher air intake after the increase in amperage. But it must also be mentioned that: • If the temperature in the yoke and anode suspension is lowered, the electrical conductivity through the suspension and yoke increases, i.e. that it saves energy. • The invention will help to stabilize the temperature in the suspension and the yoke at a lower level than today, and make it possible to remove the bimetallic joint. If it is not removed, it will at least have a longer life. • With more stable temperature in the suspension and the yoke, the current strength through the individual suspensions can be measured indirectly more accurately than today, by measuring the voltage drop across a specified part of the suspension.

For å illustrere og understreke hovedideene og hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelsen ble det laget en forenklet modell av anodestammen og omgivelsene rundt den. In order to illustrate and emphasize the main ideas and main features of the present invention, a simplified model of the anode stem and the surroundings around it was made.

Modellen tar hensyn til varmeledningen langs anodestammen og varmen som dissiperes fra stammen. Varmen som overføres fra stammen til omgivelsene ble beregnet ved hjelp av en enkelt varmetransportkoeffisient som skulle inneholde varmetransport både ved konveksjon og ved elektromagnetisk stråling. Som nevnt var det ikke meningen å gjøre modellen svært nøyaktig, men resultatene skulle allikevel regnes som atskillig mer nøyaktige enn estimater på nærmeste størrelsesorden. I beregningene ble grensen mellom den nedre enden av anodestammen og bimetallplaten regnet som konstant (280 °C). The model takes into account the heat conduction along the anode stem and the heat dissipated from the stem. The heat that is transferred from the trunk to the surroundings was calculated using a single heat transport coefficient which should contain heat transport both by convection and by electromagnetic radiation. As mentioned, it was not intended to make the model very accurate, but the results should still be considered considerably more accurate than estimates of the nearest order of magnitude. In the calculations, the boundary between the lower end of the anode stem and the bimetallic plate was assumed to be constant (280 °C).

Fire tilfeller ble tatt med i beregningen, som omtalt kort nedenfor. Four cases were included in the calculation, as discussed briefly below.

Tilfelle 1: Ingen varmeisolasjon på stammen, ingen ekstra kjøling Case 1: No heat insulation on the stem, no additional cooling

(referansetilfelle, dagens standard). (reference case, current standard).

Tilfelle 2: Ingen varmeisolasjon på stammen, stammen avkjølt til 50 °C 1 meter Case 2: No thermal insulation on the trunk, the trunk cooled to 50 °C 1 metre

fra den nedre enden. from the lower end.

Tilfelle 3: Stammen varmeisolert nedenfor overbygningen, og avkjølt til 50 °C 1 Case 3: The trunk thermally insulated below the superstructure, and cooled to 50 °C 1

meter fra den nedre enden. meters from the lower end.

Tilfelle 4: Stammen varmeisolert nedenfor overbygningen, men ingen ekstra kjøling. Case 4: The trunk thermally insulated below the superstructure, but no additional cooling.

Resultatene fra beregningen er fremstilt i tabell 1 (varmefiuks) og på figur 3 (temperaturgradienter langs stammen). The results from the calculation are presented in table 1 (heat flux) and in figure 3 (temperature gradients along the trunk).

Hvis man sammenlikner tilfelle 2 og tilfelle 1 (referansetilfellet), går det frem at kjøling av stammen utenfor overbygningen fører til at det ledes mer varme inn i anodestammen. Denne virkningen ville selvsagt blitt enda mer uttalt hvis anodestammen var avkjølt til lavere temperatur, eller kjølt nærmere åket. If one compares case 2 and case 1 (the reference case), it appears that cooling the trunk outside the superstructure leads to more heat being conducted into the anode trunk. This effect would of course be even more pronounced if the anode stem had been cooled to a lower temperature, or cooled closer to the yoke.

Tilfelle 3 og tilfelle 2 er sammenliknbare, bortsett fra at stammen er varmeisolert nedenfor (inne i) overbygningen, i dette tilfellet ledes det mindre varme inn i stammen, men på den annen side blir dissipasjon av varme til rågassen eliminert. Isolering av åket er derfor et effektivt middel til å senke temperaturen i rågassen. Hvis man sammenlikner tilfelle 3 og tilfelle 4 er det imidlertid klart at stammen må isoleres bare i kombinasjon med kjøling, ellers blir det ledet atskillig mer varme inn i stammen. Case 3 and case 2 are comparable, except that the stem is thermally insulated below (inside) the superstructure, in this case less heat is conducted into the stem, but on the other hand, heat dissipation to the raw gas is eliminated. Insulation of the yoke is therefore an effective means of lowering the temperature in the raw gas. If you compare case 3 and case 4, however, it is clear that the trunk must be insulated only in combination with cooling, otherwise considerably more heat will be conducted into the trunk.

Det er mange måter å realisere kjølingen av anodestammen på. Den enkleste, men ikke mest effektive måten, er å øke overflatearealet av stammen over overbygningen, d.v.s. forsyne anodestammen med kjølefinner. Andre måter å realisere kjøling av anodestammen på beskrives i patentkravene nedenfor. There are many ways to realize the cooling of the anode trunk. The simplest, but not the most efficient, way is to increase the surface area of the stem above the superstructure, i.e. supply the anode stem with cooling fins. Other ways of realizing cooling of the anode stem are described in the patent claims below.

Claims

1. Method for extracting heat from an electrolytic cell for the production of aluminium, where the cell comprises a superstructure (6) and one or more suspended carbon anodes on the inside of the superstructure which are suspended via an anode yoke to an anode stem (1) attached to a anode beam (2) at its upper end, and where the anode beam is placed on the outside of the superstructure, as heat is extracted via the anode stem (1), characterized in that the anode stem is cooled so that it transports heat from the inside to the outside of the superstructure, the anode stem being thermally insulated on part of its extent which is inside the superstructure (6).

2. Procedure according to claim 1, characterized in that the cooling takes place due to increased heat loss from the trunk (1) over the superstructure (6) to the cell by increasing the surface area of the trunk (1) outside the superstructure (6).

3. Procedure according to claim 1, characterized in that heat is extracted via the anode stem as the anode beam cools.

4. Procedure according to claim 1, characterized in that the cooling takes place by using a coolant that circulates along the anode stem (1).

5. Procedure according to claim 4, characterized in that a separate closed cooling circuit is embedded in the stem, and possibly the yoke and bolts, or individual circuits in each of them, which transfer heat to a cooling medium circulating along the anode stem (1), directly with the same cooling medium or indirectly.

6. Procedure according to claim 4, characterized in that a refrigerant is used which is a gas, a liquid or a liquid that can evaporate and condense, in particular C02, to avoid high pressure connection to the cooling loop, which simplifies the procedures of changing anodes.

7. Procedure according to claim 4, characterized in that the refrigerant circulates either by natural convection or by forced convection driven by a pump or compressor.

8. Procedure according to claims 1-7, characterized in that heat is transported from the lower part of the anode stem (1) and dissipated in the production hall by natural convection from cooling fins which are preferably sprayed with water.

9. Procedure according to claims 1-7, characterized in that heat is transported from the lower part of the anode stem (1) using a coolant and dissipated outside the production hall or into a heat exchanger where heat can be extracted for power generation.

10. Procedure according to claims 1-7, characterized in that heat is transported from the lower part of the anode stem (1) by means of a coolant and dissipated by a thermionic material which produces current.

11. Procedure according to claim 4, characterized in that the coolant is applied to the trunk (1) through pipes (22, 23) which are either attached to the outside of the trunk or in channels inside the trunk.

12. Device for extracting heat from an electrolytic cell for the production of aluminium, where the cell includes a superstructure (6) which forms an internal space where one or more suspended carbon anodes (5) are suspended in an anode stem (1) via an anode yoke , and where the anode stem is attached to an anode beam (2) on the outside of the superstructure at its upper end, characterized in that the anode stem (1) on the inside of the superstructure is at least partially thermally insulated and further arranged for cooling by using a coolant which circulates along the anode stem through pipes (22, 23) which are either attached to the outside of the anode stem (1) or are made up of channels inside this, so that heat is extracted from the inside of the superstructure to the outside of this in a closed cooling circuit.