[发明专利]一种铝电解槽余热回收系统和装置

说明书

技术领域

本发明属于铝电解槽结构，特别是铝电解槽外部支架及结构的技术领域，具体涉及到一种附着于铝电解槽槽壳壁外部的余热回收系统和装置。

背景技术

金属铝在工业上是通过霍尔-埃鲁(Hall-Heroult)电解法制取的，将氧化铝溶于以冰晶石(NaF·AlF₃)为主要成分的熔融电介质中进行电解，工作温度在950°℃左右。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。为了维持电解槽的热平衡，必然会增加槽壳的热负荷。现代炼铝工业中的大型铝电解槽，其工作电流已达到300～500KA，工作电压为4V，其能耗是巨大的，槽壳侧壁温度高达450℃以上。电解槽工作时，槽内熔池是处于热平衡状态，需要在电解槽侧壁内形成一个固化的电介质熔体坡面(即电解质结壳)，它可以抑制熔融冰晶石(电介质)对电解槽内衬耐火材料的侵蚀，延长铝电解槽的工作寿命。槽壳温度过高，使槽内壁的电解质不易成完整的结壳，易引发槽壁内衬的破损。同时，由于槽壳温度过高，强度降低，在应力的作用下，槽壳会发生严重变形，其内衬也会受力破损，降低了电解槽的寿命。

为了降低铝电解槽槽壳的温度，增大槽壳的散热能力，中国专利03111412.1提出了《一种加强大型铝电解槽槽壳散热能力的方法》，采用在铝电解槽槽壳外侧焊接若干个散热片的方法，加强了槽壳的散热能力。中国专利200620168327.0提出了一种《大型铝电解槽强制对流冷却装置》，采用高压空气，由风机和风管对槽壳进行冷却。虽然上述方法和装置能使铝电解槽槽壳壁散热条件得到不同程度的改善，但都未考虑到如何将铝电解槽槽壳所散发的热能加以有效地利用的问题。分析表明，铝电解槽槽壳所散发的热能占电解槽总能耗的50％，仅就电解槽侧壁摇篮架以上、罩板以下的部分而言，其热耗就占电解槽总能耗的30％，该部位的工作温度通常处在200～450℃的范围内，具有较高的利用价值，如仅仅是采取单纯的冷却方法来处理该部位的“热场”问题，实在是一种不小的浪费。

发明内容

本发明的目的是寻求一种解决铝电解槽余热回收和利用问题的方案，并相应地设计出一套铝电解槽余热回收系统和装置，以有效地将铝电解槽槽壳所散发的热能。特别是将温度“最高”的槽壳侧壁部位所散发的热能利用起来。本发明既要保证槽壳壁得到很好的冷却；又要使所散发的热能不会白白地浪费掉，做到一举两得，从而大大提高率电解槽的经济效益。

本发明所提出的铝电解槽余热回收系统，包括热交换器、传热介质、输送泵和管路系统，其特征在于，通过热交换器和传热介质吸收和输送铝电解槽槽壳所耗散的热能，其中

(1)热交换器分为高、低温两套，高温热交换器同电解槽槽壳相固定；低温热交换器同工作热机相连接；

(2)传热介质由输送泵驱动通过管路系统在高、低温两套热交换器之间形成闭路循环；

(3)传热介质是导热油或者熔盐组合物。

本发明相应地提出了一套实施上述铝电解槽余热回收系统的余热回收装置，包括高、低温热交换器；输送泵(或风机)；调节阀和管路系统，其特征在于：

(1)高温热交换器固定在电解槽罩板下方的槽壳位置，低温热交换器则固定在工作热机上；

(2)高、低温热交换器通过输送泵、调节阀和管路系统构成一个闭路连通系统；

(3)管路系统中充注一定数量的传热介质，管路系统与高温热交换器之间的连接部位采用法兰结构；

(4)传热介质是导热油或者熔盐组合物。

本发明的铝电解槽余热回收装置中的高、低温热交换器可以采用板翅式结构或者螺旋管式结构。

本发明的板翅式热交换器是由多层用平板隔开的波翅片组成，再用端板封固，安装上进、出口管，进口管处于底部，出口管位于顶部，进、出口管同管路系统之间采用电绝缘法兰盘连接。传热介质由输送泵通过调节阀和绝缘法兰从进口管进入热交换器中，吸收电解槽侧壁所散发的热能使其温度上升，由于板翅片的表面积大而热阻小，传热效率高，当传热介质经过出口管和绝缘法兰流回管路系统时，温度可接近电解槽侧壁的温度。当槽壁温度在200-300℃时，可以采用导热油如硅油作传热介质。工作热机即需要接收传热介质所释放的热能的热机。它可以是余热锅炉、氧化铝高压溶出加热器、碳素混捏锅加热器、阳极预热架座等装置。将低温热交换器固定在这些装置上，当传热介质通过管路系统流经低温热交换器时，便将其所携带的热能释放给工作热机。低温热交换器也可以采用板翅式结构，但进口管应在上部，而出口管则应位于下部，使热交换效果更好一些。