本發(fā)明涉及一種將鋁電解槽余熱回收，將低位熱能轉(zhuǎn)化為電能的方法，以達到節(jié)能之目的，屬于能源利用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁是全球交易量最大的大宗商品之一。2014年，中國鋁產(chǎn)量同比增長14%，創(chuàng)下2830萬噸的歷史新高，對外出口量也正在激增，中國已成為世界上最大的電解鋁生產(chǎn)國和消費國。

電解鋁生產(chǎn)需要消耗大量的能源，每生產(chǎn)一噸鋁耗電12200～1450kWh，電解鋁行業(yè)是名副其實的工業(yè)耗能大戶。在我國，電解鋁行業(yè)更是高能耗行業(yè)，同國外相比，我國每噸電解鋁生產(chǎn)成本一般比國外高2000元。

節(jié)能降耗是電解鋁行業(yè)提高經(jīng)濟效益、迎接市場挑戰(zhàn)的根本出路，節(jié)能減排是企業(yè)不可推卸的經(jīng)濟責任和社會責任。國家制定了有關(guān)措施給引導(dǎo)，計劃實現(xiàn)年度單位GDP能耗降低4%。將鋁電解槽產(chǎn)生的低溫煙氣余熱整合到能源系統(tǒng)，可以實現(xiàn)低品位能源的高效利用，給企業(yè)帶來經(jīng)濟和環(huán)保雙重效益。

我國鋁電解工業(yè)在二十世紀70年代以前，主要以引進蘇聯(lián)的自焙槽生產(chǎn)技術(shù)為主，效率低、能耗高、操作落后且污染嚴重。80年代后，鋁電解槽在引進國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)消化吸收和試驗研究，從小到大，已形成大型化裝置，如400kA的預(yù)焙陽極鋁電解槽，徹底地解決了傳統(tǒng)自焙陽極鋁電解槽存在有害煙塵治理環(huán)保、機械化、自動化等技術(shù)難題，而且取得了鋁電解生產(chǎn)高效節(jié)能和節(jié)省投資等良好效果，并由此形成了國內(nèi)鋁電解工業(yè)較為先進的預(yù)焙槽工藝裝備技術(shù)及完整的技術(shù)開發(fā)體系，目前，我國鋁電解工藝與裝備技術(shù)已達到國際先進水平。400kA電解槽具有大容量的鮮明特點，大型電解槽為余熱利用奠定了良好基礎(chǔ)。

本發(fā)明將低位熱能以水為介質(zhì)，通過熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽通過透平發(fā)電機組發(fā)電，電返回電解鋁用電系統(tǒng)。從單臺電解槽來說，回收的熱能并不多，但大型鋁廠裝機數(shù)量多，如335kt的鋁企業(yè)，如果煙氣余熱回收利用，可裝備12～15Mw發(fā)電機組一套，年發(fā)電量可達10000～11000萬kWh，發(fā)電量相當可觀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種利用鋁電解槽余熱發(fā)電的方法，將鋁電解過程中產(chǎn)生的低位熱能通過熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽通過透平發(fā)電機組發(fā)電，電返回電解鋁用電系統(tǒng)，以達到節(jié)能之目的。其原理是以水為介質(zhì)，以直流的方式通過從低到高的階段性換熱，將水轉(zhuǎn)化為動力用的蒸汽，再將蒸汽通過透平機轉(zhuǎn)化為電能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種利用鋁電解槽余熱發(fā)電的方法，使用的設(shè)備包括：鋁電解槽1、鍋爐給水裝置2、計量泵3、環(huán)狀吸熱器4、蒸發(fā)器5、汽水分離器6、蒸汽總管7、冷凝式蒸氣透平發(fā)電機組8、煙氣支管9、煙道蝶閥10、煙氣總管11、水量調(diào)節(jié)閥12、煙氣凈化系統(tǒng)13、煙氣換熱器14。

鋁電解槽1排出的煙氣，通過煙氣支管9從煙氣換熱器14的頂部進入煙氣換熱器14管內(nèi)，煙氣支管9上設(shè)有煙道蝶閥10，用于控制煙氣流量，煙氣流量為2000-3000Nm³/h，煙氣從上至下通過煙氣換熱器14，進行熱量交換后從煙氣換熱器14底部排出，向上通過煙氣總管11進入凈化系統(tǒng)13；

計量泵3從鍋爐給水裝置2將水抽出并加壓至0.9～1.0MPa，送入煙氣換熱器14的下部進入煙氣換熱器14管間，通過汽水分離器6的液位控制水量調(diào)節(jié)閥12控制進水量為160～170L/h；水從下至上通過煙氣換熱器14，利用煙氣提供的熱量將水溫加熱至100～110℃，然后將水通入環(huán)狀吸熱器4，環(huán)狀吸熱器4緊靠鋁電解槽1側(cè)壁環(huán)狀布置，利用鋁電解槽側(cè)壁熱量將水溫加熱至150～160℃，然后再將水通入置于鋁電解槽頂部空間的蒸發(fā)器5，利用槽頂熱量，生成水、汽混合物進入汽水分離器6，將液態(tài)水和蒸汽分離，0.8MPa蒸汽送往冷凝式蒸氣透平發(fā)電機組8發(fā)電，發(fā)出的電返回電解鋁用電系統(tǒng)，冷凝水返回作鍋爐給水用。

優(yōu)選地，煙氣換熱器14為豎式列管換熱器。

本發(fā)明的優(yōu)點及效果：

1、鋁電解槽排出的煙氣溫度為100～110℃，其低位熱能采用豎式列管換熱器換熱方式進行熱交換而使鍋爐給水取得熱量。豎式列管換熱器其作用有二：（1）換熱作用：鍋爐給水從下至上通過管間，吸取煙氣中的熱量，將鍋爐給水溫度從常溫提高至100～110℃；（2）除塵作用：煙氣從上至下通過管內(nèi)，從底部排出，并突然改變方向向上進入煙氣凈化系統(tǒng)，煙塵隨重力沉積于灰斗中而排出，爐內(nèi)煙氣經(jīng)豎式列管換熱器后粉塵降低30%。

2、鋁電解槽側(cè)壁經(jīng)碳硅隔熱磚后，鋼板外表面溫度高達300～350℃，這部分熱損失相當大，采用緊靠側(cè)壁環(huán)狀布置的吸熱管，吸取側(cè)部的散熱，將鍋爐給水溫度從100～110℃升高至150～160℃左右；

3、鋁電解槽介質(zhì)熔融溫度為945～950℃，上部結(jié)殼溫度高達700℃，陽極析出的CO₂的氣體通過結(jié)殼帶出大量的顯熱，結(jié)殼與陽極蓋板空間有較大的熱量，采用槽頂蒸發(fā)器，吸取槽頂?shù)娘@熱和輻射熱，將鍋爐給水蒸發(fā)成0.8MPa的水蒸汽；

4、鍋爐給水為直流供水方式，以汽水分離器的液位控制水量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)鍋爐進水量；

5、以煙道蝶閥調(diào)節(jié)煙道排出煙氣量，在不影響操作的情況下，煙氣量盡量降低，煙氣量越低，回收的熱量越多，煙氣量至少要比采用本發(fā)明前減少60%以上；

6、為了多發(fā)電，蒸汽透平發(fā)電機組采用冷凝式，冷凝水返回作鍋爐給水用，減少鍋爐給水處理設(shè)備及成本；

7、回收低位熱設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，不改變鋁電解槽的原有結(jié)構(gòu)，在原有結(jié)構(gòu)上添加換熱設(shè)備即可，改造實施容易，不影響操作和設(shè)備檢修；

8、煙氣量減少60%以上，干法凈化系統(tǒng)至少減少一套，每年可節(jié)電1300～1500萬kWh，每噸鋁電耗降低40～50kWh；

9、將電解鋁煙氣及電解槽側(cè)壁進行收集利用，將鋁電解過程中產(chǎn)生的低位熱能轉(zhuǎn)化為附加值較高的電能，熱量分級回收，熱回收效率較高，節(jié)能效果明顯，每噸鋁可節(jié)電300～400kWh，使鋁單位能耗達到先進水平。

附圖說明

圖1為鋁電解槽余熱直流換熱蒸汽發(fā)電流程圖；

圖2為鋁電解槽余熱直流換熱產(chǎn)蒸汽試驗流程圖。

圖中：1-鋁電解槽，2-鍋爐給水裝置，3-計量泵，4-環(huán)狀吸熱器，5-蒸發(fā)器，6-汽水分離器，7-蒸汽總管，8-冷凝式蒸氣透平發(fā)電機組，9-煙氣支管，10-煙道蝶閥，11-煙氣總管，12-水量調(diào)節(jié)閥，13-煙氣凈化系統(tǒng)，14-煙氣換熱器，15-流量計。

具體實施方案

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明保護范圍不局限于以下所述內(nèi)容。

實施例1：鋁電解槽余熱直流換熱產(chǎn)蒸汽

鋁電解槽余熱直流換熱產(chǎn)蒸汽試驗流程如圖2所示，以400kA型電解槽1作為試驗槽，軟水從鍋爐給水裝置2由計量泵3抽出，加壓至0.9～1.0MPa送往煙氣換熱器14的管間，由汽水分離器6的液位控制水量調(diào)節(jié)閥12控制軟水流量為160～170L/h，軟水吸收熱量后溫度上升至100～110℃，進入環(huán)狀吸熱器4吸取鋁電解槽側(cè)壁散熱后水溫上升至150～160℃，然后進入電解槽頂部空間的蒸發(fā)器5，利用槽頂熱量，生成水、汽混合物進入汽水分離器6，將水滴和蒸汽分離，0.8MPa蒸汽放空，達到試驗?zāi)康摹?/p>

鋁電解槽1排出的煙氣，從煙氣支管9進入煙氣換熱器14的管內(nèi)，煙氣支管9上設(shè)有煙道蝶閥10控制煙道氣排出量，在滿足操作條件下盡量多回收熱量，吸熱后的煙氣經(jīng)流量計15計量后進入煙氣總管11，然后進入凈化系統(tǒng)13。

實施例2：鋁電解槽余熱直流換熱發(fā)電

鋁300kt/a規(guī)模的企業(yè)，400kA型鋁電解槽288套，給水壓力為1.0MPa，流量為170L/h，分別進入每套煙氣換熱器14的管間，吸收熱量后溫度上升至100～110℃，進入環(huán)狀吸熱器4吸取鋁電解槽側(cè)壁散熱后水溫上升至150～160℃，然后進入電解槽頂部空間的蒸發(fā)器5，利用槽頂熱量，生成水、汽混合物進入汽水分離器6，將水滴和蒸汽分離，取得0.8MPa飽和蒸汽，匯集于蒸汽總管7內(nèi)，蒸汽總量為40t/h，驅(qū)動15Mw冷凝式蒸氣透平發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)出的電返回用電系統(tǒng)。

鋁電解槽1排出的煙氣，從煙氣支管9進入煙氣換熱器14的管內(nèi)，煙氣支管9上設(shè)有煙道蝶閥10，控制煙氣流量為3000Nm³/h，煙氣將熱量傳給水后從底部排出，經(jīng)煙氣總管11進入凈化系統(tǒng)13。鋁電解槽余熱直流換熱蒸汽發(fā)電流程如圖1所示。

實施例3：鋁電解槽余熱直流換熱發(fā)電

鋁200kt/a規(guī)模的企業(yè)，300kA型鋁電解槽255套，給水壓力為0.9MPa，流量為160L/h，分別進入每套煙氣換熱器14的管間，吸收熱量后溫度上升至100～110℃，進入環(huán)狀吸熱器4吸取鋁電解槽側(cè)壁散熱后水溫上升至150～160℃，然后進入電解槽頂部空間的蒸發(fā)器5，利用槽頂熱量，生成水、汽混合物進入汽水分離器6，將水滴和蒸汽分離，取得0.8MPa飽和蒸汽，匯集于蒸汽總管7內(nèi)，蒸汽總量為35t/h，驅(qū)動12Mw冷凝式蒸氣透平發(fā)電機組發(fā)電，發(fā)出的電返回用電系統(tǒng)。

鋁電解槽1排出的煙氣，從煙氣支管9進入煙氣換熱器14的管內(nèi)，煙氣支管9上設(shè)有煙道蝶閥10，控制煙氣流量為2000Nm³/h，煙氣將熱量傳給水后從底部排出，經(jīng)煙氣總管11進入凈化系統(tǒng)13。鋁電解槽余熱直流換熱蒸汽發(fā)電流程如圖1所示。