專利名稱：一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，通常采用電解鋁，即冰晶石一氧化鋁融鹽電解法生產(chǎn)金屬鋁。其中，熔融冰晶石作為溶劑，氧化鋁作為溶質(zhì)，在950°C、70°C溫度范圍內(nèi)，使用碳質(zhì)材料的陽極和陰極對其進(jìn)行電解。通入直流電后，鋁液集中在陰極上，而氧則向陽極移動；在電解過程中，陽極還會產(chǎn)生副反應(yīng)，陽極副反應(yīng)的主要產(chǎn)物為高溫?zé)煔猓摳邷責(zé)煔庵械闹饕煞侄趸己鸵谎趸細(xì)怏w，由于其中一氧化碳的含量較高，該高溫?zé)煔庖脖环Q作電解煤氣；另外，高溫?zé)煔庵羞€會含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵等雜質(zhì)。使用電解方法生產(chǎn)金屬鋁的能耗很高，生產(chǎn)中的能源消耗所產(chǎn)生的成本占電解鋁成本40%以上。平均噸鋁的耗電量約為14，000度。所以，一直以來，節(jié)能減排都是電解鋁行業(yè)發(fā)展的一個重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。在現(xiàn)有的電解鋁生產(chǎn)設(shè)備中，在電解鋁生產(chǎn)過程中并沒有設(shè)置高溫?zé)煔饣厥蘸驮倮玫难b置。并且，為了避免由陽極排出的高溫?zé)煔鉁囟冗^高而對后續(xù)設(shè)備造成的損害， 均在高溫?zé)煔馀湃氲胶罄m(xù)設(shè)備之前，通過向高溫?zé)煔庵幸氪罅坷淇諝馐蛊浣禍?，使高溫?zé)煔饫鋮s變?yōu)榈蜏責(zé)煔?。所以，現(xiàn)有技術(shù)中所利用的電解鋁余熱資源主要是這種低溫?zé)煔馑械挠酂?。根?jù)理論計(jì)算，每噸鋁的電解煤氣生產(chǎn)量為1，000 m3左右，但實(shí)際生產(chǎn)中，由于大量冷空氣的混入，使高溫?zé)煔庵械腃O與空氣發(fā)生反應(yīng)，燃燒生成的煙氣量為 125, 200m3/t (約為理論值的100余倍)，可見過量空氣系數(shù)非常大。顯然，在現(xiàn)有技術(shù)中，由于鋁電解槽中均未配置高溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)。鋁電解過程中所蘊(yùn)含巨大的余熱資源并未得到有效利用。以現(xiàn)有的年產(chǎn)5萬噸電解鋁車間200kA系列電解槽為例，主煙道煙氣參數(shù)100°C，300，000m3/h，可上述直接利用低溫?zé)煔獠捎糜袡C(jī)工質(zhì)循環(huán)余熱發(fā)電裝機(jī)約600kW，功率太小，經(jīng)濟(jì)效益太差，無法實(shí)際應(yīng)用。究其原因是該方案的設(shè)計(jì)者未考慮到煙氣溫度低的原因是由于混入了大量冷空氣造成的，而只是被動的接受該余熱源條件，是一種消極的余熱利用方式。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)中電解鋁設(shè)備余熱無法有效回收利用的問題，本發(fā)明提供一種鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)利用鋁電解池中陽極高溫?zé)煔獾挠酂徇M(jìn)行發(fā)電，通過在電解槽中加裝煙氣分離裝置，將高溫的陽極副反應(yīng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c混入的低溫冷空氣分離，提取出溫度為400°C飛00°C的中高溫?zé)煔馔ㄈ胗酂徨仩t產(chǎn)生蒸汽，再利用汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，該煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、電氣、控制系統(tǒng)；其中煙氣系統(tǒng)用于收集鋁電解槽陽極所產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，并將高溫?zé)煔馑腿氲剿鲇酂徨仩t系統(tǒng)中，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t系統(tǒng)進(jìn)行熱交換產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽進(jìn)入到汽輪發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行發(fā)電；所述電氣、控制系統(tǒng)用于為煙氣系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組提供動力和協(xié)調(diào)控制。進(jìn)一步，所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)還包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于將汽輪發(fā)電機(jī)組中排出的蒸汽進(jìn)行冷卻，再回送至余熱鍋爐系統(tǒng)中，進(jìn)行再次利用。進(jìn)一步，所述煙氣系統(tǒng)包括設(shè)置在鋁電解槽內(nèi)的煙氣分離裝置、引風(fēng)機(jī)、用于連接煙氣分離裝置與余熱鍋爐系統(tǒng)的第一煙氣管道、用于連接余熱鍋爐與引風(fēng)機(jī)的第二煙氣管道，和用于連接引風(fēng)機(jī)與鋁電解槽原有煙氣管道的第三煙氣管道；所述煙氣分離裝置將鋁電解槽火口罩起來，分離出來的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣分離裝置和第一煙氣管道導(dǎo)入到余熱鍋爐系統(tǒng)中的余熱鍋爐中放熱；降溫后的高溫?zé)煔庥钟酂徨仩t中排出，經(jīng)過第二煙氣管道，并通過引風(fēng)機(jī)升壓后通過第三煙氣管道重新與鋁電解槽中的二次煙氣混合，共同進(jìn)入原有后續(xù)的煙氣處理系統(tǒng)中，對煙氣進(jìn)行進(jìn)一步處理。進(jìn)一步，所述余熱鍋爐系統(tǒng)包括余熱鍋爐、除氧器和給水泵，其中余熱鍋爐用于利用高溫?zé)煔獾臒崃慨a(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽；給水泵用于為余熱鍋供水；除氧器設(shè)置在余熱鍋爐前，用于除去溶解于給水中的氧及其它氣體，防止鍋爐給水管道、省煤器和其它附屬設(shè)備的腐蝕。進(jìn)一步，所述余熱鍋爐為飽和蒸汽余熱鍋爐或過熱蒸汽余熱鍋爐。進(jìn)一步，所述汽輪發(fā)電機(jī)組包括蒸汽汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)；所述蒸汽汽輪機(jī)用于將所述余熱鍋爐中所產(chǎn)生的蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)輸出電能。進(jìn)一步，所述汽輪發(fā)電機(jī)組中所用的熱力循環(huán)工質(zhì)可以用水，軟化水或去離子水。進(jìn)一步，所述汽輪發(fā)電機(jī)組中所用的熱力循環(huán)工質(zhì)可以用其他低沸點(diǎn)工質(zhì)異丁焼、氯乙焼、氨。進(jìn)一步，所述電氣、控制系統(tǒng)為上述各系統(tǒng)提供電能，并對上述各系統(tǒng)的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。進(jìn)一步，所述冷凝系統(tǒng)包括冷凝器、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔；其中冷凝器將蒸汽汽輪機(jī)中做完功后的乏汽冷凝成水，乏汽冷卻后形成冷凝水，再回到余熱鍋爐完成整個蒸汽循環(huán)；冷卻塔和冷卻水循環(huán)泵為冷凝器中的冷卻水提供循環(huán)動力和冷卻裝置；冷凝器中的冷卻水將乏汽冷凝過程中的大量熱量帶走，在冷卻水循環(huán)泵的作用下進(jìn)入冷卻塔中，并在其中通過自然(或強(qiáng)制)通風(fēng)蒸發(fā)帶走熱量，經(jīng)過冷卻塔中冷卻后的冷卻水，再次進(jìn)入到冷凝器中繼續(xù)工作。本發(fā)明的特點(diǎn)是通過鋁電解槽煙氣分離裝置將高溫電解煙氣分離出來，之后通入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。高溫?zé)煔饽軌蛱岣哂酂徨仩t的蒸汽參數(shù)及余熱回收效率，蒸汽參數(shù)的提高能夠增加汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，兩者共同作用提高了煙氣余熱的回收率及余熱電站的發(fā)電量。


圖1為本發(fā)明中煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)中煙氣循環(huán)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，用于回收鋁電解槽的煙氣余熱來發(fā)電。本系統(tǒng)由煙氣系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組、冷凝系統(tǒng)及配套的電氣、控制系統(tǒng)組成。如圖1、2所示，煙氣系統(tǒng)包括設(shè)置在鋁電解槽1內(nèi)的煙氣分離裝置2、引風(fēng)機(jī)10、 用于連接煙氣分離裝置與余熱鍋爐系統(tǒng)的第一煙氣管道21、用于連接余熱鍋爐與引風(fēng)機(jī) 10的第二煙氣管道22，和用于連接引風(fēng)機(jī)10與鋁電解槽原有煙氣管道12的第三煙氣管道 23。鋁電解槽罩收集的煙氣可分為一次高溫?zé)煔夂投蔚蜏責(zé)煔?，其中，一次高溫?zé)煔庵饕獮橛申枠O排出的電解煤氣在火口 11處燃燒生成高溫?zé)煔?，二次低溫?zé)煔庵饕獮殡娊獠壅謿に闹芑烊氲睦淇諝夂鸵淮胃邷責(zé)煔庑孤┑牟糠譄焿m。煙氣分離裝置2布置在鋁電解槽1內(nèi)部，將鋁電解槽火口 11罩起來，使一次高溫?zé)煔庥行У呐c周圍的二次低溫?zé)煔夥蛛x開；減小火口 11處電解煤氣與空氣的接觸，將電解煤氣燃燒過程中過量空氣系數(shù)降到最低，避免過多冷空氣混入到電解煤氣燃燒產(chǎn)生的一次高溫?zé)煔庵?，保持一次高溫?zé)煔獾臏囟?。分離出來的一次高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣分離裝置2和第一煙氣管道21導(dǎo)入到余熱鍋爐系統(tǒng)中的余熱鍋爐3中放熱，將余熱鍋爐3中的軟化水加熱，產(chǎn)生蒸汽。降溫后的一次高溫?zé)煔庥捎酂徨仩t3中排出，通過第二煙氣管道22，并經(jīng)過引風(fēng)機(jī)10升壓后，通過第三煙氣管道23重新與鋁電解槽1中的二次低溫?zé)煔饣旌?，共同進(jìn)入原有后續(xù)的煙氣處理系統(tǒng)中，對煙氣進(jìn)行進(jìn)一步處理。余熱鍋爐系統(tǒng)包括余熱鍋爐3、除氧器(圖中未顯示)和給水泵7。其中余熱鍋爐3 用于利用一次高溫?zé)煔獾臒崃慨a(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽；給水泵7用于為余熱鍋爐3供水；除氧器設(shè)置在余熱鍋爐前，用于除去溶解于給水中的氧及其它氣體，防止鍋爐給水管道、省煤器和其它附屬設(shè)備的腐蝕。余熱鍋爐3可以為飽和蒸汽余熱鍋爐，也可以為過熱蒸汽余熱鍋爐。汽輪發(fā)電機(jī)組包括蒸汽汽輪機(jī)4和發(fā)電機(jī)5。蒸汽汽輪機(jī)4用于將余熱鍋爐3中所產(chǎn)生的蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)5輸出電能。汽輪發(fā)電機(jī)組中所用的熱力循環(huán)工質(zhì)可以用水，軟化水或去離子水或其它低沸點(diǎn)工質(zhì)例如異丁烷、氯乙烷、氨等。電氣、控制系統(tǒng)為上述各系統(tǒng)提供電能，并對上述各系統(tǒng)的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。冷凝系統(tǒng)包括冷凝器6、冷卻水循環(huán)泵9、冷卻塔8。其中冷凝器6使蒸汽汽輪機(jī) 4中做完功后的乏汽冷凝成水，乏汽冷卻后形成冷凝水，再由給水泵7重新加壓回到余熱鍋爐3完成整個蒸汽循環(huán)。冷卻塔8和冷卻水循環(huán)泵9作為冷凝器6中的冷卻水提供循環(huán)動力和冷卻裝置。冷凝器6中的冷卻水將乏汽冷凝過程中的大量熱量帶走，在冷卻循環(huán)泵9 的作用下進(jìn)入冷卻塔8中，并在其中通過自然(或強(qiáng)制)通風(fēng)蒸發(fā)帶走熱量，經(jīng)過冷卻塔8中冷卻后的冷卻水，再次進(jìn)入到冷凝器6中繼續(xù)工作。工作時，煙氣系統(tǒng)中的煙氣分離裝置將鋁電解槽中的一次高溫?zé)煔庖?，并將其輸入到余熱鍋爐中產(chǎn)生蒸汽，蒸汽帶動蒸汽汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，將熱能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐的換熱后，溫度降低，通過引風(fēng)機(jī)加壓，與鋁電解槽原有的煙氣管道相連，將經(jīng)過換熱后的煙氣輸入到煙氣處理系統(tǒng)中。經(jīng)過蒸汽汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)換后，冷卻的蒸汽(乏汽)通過冷凝器冷卻，然后經(jīng)過給水泵重新回到蒸汽鍋爐中繼續(xù)使用。如此，使鋁電解槽中高溫?zé)煔獾玫搅擞行Ю?。仍以年產(chǎn)5萬噸電解鋁生產(chǎn)線為例，其主煙道煙氣參數(shù)100°C，300，000m3/h，通過本發(fā)明專利實(shí)施后可分離出400°C飛00°C的一次煙氣，上述鋁電解槽煙氣余熱回收后可配套裝機(jī)容量為3000kW的一座余熱電站。采用本發(fā)明對現(xiàn)有鋁電解槽實(shí)施改造時，現(xiàn)有煙氣處理系統(tǒng)維持不變，只需要在電解槽內(nèi)部加裝煙氣分離裝置和導(dǎo)入余熱鍋爐的煙氣管道，并對管道進(jìn)行保溫處理。整個余熱發(fā)電系統(tǒng)布置緊湊、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行方便。將廢煙氣中的高溫資源提取出來加以利用，提高了余熱資源的品質(zhì)，減少了鋁電解的散熱損失，降低了鋁電解的綜合能耗，并減少了對環(huán)境的熱污染；同時余熱用來發(fā)電產(chǎn)生效益，降低了單位生產(chǎn)成本增強(qiáng)了企業(yè)的產(chǎn)品競爭力。
權(quán)利要求
1.一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)，余熱鍋爐系統(tǒng)，汽輪發(fā)電機(jī)組和電氣、控制系統(tǒng)；其中煙氣系統(tǒng)用于收集鋁電解槽產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，并將高溫?zé)煔馑腿氲剿鲇酂徨仩t系統(tǒng)中，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，并產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽進(jìn)入到汽輪發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行發(fā)電；所述電氣、控制系統(tǒng)用于為煙氣系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組提供動力和協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)還包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于將汽輪發(fā)電機(jī)組中排出的蒸汽進(jìn)行冷卻并回送至余熱鍋爐系統(tǒng)中，進(jìn)行再次利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣系統(tǒng)包括設(shè)置在鋁電解槽內(nèi)的煙氣分離裝置、引風(fēng)機(jī)、用于連接煙氣分離裝置與余熱鍋爐系統(tǒng)的第一煙氣管道、用于連接余熱鍋爐與引風(fēng)機(jī)的第二煙氣管道，和用于連接引風(fēng)機(jī)與鋁電解槽原有煙氣管道的第三煙氣管道；所述煙氣分離裝置將鋁電解槽火口罩起來，分離出來的高溫?zé)煔馔ㄟ^煙氣分離裝置和第一煙氣管道導(dǎo)入到余熱鍋爐系統(tǒng)中的余熱鍋爐中放熱；降溫后的高溫?zé)煔庥钟酂徨仩t中排出，經(jīng)過第二煙氣管道，并通過引風(fēng)機(jī)升壓后通過第三煙氣管道重新與鋁電解槽中的二次煙氣混合，共同進(jìn)入原有后續(xù)的煙氣處理系統(tǒng)中，對煙氣進(jìn)行進(jìn)一步處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱鍋爐系統(tǒng)包括余熱鍋爐、除氧器和給水泵，其中余熱鍋爐用于利用高溫?zé)煔獾臒崃慨a(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽，給水泵用于為余熱鍋供水，除氧器設(shè)置在余熱鍋爐前，用于除去溶解于給水中的氧及其它氣體， 防止鍋爐給水管道、省煤器和其它附屬設(shè)備的腐蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述余熱鍋爐為飽和蒸汽余熱鍋爐或過熱蒸汽余熱鍋爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述汽輪發(fā)電機(jī)組包括蒸汽汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)；所述蒸汽汽輪機(jī)用于將所述余熱鍋爐中所產(chǎn)生的蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為動能，進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)輸出電能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述汽輪發(fā)電機(jī)組中所用的熱力循環(huán)工質(zhì)可以用水，軟化水或去離子水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述汽輪發(fā)電機(jī)組中所用的熱力循環(huán)工質(zhì)為低沸點(diǎn)工質(zhì)異丁烷、氯乙烷、氨。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述電氣、控制系統(tǒng)為上述各系統(tǒng)提供電能，并對上述各系統(tǒng)的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝系統(tǒng)包括冷凝器、 冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔；其中冷凝器使蒸汽汽輪機(jī)中做完功后的乏汽冷凝成水，乏汽冷卻后形成冷凝水，再由給水泵重新加壓回到余熱鍋爐完成整個蒸汽循環(huán)；冷卻塔和冷卻水循環(huán)泵作為冷凝器中的冷卻水提供循環(huán)動力和冷卻裝置；冷凝器中的冷卻水將乏汽冷凝過程中的大量熱量帶走，在冷卻循環(huán)泵的作用下進(jìn)入冷卻塔中，并在其中通過自然或強(qiáng)制通風(fēng)蒸發(fā)帶走熱量，經(jīng)過冷卻塔中冷卻后的冷卻水，再次進(jìn)入到冷凝器中繼續(xù)工作。
全文摘要
一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發(fā)電系統(tǒng)包括煙氣系統(tǒng)，余熱鍋爐系統(tǒng)，汽輪發(fā)電機(jī)組，電氣、控制系統(tǒng)；其中煙氣系統(tǒng)用于收集鋁電解槽陽極所產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，并將高溫?zé)煔馑腿氲接酂徨仩t系統(tǒng)中，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t系統(tǒng)進(jìn)行熱交換產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入到汽輪發(fā)電機(jī)組中進(jìn)行發(fā)電；電氣、控制系統(tǒng)用于為煙氣系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組提供動力和協(xié)調(diào)控制。本發(fā)明通過鋁電解槽煙氣分離裝置將高溫電解煙氣分離出來，并輸入余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)而推動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。高溫?zé)煔饽軌蛱岣哂酂徨仩t的蒸汽參數(shù)及余熱回收效率，蒸汽參數(shù)的提高能夠增加汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，兩者共同作用提高了煙氣余熱的回收率及余熱電站的發(fā)電量。
文檔編號F01D15/10GK102287245SQ20111021014
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月26日
發(fā)明者程珩, 陳恩鑒 申請人:北京世紀(jì)源博科技有限責(zé)任公司