一種強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽的制作方法
【專利摘要】一種強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽，包括電解槽本體，其特征在于：在所述電解槽本體的外殼體外設(shè)置有以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的換熱器。本實(shí)用新型通過對(duì)換熱器進(jìn)出口油溫及導(dǎo)熱油流量控制，控制電解槽的散熱量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽熱平衡的控制，使電解槽始終運(yùn)行在穩(wěn)定的熱平衡條件下，在有效回收余熱資源的同時(shí)，有助于形成良好穩(wěn)定的電解槽內(nèi)型，提高電流效率和電解槽壽命。
【專利說明】—種強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鋁電解生產(chǎn)技術(shù)，具體說是涉及一種強(qiáng)制傳熱(節(jié)能)型鋁電解槽。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁是以熔鹽電解氧化鋁的方法生產(chǎn)的，鋁的熔鹽電解過程需要消耗大量電能，根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì):2012年我國電解鋁產(chǎn)量1968萬噸，全國平均鋁錠綜合交流電耗約14000kffh/t.Al,目前我國的鋁電解工業(yè)所消耗的電能占整個(gè)有色金屬工業(yè)能耗的86%，占全國電力總消耗的5.5%。因此降低鋁電解生產(chǎn)的電能消耗具有重要的節(jié)能意義，符合國家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策。
[0003]近20多年來，國內(nèi)外鋁電解生產(chǎn)技術(shù)有了非常大的進(jìn)步，電解槽的容量從上世紀(jì)的60~200kA發(fā)展到現(xiàn)在的300~400kA，目前正在做500kA電解槽的試驗(yàn)，設(shè)計(jì)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化控制水平都有了質(zhì)的飛躍，但鋁電解生產(chǎn)的直流電耗一直徘徊在12000~13000kffh/t.Al之間，理論電能效率只有50%左右。因此，電解鋁工業(yè)大幅度節(jié)能減排技術(shù)一直是國內(nèi)外鋁行業(yè)技術(shù)工作者的重點(diǎn)主攻目標(biāo)和行業(yè)發(fā)展趨勢。
[0004]如果目前我國鋁電解生產(chǎn)在現(xiàn)有電耗基礎(chǔ)上降低1000 kWh/t.Al，按目前我國鋁電解鋁的生產(chǎn)現(xiàn)狀，則年可節(jié)省200億kWh的電能。換算成由煤發(fā)電產(chǎn)生的能耗，按IkWh需要350g標(biāo)準(zhǔn)煤耗計(jì)算，相當(dāng)于可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤700萬噸/年。為此大幅度地降低鋁電解生產(chǎn)的電能消耗，實(shí)現(xiàn)我國節(jié)能減排目標(biāo)，保證國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展大有必要，其意義和作用重大。
[0005]噸鋁電解理論電能 消耗大約為6330kWh，在目前的技術(shù)水平下，鋁電解的電能利用率只有大約50%，其余的能量均通過散熱損失掉了。而與此同時(shí)，由于鋁電解槽的大型化，單位散熱面積的發(fā)熱量越來越大，如何將更多的熱量散發(fā)出去，已經(jīng)成為電解槽熱平衡設(shè)計(jì)的重要課題。這就存在一個(gè)悖論，一方面電解槽的能量利用率很低，大量能量都散發(fā)損失掉了，另一方面，又不能通過加強(qiáng)保溫來減少能量的散失，反而還要加強(qiáng)散熱以維持電解槽的熱平衡。出現(xiàn)這一問題的根本原因在于，電解槽自身的電阻較大，電流通過時(shí)產(chǎn)生的壓降較高，發(fā)熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際加熱物料所需能量。
[0006]電解鋁單位電能消耗^可以用下述公式表示:
[0007]w實(shí)=2.98F/--
[0008]式中:％——實(shí)際單位電能消耗(km/kg)；
[0009]2.98——招的電話當(dāng)量(Ah/kg)；
[0010]V-槽電壓(V)；
[0011]η——該時(shí)間段內(nèi)的平均電流效率。
[0012]因而，提高電解槽能量利用率的途徑只能是提高電流效率，降低槽電壓，或者將多余熱量收集再利用。[0013]現(xiàn)代大型鋁電解槽的電流效率已經(jīng)達(dá)到95%左右，在現(xiàn)有技術(shù)條件下進(jìn)一步提高的空間有限。在保證電流效率的前提下降低槽電壓也有很大難度。電解槽的壓降主要由母線壓降、陽極壓降、電解質(zhì)壓降、分解電壓、陰極壓降和效應(yīng)分?jǐn)偨M成。其中母線壓降主要決定于安裝質(zhì)量和走線設(shè)計(jì)，陽極壓降主要決定于陽極質(zhì)量和各部分連接質(zhì)量，電解質(zhì)壓降主要決定于電極距離和電解質(zhì)成分與溫度，分解壓將主要決定與溫度和電極材料，陰極壓降主要決定于陰極材質(zhì)和槽底工況，效應(yīng)分?jǐn)傊饕獩Q定于效應(yīng)系數(shù)和效應(yīng)時(shí)間?？梢?，降低槽電壓的主要措施也要從這幾個(gè)方面著手，如(I)減少電解質(zhì)電壓降；(2)降低極化電壓；
(3)加大導(dǎo)電母線的截面積；(4)改善導(dǎo)體接觸；(5)減少陰極電壓降；(6)減少陽極效應(yīng)等。近年來，在降低電解槽壓降方面取得了一些重要的技術(shù)成果，但在現(xiàn)有技術(shù)條件下，進(jìn)一步降低槽電壓難度很大。因此要進(jìn)一步降低電解槽能耗，提高能量利用效率，只能從余熱利用上做文章，而且余熱利用的空間也是非常巨大的。
[0014]電解槽熱量散失的主要途徑為:槽底部,散熱量約為總散熱量15% ;槽側(cè)部(包括槽沿板)，散熱量約為50% ;槽上部及煙氣，散熱量約為35%?？梢?，電解槽大約65%左右的熱量是從底部和側(cè)部通過電解槽鋼殼散失掉的。如果在鋼殼上加裝換熱裝置，將這一部分熱量收集利用起來，就可以在很大程度上降低電解槽能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本實(shí)用新型的目的正是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種強(qiáng)制傳熱(節(jié)能)型鋁電解槽。
[0016]本實(shí)用新型的目的可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):
[0017]本實(shí)用新型的強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽包括電解槽本體，在所述電解槽本體的外殼體上設(shè)置有以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的換熱器。
[0018]本實(shí)用新型中所述換熱器是由包覆在電解槽鋼殼外的夾套結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且換熱器與外接管路之間以法蘭連接，連接處設(shè)置有用于使換熱器與外接管路絕緣的絕緣部件。
[0019]更具體說，本實(shí)用新型中所述的換熱器包括槽沿?fù)Q熱器、槽底換熱器、以及側(cè)壁換熱器構(gòu)成；所述導(dǎo)熱油的出口溫度控制在200-300°C，熱油送入余熱鍋爐或其他換熱設(shè)備進(jìn)行余熱利用，并循環(huán)使用。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0021]本實(shí)用新型通過對(duì)換熱器進(jìn)出口油溫及導(dǎo)熱油流量控制，控制電解槽的散熱量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽熱平衡的控制，使電解槽始終運(yùn)行在穩(wěn)定的熱平衡條件下，在有效回收余熱資源的同時(shí)，有助于形成良好穩(wěn)定的電解槽內(nèi)型，提高電流效率和電解槽壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中序號(hào):1是槽沿板，2是側(cè)塊，3是人造伸腿，4是外殼體，5是防滲層，6是陰極鋼棒，7是陰極，8是槽沿?fù)Q熱器，9是側(cè)壁換熱器，10是槽底換熱器。
【具體實(shí)施方式】[0025]本實(shí)用新型以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述:
[0026]如圖2所示，本實(shí)用新型的強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽包括電解槽本體，在所述電解槽本體的外殼體6上設(shè)置有以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的換熱器；所述換熱器是由包覆在電解槽鋼殼外的夾套結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且換熱器與外接管路之間以法蘭連接，連接處設(shè)置有用于使換熱器與外接管路絕緣的絕緣部件。其中所述絕緣部件是由陶瓷絕緣墊圈或陶瓷絕緣管構(gòu)成；在所述換熱器和外接管路(油管)外設(shè)置有保溫材料層。
[0027]更具體說，本實(shí)用新型中所述的換熱器包括槽沿?fù)Q熱器8、槽底換熱器10、以及側(cè)壁換熱器9構(gòu)成；所述導(dǎo)熱油的出口溫度控制在200-300°C，熱油送入余熱鍋爐或其他換熱設(shè)備進(jìn)行余熱利用，并循環(huán)使用。
[0028]另外，本實(shí)用新型可在導(dǎo)熱油循環(huán)管路設(shè)置短路支管及閥門，在必要時(shí)可將部分或全部熱油短路，不經(jīng)過余熱利用直接回流至電解槽，以調(diào)節(jié)電解槽換熱器進(jìn)口油溫；通過對(duì)換熱器進(jìn)出口油溫及導(dǎo)熱油流量控制，控制電解槽的散熱量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽熱平衡的控制，使電解槽始終運(yùn)行在穩(wěn)定的熱平衡條件下，在有效回收余熱資源的同時(shí)，有助于形成良好穩(wěn)定的電解槽內(nèi)型，提高電流效率和電解槽壽命。
[0029]本實(shí)用新型的具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)例如下:
[0030]實(shí)驗(yàn)例1.[0031]本例參考技術(shù)數(shù)據(jù)為:400kA電解槽，槽殼尺寸為22.0X4.5X1.5m槽電壓4.0V，電流效率94%。如只在側(cè)部加裝換熱器，則:側(cè)部散熱功率320kW，導(dǎo)熱油流量2.4m3/h,導(dǎo)熱油入口溫度50°C，出口溫度250°C。如熱油能量利用率50%，則噸鋁節(jié)電1280kWh，降低能耗10%。
[0032]實(shí)驗(yàn)例2.[0033]本例參考技術(shù)數(shù)據(jù)為:300kA電解槽，槽殼尺寸為15.5X4.5X 1.5m，槽電壓4.0V，電流效率94%。如整個(gè)鋼殼均加裝換熱器，則:散熱功率390kW，導(dǎo)熱油流量2.9m3/h,導(dǎo)熱油入口溫度40°C，出口溫度240°C。如熱油能量利用率50%，則噸鋁節(jié)電2062kWh，降低能耗16%。`
[0034]實(shí)驗(yàn)例3.[0035]本例參考技術(shù)數(shù)據(jù)為:一個(gè)系列300kA電解槽，槽臺(tái)數(shù)100臺(tái)，槽殼尺寸為15.5X4.5 X 1.5m，槽電壓4.0V，電流效率94%。如整個(gè)鋼殼均加裝換熱器，則:散熱功率39000kff,導(dǎo)熱油流量290m3/h，導(dǎo)熱油入口溫度40°C，出口溫度240°C。如熱油能量利用率50%，則噸鋁節(jié)電2062kWh,年節(jié)電總量1.685X 108kWh，相當(dāng)于6萬噸標(biāo)煤。
【權(quán)利要求】
1.一種強(qiáng)制傳熱型鋁電解槽，包括電解槽本體，其特征在于:在所述電解槽本體的外殼體外設(shè)置有以導(dǎo)熱油為換熱介質(zhì)的換熱器；所述換熱器是由包覆在電解槽鋼殼外的夾套結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且換熱器與外接管路之間以法蘭連接，連接處設(shè)置有用于使換熱器與外接管路絕緣的絕緣部件；所述的換熱器包括槽沿?fù)Q熱器、槽底換熱器、以及側(cè)壁換熱器構(gòu)成；所述導(dǎo)熱油的出口溫度控制在200-300°C。
【文檔編號(hào)】C25C3/08GK203582982SQ201320622941
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】楊昇, 劉忠俠, 王明星, 蔡斌, 劉志勇, 宋天福, 李靜, 邱躍武 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)