一种利用电解槽余热加热氧化铝的系统及方法与流程

本技术涉及铝冶炼，尤其涉及一种利用电解槽余热加热氧化铝的系统及方法。

背景技术：

1、目前炭阳极铝电解理论吨铝直耗为6320kwh，但是实际生产中约有一半的能量以热能的方式散失至环境中，而在散失的热量中，烟气排放散热约占35％，电解槽上部结构散热约占8％，电解槽侧壁散热约占35％，电解槽底部及阴极散热约占22％。随着电解铝企业的节能、减排要求越来越高，这使得电解铝企业对铝电解槽能量回收利用的需求增加。然而在上述这些散热区域中，烟气温度大多在160℃以下，并且电解槽底部温度基本在100℃以内，同时上部结构比较复杂、分散，其热量也不易实现回收。由于电解槽侧壁表面平整，热源温度高、面积大，具有较大的回收利用价值，并且随着铝电解槽的大型化，铝电解槽侧面长度达到20米以上，且侧壁的温度也高达300℃～400℃。

2、然而根据当前电解槽侧部余热回收的案例，多数侧壁换热器利用换热介质的强制对流进行取热，取热后的换热介质被引出电解槽外部，用于供暖、发电或制冷，但是由于温度低，热流强度小，发电和制冷的实际应用偏少；同时由于电解槽侧壁换热器有多个，采用强制对流换热可能会存在换热介质不均流、局部过度取热、电解槽侧壁温度和炉帮厚度不易均衡控制等问题。同时在铝电解生产过程中，通常采用点式下料器，是将氧化铝和氟化铝颗粒作为原料定时定量的加入到电解槽内，而氧化铝和氟化铝位于电解槽上部的料箱中，在吸收电解槽上部结构的散热后会被略微加热，加热后的温度通常在20℃～80℃之间。但是高温电解质熔体温度在900℃～970℃，冷态的物料加入高温电解质熔体后，需要吸收大量的热量，不利于下料点附近热平衡保持和物料溶解，严重时会影响电解槽稳定高效生产，因此如果在氧化铝和氟化铝进入电解质熔体前先进行预热，则有助于物料的快速溶解，有利于提高电流效率和电解槽稳定。

3、然而现有的氧化铝预热手段通常是基于电解槽烟气，例如可以先利用烟气将压缩空气加热，再利用热压缩空气预热氧化铝输送溜槽和氧化铝；还可以利用电解槽内的烟气加热定容下料器内的氧化铝并回收烟气中的挥发物；还可以在电解槽外围设置强制通风箱，再把强制通风箱内热空气引入氧化铝输送溜槽，从而预热氧化铝输送溜槽和氧化铝；但是这些预热手段均存在余热利用率不高、物料预热温度低、效果不理想等问题。

技术实现思路

1、本技术提供了一种利用电解槽余热加热氧化铝的系统及方法，以解决现有技术中氧化铝预热手段存在余热利用率不高、物料预热温度低、效果不理想的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种利用电解槽余热加热氧化铝的系统，通过电解槽侧壁换热方式加热氧化铝，所述系统包括：

3、所述电解槽包括电解槽侧壁槽壳、电解槽水平槽沿板和氧化铝浓相输送管道，所述电解槽水平槽沿板设于所述电解槽的侧上部，所述氧化铝浓相输送管道环绕所述电解槽的一部分，所述氧化铝浓相输送管道的部分被包裹在所述外层套管内；

4、换热介质加热部，包括外层套管、换热介质输送管道、顶部联通管道、换热介质收集箱、多个热量排出管道和多个箱式换热器，所述外层套管设于所述电解槽水平槽沿板的底部，以加热所述氧化铝浓相输送管道内的氧化铝；所述外层套管的进料口连通多个所述热量排出管道的一端，多个所述热量排出管道的另一端对应连通多个所述箱式换热器的出液口，所述箱式换热器设于所述电解槽侧壁槽壳的侧壁面，多个所述箱式换热器的出液口依次通过所述换热介质输送管道连通所述换热介质收集箱的底部，所述换热介质收集箱的顶部通过所述顶部联通管道连通所述外层套管的出料口；

5、升降部，包括升降平台和升降电机，所述升降平台用于承载所述换热介质收集箱，所述升降电机驱动所述升降平台升降，且所述箱式换热器的水平高度处于所述升降平台的升降高度内，以实现通过换热介质收集箱的竖直高度变化来调控箱式换热器内换热介质的液面高度；

6、惰性气体部，包括惰性气体储罐、惰性气体输送管路和多个惰性气体控制阀，所述惰性气体储罐通过所述惰性气体输送管路连通多个所述惰性气体控制阀，多个所述惰性气体控制阀固定在所述箱式换热器的进气口，以实现惰性气体进入到多个所述箱式换热器中。

7、可选的，所述换热介质输送管道与所述箱式换热器之间设有流量控制阀，以控制换热介质进入所述箱式换热器的量。

8、可选的，所述换热介质输送管道与所述换热介质收集箱之间设有循环泵，以提高换热介质的输送动力。

9、可选的，所述顶部联通管道和所述换热介质收集箱之间设有冷却装置，以调整换热介质的冷却能力。

10、可选的，所述系统还包括：

11、控制部，包括信号采集控制器、监控端、流量调节阀控制线、循环泵控制线和升降电机控制线，所述信号采集控制器的一端通过电信号连接所述监控端，所述信号采集控制器的另一端通过所述流量调节阀控制线与所述流量控制阀连接，所述信号采集控制器的另一端还通过所述循环泵控制线与所述循环泵连接，所述信号采集控制器的另一端还通过所述升降电机控制线与所述升降电机连接。

12、可选的，所述控制部还包括贴壁热电偶和贴壁热电偶补偿导线，所述贴壁热电偶固定在所述箱式换热器和所述电解槽侧壁槽壳之间，以测定所述电解槽侧壁槽壳的温度；所述贴壁热电偶通过所述贴壁热电偶补偿导线连接所述信号采集控制器的另一端。

13、可选的，所述氧化铝浓相输送管道的进料端设于所述电解槽中电解烟气端的同侧，所述升降电机设于所述电解槽中电解烟气端的同侧。

14、第二方面，本技术提供了一种利用电解槽余热加热氧化铝的方法，所述方法适配第一方面所述的系统，所述方法包括：

15、对液体换热介质和惰性气体进行换热，以使所述液体换热介质被加热或使所述液体换热介质形成换热介质蒸汽对以及使所述惰性气体被加热；

16、采用被加热后的所述液体换热介质或所述换热介质蒸汽以及被加热后的所述惰性气体对氧化铝进行加热；

17、其中，所述加热的方式包括正常换热、保温和强制对流换热三种状态的转换；

18、所述液体换热介质的沸点区间≤所述氧化铝的目标控制温度；

19、所述正常换热包括液体换热介质的自然对流换热和惰性气体辅助的沸腾换热；

20、所述保温为所述液体换热介质换热量最少的阶段；

21、所述强制对流换热为所述液体换热介质换热量最大的阶段。

22、可选的，所述惰性气体包括以下至少一种：

23、氮气、二氧化碳和氩气。

24、本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

25、本技术实施例提供的一种利用电解槽余热加热氧化铝的系统，针对系统设计包括换热介质加热部、升降部和惰性气体部的加热系统，并细化换热介质加热部包括外层套管、换热介质输送管道、顶部联通管道、换热介质收集箱、多个热量排出管道和多个箱式换热器，细化升降部包括升降平台和升降电机，以及细化惰性气体部包括惰性气体储罐、惰性气体输送管路和多个惰性气体控制阀，经过换热介质输送管道使得换热介质收集箱内换热介质分散到各个箱式换热器内，再利用惰性气体输送管路和惰性气体控制阀实现惰性气体进入到箱式换热器，同时升降平台调整换热介质收集箱的竖直高度，可以利用换热介质收集箱和箱式换热器之间的连通器原理，实现对电解槽侧壁槽壳的三种换热状态的调整：例如将升降平台调整到最低点时，通过连通器原理，箱式换热器内换热介质全部回流至换热介质收集箱内，此时箱式换热器对电解槽内壁的换热量最小，此时整个系统处于保温状态，电解槽主要通过惰性气体的对流换热；当升降平台调整到最高点时，通过连通器原理，换热介质收集箱内换热介质流动到箱式换热器中，并使得箱式换热器充满换热介质，可以通过换热介质实现电解槽的强制换热，此时换热介质对电解槽的换热量达到最大；当升降平台调整到最低点和最高点之间时，通过连通器原理，换热介质未充满箱式换热器，此时换热介质和惰性气体混合，利用换热介质的自然对流换热和换热介质的相变换热及惰性气体辅助的沸腾换热，以保持电解槽侧壁温度在换热介质的沸点温度区间附近，换热介质蒸汽和被加热的惰性气体进入氧化铝浓相输送管道的外层套管内，从而实现对浓相输送管道内氧化铝的正常加热。因此基于该系统，可以利用换热介质和惰性气体进行配合，自动调节换热量的大小，以自动保持电解槽侧壁温度稳定在导热油沸点的温度(目标控制温度)附近，并保持电解槽侧壁温度分布均匀，解决了电解槽侧部取热与侧壁温度均匀调控难度大和易出现过度取热的难题，同时该系统还可以在三种不同换热状态进行转换，除了在正常条件下利用侧部余热加热氧化铝，还可以在电解槽升高电流或电压时强化侧壁散热，以及降低电流或电压时对侧部进行保温，为电解槽变负荷生产提供支持。