铝电解设备、铝电解系统及铝电解槽烟气余热回收方法技术方案

本发明专利技术涉及铝电解技术领域，尤其涉及一种铝电解设备、铝电解系统及铝电解槽烟气余热回收方法。铝电解设备中的烟气收集装置包括烟气收集罩，烟气收集罩设置在铝电解槽中的火口的上方，烟气收集罩的进气口朝向下方敞开且与火口对准。由此，利用烟气收集罩直接在火口处收集高温烟气，避免高温烟气在铝电解槽外罩内部与冷空气融合降温，能够收集到具有高品质余热的烟气。铝电解系统包括上述铝电解设备及烟气余热回收装置，铝电解槽烟气余热回收方法利用铝电解系统中的烟气余热回收装置将收集到的高温烟气与水换热形成过热蒸汽用于发电并供给铝电解设备。本发明专利技术铝电解系统和余热回收方法能够收集到具有高品质余热的烟气并进行余热再利用。

【技术实现步骤摘要】
铝电解设备、铝电解系统及铝电解槽烟气余热回收方法
本专利技术涉及铝电解节能
，尤其涉及一种铝电解设备、铝电解系统及铝电解槽烟气余热回收方法。
技术介绍
目前，铝电解都是采用冰晶石-氧化铝熔融电解法，铝电解设备包括铝电解槽、铝电解槽外罩和烟气收集装置。在该电解过程中，铝电解槽导入强大直流电，氧化铝、氟化盐在950℃～970℃的高温条件下熔融成为电解质，并在铝电解槽内经过复杂的化学反应，氧化铝分解，在铝电解槽的槽底析出液态金属铝，在阳极，氧化铝与碳发生反应，释放气体，主要成分为CO2和CO，也包含少量的HF和SO2，阳极释放的气体还会携带部分氧化铝粉末和固态氟化物颗粒。由于电解质表面温度在950℃左右，且在火口处部分CO会发生燃烧，所以在火口处会排出温度950℃左右或不低于950℃的高温烟气。现有的烟气收集装置包括集气管，集气管插入铝电解槽外罩内，铝电解槽外罩内形成微负压，会有大量的冷空气进入铝电解槽外罩内部，降低从火口进入铝电解槽外罩内部的高温烟气的温度，最终经集气管收集的烟气的温度在120-130℃，高品质的余热资源变成了低品位的余热资源，回收难度大，且回收品质低。据统计，在铝电解槽的余热损失中，铝电解槽外罩处热损失约为8％，烟气排放热损失约为35％。由于低温余热回收成本较高，现有的绝大部分铝电解设备均未对铝电解槽内的烟气进行高品质的余热回收，造成了严重的能源浪费。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的一个目的在于提供一种能够收集到具有高品质余热的烟气的铝电解设备。本专利技术的另一个目的在于提供一种能够收集到具有高品质余热的烟气、并进行余热再利用的铝电解系统。本专利技术的再一个目的在于提供一种采用上述铝电解系统的铝电解槽烟气余热回收方法，该烟气余热回收方法能够收集到具有高品质余热的烟气、并进行余热再利用。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术一方面提供一种铝电解设备，包括铝电解槽、铝电解槽外罩和烟气收集装置，烟气收集装置包括：烟气收集罩，烟气收集罩设置在铝电解槽中的火口的上方，烟气收集罩包括进气口和出气口，进气口朝向下方敞开并且与火口对准；导出管道，导出管道的入口与烟气收集罩的出气口连接，导出管道的出口与铝电解槽外罩的外部连通；引风机，引风机与导出管道连接，用于形成从烟气收集罩的进气口朝向导出管道的出口运动的气流。根据本专利技术，烟气收集罩的进气口的下边缘与火口的垂直距离位于10-200mm的范围内。根据本专利技术，进气口在下边缘处的外直径与火口的内直径的比值位于1-3的范围内。根据本专利技术，在烟气收集罩和导出管道的外壁上均包裹有保温层。根据本专利技术，烟气收集罩的进气口沿朝向下的方向渐扩。根据本专利技术，烟气收集罩套设在朝向火口延伸的下料管上。根据本专利技术，铝电解槽中具有多个火口，烟气收集装置包括多个烟气收集罩，多个烟气收集罩与多个火口一一对应设置，导出管道具有多个入口，多个入口与多个烟气收集罩的出气口一一对应的连接。根据本专利技术，导出管道包括多个支管和一个总管，多个支管的入口与多个烟气收集罩的出气口一一对应连通，多个支管的出口与总管连通；多个烟气收集罩中，烟气收集罩距离总管越远，其进气口的下边缘与相对应的火口之间的垂直距离越大。本专利技术的另一方面提供一种铝电解系统，包括上述任一项铝电解设备以及烟气余热回收装置；烟气余热回收装置包括：换热设备，换热设备中具有烟气通道和水流通道，烟气通道的入口与导出管道的出口连接，水流通道至少部分地位于烟气通道中；汽轮发电机，汽轮发电机的蒸汽接收端与水流通道的出口连接，汽轮发电机的供电端与铝电解设备的供电装置连接。根据本专利技术，烟气余热回收装置还包括设置在导出管道上的CO浓度检测仪和点火装置，当CO浓度检测仪检测出的CO浓度大于12.5％时，点火装置点火，以点燃导出管道中的CO。根据本专利技术，铝电解系统还包括除尘净化系统，除尘净化系统包括吸附床和布袋除尘器，吸附床的一个入口与烟气通道的出口连通，另一个入口供氧化铝加入其中，吸附床的固体出口与为铝电解槽供料的料仓连接，吸附床的气体出口与布袋除尘器的入口连通，布袋除尘器的固体出口与为铝电解槽供料的料仓连通，吸附床和布袋除尘器过滤出烟气中的氧化铝和氟化物并将其从二者的固体出口送入料仓。根据本专利技术，烟气余热回收装置还包括连接在导出管道的出口和烟气通道的入口之间的重力除尘室。根据本专利技术，汽轮发电机具有乏汽出口，烟气余热回收装置还包括与乏汽出口连接的冷凝器、以及与冷凝器和水流通道连接的除氧器。本专利技术再一方面提供一种采用上述任一项铝电解系统的铝电解槽烟气余热回收方法，包括如下步骤：S1、利用烟气收集罩收集火口处的高温烟气；S2、利用导出管道将烟气收集罩中的高温烟气送入换热设备的烟气通道中；S3、利用换热设备将高温烟气与水进行热交换，形成过热蒸汽；S4、利用步骤S3所产生的过热蒸汽推动汽轮发电机发电，并将电力供给铝电解设备的供电装置。根据本专利技术，在步骤S2中，在导出管道中的高温烟气的CO浓度大于12.5％时，点火装置点火，以点燃导出管道中的CO。根据本专利技术，还包括如下步骤：S5、步骤S3中热交换形成的低温烟气依次经过吸附床和布袋除尘器，过滤出低温烟气中的氧化铝和氟化物并送入料仓；S6、汽轮发电机形成的乏汽经冷凝器和除氧器后形成液态水送入水流通道；在步骤S2中，导出管道将高温烟气先送入重力除尘室重力除尘，经重力除尘后的高温烟气进入烟气通道。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术的铝电解设备，利用烟气收集罩直接在火口处收集高温烟气，避免高温烟气在铝电解槽外罩内部与冷空气融合降温，能够收集到具有高品质余热的烟气。本专利技术的铝电解系统，可将收集到的高温烟气与水换热，形成过热蒸汽，并将过热蒸汽引入汽轮发电机用于发电，然后将电能输送给铝电解设备。由此，本专利技术的铝电解系统能够收集到具有高品质余热的烟气、并进行余热再利用，为铝电解槽供电。本专利技术的铝电解槽烟气余热回收方法，利用上述铝电解系统，可收集到高温烟气，然后将收集到的高温烟气与水换热，形成过热蒸汽，并将过热蒸汽引入汽轮发电机用于发电，之后将电能输送给铝电解设备。由此，本专利技术的铝电解槽烟气余热回收方法能够收集到具有高品质余热的烟气、并进行余热再利用，为铝电解槽供电。附图说明图1为实施例一提供的铝电解设备的内部结构示意图；图2为实施例一提供的铝电解设备中烟气收集装置的俯视示意图；图3为实施例二提供的铝电解系统的结构示意图。【附图标记】1：烟气收集罩；2：进气口；3：出气口；4：火口；5：导出管道；6：保温层；7：下料管；8：支管；9：总管；10：换热设备；11：烟气通道；12：水流通道；13：汽轮发电机；14：CO浓度检测仪；15：点火装置；16：布袋除尘器；17：重力除尘室；18：冷凝器；19：除氧器；20：铝电解槽外罩；21：烟气上升段；22：纵向烟气汇集管；23：横向烟气汇集管；24：汽轮机组件；25：发电机组件；26：电网；27：余热锅炉；28：汽包；29：预热段；30：蒸发段；31：过热段；32：预热段通道；33：蒸发段通道；34：过热段通道；35：循环水泵；36：末端引风机；37：烟囱；38：料仓；39：吸附床；H：烟气收集罩的进气口的下边缘与火口的垂直距离；D1：火口的内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝电解设备，包括铝电解槽、铝电解槽外罩(20)和烟气收集装置，其特征在于，所述烟气收集装置包括：烟气收集罩(1)，所述烟气收集罩(1)设置在所述铝电解槽中的火口(4)的上方，所述烟气收集罩(1)包括进气口(2)和出气口(3)，所述进气口(2)朝向下方敞开并且与所述火口(4)对准；导出管道(5)，所述导出管道(5)的入口与所述烟气收集罩(1)的出气口(3)连接，所述导出管道(5)的出口与所述铝电解槽外罩(20)的外部连通；引风机，所述引风机与所述导出管道(5)连接，用于形成从所述烟气收集罩(1)的进气口(2)朝向所述导出管道(5)的出口运动的气流。

【技术特征摘要】
1.一种铝电解设备，包括铝电解槽、铝电解槽外罩(20)和烟气收集装置，其特征在于，所述烟气收集装置包括：烟气收集罩(1)，所述烟气收集罩(1)设置在所述铝电解槽中的火口(4)的上方，所述烟气收集罩(1)包括进气口(2)和出气口(3)，所述进气口(2)朝向下方敞开并且与所述火口(4)对准；导出管道(5)，所述导出管道(5)的入口与所述烟气收集罩(1)的出气口(3)连接，所述导出管道(5)的出口与所述铝电解槽外罩(20)的外部连通；引风机，所述引风机与所述导出管道(5)连接，用于形成从所述烟气收集罩(1)的进气口(2)朝向所述导出管道(5)的出口运动的气流。2.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，所述烟气收集罩(1)的进气口(2)的下边缘与所述火口(4)的垂直距离位于10-200mm的范围内。3.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，所述进气口(2)在下边缘处的外直径与所述火口(4)的内直径的比值位于1-3的范围内。4.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，在所述烟气收集罩(1)和所述导出管道(5)的外壁上均包裹有保温层(6)。5.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，所述烟气收集罩(1)的进气口(2)沿朝向下的方向渐扩。6.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，所述烟气收集罩(1)套设在朝向所述火口(4)延伸的下料管(7)上。7.根据权利要求1所述的铝电解设备，其特征在于，所述铝电解槽中具有多个所述火口(4)，所述烟气收集装置包括多个所述烟气收集罩(1)，多个所述烟气收集罩(1)与多个所述火口(4)一一对应设置，所述导出管道(5)具有多个入口，多个入口与多个所述烟气收集罩(1)的出气口(3)一一对应的连接。8.根据权利要求7所述的铝电解设备，其特征在于，所述导出管道(5)包括多个支管(8)和一个总管(9)，所述多个支管(8)的入口与多个烟气收集罩(1)的出气口(3)一一对应连通，所述多个支管(8)的出口与所述总管(9)连通；多个所述烟气收集罩(1)中，所述烟气收集罩(1)距离所述总管(9)越远，其进气口(2)的下边缘与相对应的火口(4)之间的垂直距离越大。9.一种铝电解系统，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的铝电解设备以及烟气余热回收装置；所述烟气余热回收装置包括：换热设备(10)，所述换热设备(10)中具有烟气通道(11)和水流通道(12)，所述烟气通道(11)的入口与所述导出管道(5)的出口连接，所述水流通道(12)至少部分地位于所述烟气通道(11)中；汽轮发电机(13)，所述汽...

【专利技术属性】
技术研发人员：于庆波，刘军祥，杨凡，秦勤，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21