一种电解铝余热高效利用系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种电解铝余热高效利用系统，属于电解铝节能技术领域。


背景技术：

2.电解铝行业是我国重要的基础产业，但也是高耗能产业。在能源需求日益紧张、环境保护愈加严格的大趋势下，电解铝能耗直接决定着企业的发展，因此提高电解铝行业的能源利用率，降低能耗是大势所趋。
3.电解铝主要消耗电能，其以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内进行电化学反应，产生铝液。输入电解槽能量的50%以热量的形式散失到周围环境中，不仅浪费能源，还造成了环境热污染。目前，只有少量企业回收电解烟气的余热，用于洗浴或供暖等低品位热能应用的形式。电解烟气的余热通常仅占总散热量的30%左右，70%的热量通过电解槽散失。生产过程中，钢制电解槽壳体温度高达300-350℃，而这部分余热尚未得到有效回收利用，造成能源浪费严重。
4.因此，急需一种高效的余热回收方式，提升电解铝行业的能源利用率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电解铝余热高效利用系统，能同时回收电解烟气余热和电解槽壳体余热，并利用有机朗肯循环系统发电，以实现能源的梯级利用，解决电解铝行业余热回收率不高、能源利用率的难题。
6.为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
7.一种电解铝余热高效利用系统，包括电解槽、烟气余热利用子系统、水循环子系统和有机朗肯循环子系统；
8.所述电解槽的烟气排出口连接烟气余热利用子系统，电解槽底部连接水循环子系统，
9.所述烟气余热利用子系统，用于回收电解烟气，利用烟气余热加热冷水；
10.所述水循环子系统，用于回收电解槽壳体余热，将烟气余热利用子系统加热后的水进一步加热，送入有机朗肯循环子系统换热后，将冷水输入烟气余热利用子系统；
11.所述有机朗肯循环子系统，用于吸收所述水循环子系统的热量，将内部的有机循环工质蒸发为气态，驱动发电模块做功发电，并将做功后的有机循环工质降温降压凝结成液态，返回换热。
12.进一步的，所述电解槽包括电解槽底层钢板、电解槽侧壁和上部的集气排烟装置，所述集气排烟装置的烟气出口连接烟气余热利用子系统，电解槽底层钢板连接水循环子系统，所述集气排烟装置用于将电解过程中产生的高温烟气集中排出进入烟管，从而使所述高温烟气沿烟气管道进入所述烟气余热利用系统。
13.进一步的，所述烟气余热利用子系统包括气-水换热器和烟气除尘净化装置，所述气-水换热器的烟气入口和烟气出口分别连接电解槽和烟气除尘净化装置，气-水换热器的
热水换热器；4-有机朗肯循环子系统，41-蒸发器，42-透平机，43-发电机，44-冷凝器，45-工质泵。
具体实施方式
27.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
28.如图1所示的一种电解铝余热高效利用系统，包括：电解槽1、烟气余热利用子系统2、水循环子系统3和有机朗肯循环子系统4。
29.具体的，所述电解槽1包括电解槽底层钢板11、电解槽侧壁12和上部的集气排烟装置13，所述集排烟装置13的烟气出口连接烟气余热利用子系统2，电解槽底层钢板11连接水循环子系统3；所述集气排烟装置13用于将电解过程中产生的高温烟气集中排出进入烟气管道，从而使所述高温烟气沿烟管进入所述烟气余热利用系统2。
30.所述烟气余热利用子系统2包括依次连接的气-水换热器21和烟气除尘净化装置22，所述气-水换热器21的烟气入口和烟气出口分别连接电解槽1和烟气除尘净化装置22，气-水换热器21的水入口和水出口均连接水循环子系统3；所述烟气余热利用子系统2用于通过所述气-水换热器21吸收高温烟气余热；所述高温烟气进入所述气-水换热器21，将热量传递给冷水后变成低温烟气，所述低温烟气进入所述烟气除尘净化装置22净化后得到净化烟气排空；所述冷水在气-水换热器21内被加热成次高温热水，然后进入所述水循环子系统3中的热水换热器；所述次高温热水不超过100℃。
31.所述水循环子系统3包括依次连接的水泵31和热水换热器32，所述热水换热器32设置于电解槽1底部，其入口连接烟气余热利用子系统2，出口连接有机朗肯循环子系统4。所述水循环子系统3为闭式循环，通过设置在所述电解铝槽底层钢板11上的热水换热器32与所述电解槽底层钢板11进行热交换，回收电解槽壳体余热，将所述次高温热水加热成高温热水，实现能源品质的进一步提升与能源的梯级利用。该过程中无水分流失，在初始给水以后不需要额外补水。所述高温热水不超过160℃。
32.进一步的，所述热水换热器32上表面为平面，与所述电解槽底层钢板11紧密贴合，确保换热效果。所述热水换热器32内部为管式结构。
33.所述有机朗肯循环子系统4包括依次连接的蒸发器41、透平机42、发电机43、冷凝器44和工质泵45，所述工质泵45的另一端连接蒸发器41，形成循环回路。所述有机朗肯循环子系统4用于将所述高温热水的热能转换成机械能，最后转化成电能供用户使用；所述蒸发器41吸收来自所述热水换热器32的高温热水热量，生成具一定压力和温度的气态有机循环工质；所述气态有机循环工质进入所述透平机42膨胀做功，将热能转化成机械能；所述透平机42与所述发电机43连接，从而带动所述发电机43发电，将机械能转化成电能；所述冷凝器44将所述透平机42排出的有机循环工质冷凝成液体，由所述工质泵45重新送回到所述蒸发器41，开始下一次循环，如此不断循环下去。
34.本实施例所述透平机42为汽轮机，所述有机循环工质为低温工质。
35.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方
位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种电解铝余热高效利用系统，其特征在于，包括电解槽（1）、烟气余热利用子系统（2）、水循环子系统（3）和有机朗肯循环子系统（4）；所述电解槽的烟气排出口连接烟气余热利用子系统，电解槽底部连接水循环子系统，所述烟气余热利用子系统（2），用于回收电解烟气，利用烟气余热加热冷水；所述水循环子系统（3），用于回收电解槽壳体余热，将烟气余热利用子系统（2）加热后的水进一步加热，送入有机朗肯循环子系统（4）换热后，将冷水输入烟气余热利用子系统（2）；所述有机朗肯循环子系统（4），用于吸收所述水循环子系统（3）的热量，将内部的有机循环工质蒸发为气态，驱动发电模块做功发电，并将做功后的有机循环工质降温降压凝结成液态，返回换热。2.根据权利要求1所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述电解槽（1）包括电解槽底层钢板（11）、电解槽侧壁（12）和上部的集气排烟装置（13），所述集气排烟装置（13）的烟气出口连接烟气余热利用子系统（2），电解槽底层钢板（11）连接水循环子系统（3）。3.根据权利要求1所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述烟气余热利用子系统（2）包括气-水换热器（21）和烟气除尘净化装置（22），所述气-水换热器（21）的烟气入口和烟气出口分别连接电解槽（1）和烟气除尘净化装置（22），气-水换热器（21）的水入口和水出口均连接水循环子系统（3）。4.根据权利要求1所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述水循环子系统（3）包括给水泵（31）和热水换热器（32），所述热水换热器（32）设置于电解槽（1）底部，其入口连接烟气余热利用子系统（2），出口连接有机朗肯循环子系统（4），将烟气余热利用子系统（2）加热后的水与电解槽底层钢板进行热交换；所述给水泵的入口连接有机朗肯循环子系统（4），出口连接烟气余热利用子系统（2）。5.根据权利要求4所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述热水换热器（32）上表面为平面，与所述电解槽底层钢板紧密贴合；所述热水换热器（32）内部为管状结构。6.根据权利要求1所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述有机朗肯循环子系统（4）包括依次连接的蒸发器（41）、透平机（42）、发电机（43）、冷凝器（44）和工质泵（45），所述工质泵的另一端连接蒸发器（41），形成循环回路。7.根据权利要求6所述的电解铝余热高效利用系统，其特征在于，所述透平机（42）为汽轮机或螺杆膨胀机。

技术总结
本实用新型公开了一种电解铝余热高效利用系统，包括电解槽、烟气余热利用子系统、水循环子系统和有机朗肯循环子系统。通过烟气余热利用子系统回收利用烟气余热产生次高温热水，并通过水循环系统回收利用电解槽壳体余热，将次高温热水加热成高温热水，实现了同时对电解高温烟气余热和电解槽壳体余热进行回收利用，并进一步提升热能品质，最后通过有机朗肯循环将高温热水热能转化成电能，大大提高了余热的回收利用率，提高了有机朗肯循环的发电量，从而提高电解铝整体能源利用率，实现了节约能源，并降低了能源消耗成本，同时低温烟气的排放对环境造成的热污染也有了改善，降低电解槽壳体温度，有助于改善工人的工作环境；兼具经济效益和社会效益。济效益和社会效益。济效益和社会效益。


技术研发人员：杨彬 雷威 王芳 薛志龙 盛化才
受保护的技术使用者：上海置信能源综合服务有限公司
技术研发日：2021.10.26
技术公布日：2022/4/6