一种电解铝余热发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种电解铝余热发电系统，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.电解铝槽主要消耗电能，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发电系统，能同时回收电解烟气余热和电解槽壳体余热，产生蒸汽并驱动发电机组发电，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：
7.一种电解铝余热发电系统，包括电解槽、烟气余热回收子系统、给水泵、电解槽底板余热回收子系统、蒸汽循环子系统和发电子系统；
8.所述电解槽的烟气排出口连接烟气余热回收子系统，电解槽底部连接电解槽底板余热回收子系统；
9.所述烟气余热回收子系统用于回收电解烟气，同时利用电解烟气余热加热给水，传输至蒸汽循环子系统；
10.所述蒸汽循环子系统用于将烟气余热回收子系统和电解槽底板余热回收子系统加热后的水分离出蒸汽，输送至发电子系统；
11.所述发电子系统用于利用蒸汽做功发电，并将做功后的蒸汽降温降压成凝结水；
12.所述给水泵用于接收发电子系统的凝结水，输送至烟气余热回收子系统，形成第一循环回路；
13.所述电解槽底板余热回收子系统用于回收电解槽底部余热，利用余热将蒸汽循环子系统中的欠热水或饱和水加热后，再输送给蒸汽循环子系统，形成第二循环回路。
14.优选地，所述电解槽包括电解槽底层钢板、电解槽侧壁和上部的集排烟装置，所述集排烟装置的烟气出口连接烟气余热回收子系统，电解槽底层钢板连接电解槽底板余热回收子系统。
15.优选地，所述烟气余热回收子系统包括省煤器和烟气除尘净化装置，所述省煤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，烟气除尘净化装置的出口排空；省煤器的入水口和出水口分别连接给水泵和蒸汽循环子系统，使电解烟气和给水进行热交换。从集气排烟装置排出的高温电解烟气进入所述省煤器将热量传递给给水变成低温烟气，给水被加热成热水进入所述蒸汽循环子系统中的锅筒；烟气温度降低将延长电解烟气除尘净化装置的使用寿命，改善对环境造成的热污染。
16.优选地，所述烟气余热回收子系统加热后的水，温度不超过100℃。因为省煤器承压压力大则成本会升高，水温不超过100℃可保证在省煤器的承压范围内水不会汽化，有利于系统稳定运行，且能够控制成本。
17.优选地，所述电解槽底板余热回收子系统包括热管蒸发段基板、热管和套管蒸发器；所述热管蒸发段基板安装于电解槽底部；所述热管包括蒸发段与冷凝段，所述蒸发段嵌入热管蒸发段基板中，冷凝段套设于套管蒸发器内部，所述套管蒸发器的底部入口和顶部出口均连接蒸汽循环子系统；所述热管将回收的热量通过热管内部的传热工质传递给所述套管蒸发器，套管蒸发器将来自所述蒸汽循环子系统中的欠热水或饱和水加热成汽水混合物，进一步提升热能品质后，返回到蒸汽循环子系统中。
18.进一步优选地，所述热管蒸发段基板为水平板，与电解槽底部紧密贴合，确保换热效果，所述热管蒸发段基板可以连接多组热管和套管蒸发器。
19.进一步优选地，所述热管的冷凝段与竖直方向倾斜20
°
~70
°
，便于热管内部的传热工质回流，有利于热管运行。
20.优选地，所述蒸汽循环子系统包括锅筒、汽水分离装置和集汽缸，所述锅筒的入水口分别连接电解槽底板余热回收子系统和烟气余热回收子系统，出水口连接至电解槽底板余热回收子系统；所述汽水分离装置设于锅筒顶部，其蒸汽出口连接集汽缸，所述集汽缸的出口连接发电子系统。所述集汽缸具有稳定蒸汽压力和流量的作用，解决了因工艺波动导致的蒸汽量波动，有助于所述发电子系统的平稳运行；所述蒸汽为饱和蒸汽。
21.进一步优选地，可以设置为多个系统共用同一个集汽缸，所述集汽缸可以收集多个电解槽产生的蒸汽，蒸汽集中送入所述发电子系统中。
22.进一步优选地，所述锅筒的一个入水口通过上升管连接电解槽底板余热回收子系统的出口，出水口通过下降管连接至电解槽底板余热回收子系统的入口。
23.优选地，所述发电子系统包括依次连接的透平机、发电机、冷凝器和凝结水泵，所述透平机的入口连接蒸汽循环子系统，凝结水泵的出口连接给水泵。
24.进一步优选地，所述透平机可以是汽轮机或螺杆膨胀机等，透平机还可以设置疏水装置。
25.优选地，该系统还包括软水装置，所述软水装置连接给水泵，用于补充给水，与所述凝结水一起作为给水进入所述给水泵，避免因蒸汽做功后凝结水流失导致给水不足。
26.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
27.本实用新型通过烟气余热利用子系统和电解槽底板余热回收子系统回收利用余热产生热水，通过蒸汽循环系统产生蒸汽，推动透平发电机组发电供用户使用，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，大大提高了余热的回收利用率，从而提高电解铝整体能源利用率，真正实现了节约能源，并进一步降
低了用户能源消耗成本，具有显著的经济效益。
28.本实用新型将原有高温烟气通过烟气余热利用子系统降温成低温烟气，烟气温度降低将延长电解烟气除尘净化装置的使用寿命，同时低温烟气的排放对环境造成的热污染也有了一定程度的改善；本实用新型通过电解槽底板余热回收子系统可有效降低电解槽壳体温度，有助于改善工人的工作环境，具有显著的社会效益。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例提供的一种电解铝余热发电系统示意图。
30.图2为实施例所述电解槽底板余热回收子系统的俯视结构示意图。
31.图3为图2的a-a向剖视图。
32.图中：1-电解槽，11-电解槽底层钢板，12-电解槽侧壁，13-集气排烟装置；2-烟气余热回收子系统，21-省煤器，22-烟气除尘净化装置；3-给水泵；4-电解槽底板余热回收子系统，41-热管蒸发段基板，42-热管，43-套管蒸发器；5-蒸汽循环子系统，51-锅筒，52-下降管，53-上升管，54-汽水分离装置，55-集汽缸；6-发电子系统，61-透平机，62-发电机，63-冷凝器，64-凝结水泵；7-软水装置。
具体实施方式
33.下面将结合附图和具体实施例更详细地描述本发明的优选实施方式。
34.如图1所示的一种电解铝余热发电系统，包括：电解槽1、烟气余热回收子系统2、给水泵3、电解槽底板余热回收子系统4、蒸汽循环子系统5、发电子系统6和软水装置7。
35.本实施例所述电解铝槽1包括电解铝槽底层钢板11、电解铝槽侧壁12和上部的集排烟装置13，所述集排烟装置13的烟气出口连接烟气余热回收子系统2，电解槽底层钢板11连接电解槽底板余热回收子系统4；所述集气排烟装置13用于将电解过程中产生的高温电解烟气集中排出进入烟气管道，从而使所述高温电解烟气沿烟气管道进入所述烟气余热回收子系统2。
36.本实施例所述烟气余热回收子系统2包括依次连接的省煤器21和烟气除尘净化装置22；所述省煤器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，烟气除尘净化装置22的出口排空；省煤器21的入水口和出水口分别连接给水泵3和蒸汽循环子系统5，使电解烟气和给水进行热交换。所述烟气余热回收子系统2通过所述省煤器21吸收高温烟气余热；所述高温烟气进入所述省煤器21，将热量传递给给水后变成低温烟气，所述低温烟气进入所述烟气除尘净化装置22净化除尘后得到净化烟气排空；所述给水在省煤器21内被加热，然后进入所述蒸汽循环子系统5中的锅筒51；所述热水不超过100℃。
37.本实施例所述给水泵3的给水由所述发电子系统6中凝结水泵64的凝结水和所述软水装置7中的软水组成。
38.本实施例所述电解槽底板余热回收子系统4包括热管蒸发段基板41、热管42和套管蒸发器43；所述热管蒸发段基板41安装于电解槽1底部；所述热管42包括蒸发段与冷凝段，蒸发段嵌入到所述热管蒸发段基板41内，冷凝段套设于套管蒸发器43内部；所述套管蒸发器43的底部入口和顶部出口均连接蒸汽循环子系统5。具体的，所述热管蒸发段基板41吸收所述电解槽底层钢板余热，并传递给所述热管42；所述热管42将回收的热量通过热管42
内部的传热工质传递给所述套管蒸发器43；所述套管蒸发器43将来自所述蒸汽循环子系统5中的下降管52的欠热水或饱和水加热成汽水混合物，进一步提升热能品质后，通过所述蒸汽循环子系统5中的上升管54进入到锅筒。
39.如图2所示，所述热管蒸发段基板41可以连接多组热管42和套管蒸发器43。所述热管蒸发段基板41为水平板，与所述电解槽底层钢板11紧密贴合，确保换热效果。所述热管42的冷凝段具有一定的倾斜角度（20
°
~70
°
），便于热管42内部的传热工质回流，有利于热管运行。
40.本实施例所述蒸汽循环子系统5包括锅筒51、下降管52、上升管53、汽水分离装置54和集汽缸55；所述锅筒51的入水口分别连接电解槽底板余热回收子系统4和烟气余热回收子系统2，出水口连接至电解槽底板余热回收子系统4；所述汽水分离装置54设于锅筒顶部，其蒸汽出口连接集汽缸55，所述集汽缸55的出口连接发电子系统6。
41.具体的，所述锅筒51内的欠热水或饱和水沿所述下降管52进入所述电解槽底板余热回收子系统4中的套管蒸发器43，吸收热量生成汽水混合物沿所述上升管53进入所述锅筒51，并经过所述汽水分离装置54进行汽水分离，所述汽水混合物中的水留在所述锅筒51中继续循环生成汽水混合物，所述汽水混合物中的蒸汽进入所述集汽缸55后送入所述发电子系统6中的透平机61膨胀做功。
42.作为优选，所述集汽缸55还可以收集多个电解槽产生的蒸汽。集汽缸55具有稳定蒸汽压力和流量的作用，解决了因工艺波动导致的蒸汽量波动，有助于所述发电子系统6的平稳运行；其中，所述蒸汽为饱和蒸汽。
43.本实施例所述发电子系统6包括透平机61、发电机62、冷凝器63和凝结水泵64；所述蒸汽循环子系统5中集汽缸55中的蒸汽进入所述透平机61膨胀做功，从而带动所述发电机62发电；所述冷凝器63将所述透平机61做功后排出的汽水混合物冷凝成凝结水，由所述凝结水泵64重新送回到所述给水泵，开始下一次循环。进一步，所述透平机61可以是汽轮机或螺杆膨胀机。
44.作为优选，所述透平机61具有疏水装置，避免凝结水损害透平机。
45.本实施例所述软水装置7用于生产软水，所述软水用于补充给水，与所述凝结水一起作为给水进入所述给水泵3，避免因蒸汽做功后凝结水流失导致给水不足。
46.本实施例所述发电系统的工作过程为：所述电解槽1通过集气排烟装置13与所述余热利用子系统2连接；所述电解槽1与所述电解槽底板余热回收子系统4中的热管蒸发段基板41连接；所述烟气余热回收子系统2与所述给水泵连接3，用于加热给水；所述给水泵3与所述发电子系统6中的凝结水泵64、所述软水装置7连接；所述烟气余热利用子系统2与所述蒸汽循环子系统5中的锅筒51连接；所述电解槽底板余热回收子系统2与所述蒸汽循环子系统5连接；所述蒸汽循环子系统5与所述发电子系统中6的透平机61连接；所述烟气余热回收子系统2用于回收电解过程中产生的高温电解烟气余热；所述电解槽底板余热回收子系统4利用热管换热器回收电解槽底板余热，产生蒸汽；所述发电子系统用于6将所述蒸汽循环子系统5中的蒸汽引入所述透平61和发电机62发电，实现将蒸汽热能转化成电能，做功后的蒸汽降温降压成凝结水并与软水一起进入所述给水泵3，开始新的循环。
47.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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。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。
48.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。
49.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。