CN201634775U - 铝电解槽散热孔废热发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，包括高导热模块、温差发电模块、冷却模块和电能引出与应用模块；高导热模块与温差发电模块的高温面相接，温差发电模块的低温面与冷却模块相接，温差发电模块的电能输出端与所述的电能引出与应用模块相接。该装置能实现对铝电解槽散热孔废热的有效利用，将废热直接转换成电能，具有结构简单、可靠性高、绿色环保、适用范围广等特点。

Description

铝电解槽散热孔废热发电装置

技术领域

本实用新型属于废热利用技术领域，涉及一种铝电解槽散热孔废热发电装置。

背景技术

自20世纪80年代国家提出“优先发展铝工业”的战略方针以来，我国铝工业得到迅速发展，尤其是进入21世纪以后，我国电解铝年增长率超过20％，产量跃居世界首位，2006年电解铝产量达到920万吨。铝电解槽是电解铝生产中的关键设备。近年来，随着铝电解工业水平的不断提高，电解槽容量或电流不断增大，电解槽单位面积的散热强度亦不断增大，进而导致侧部槽壳温度随之升高。目前铝电解槽侧部槽壳温度多在270～300℃左右，大量的余热从此处直接排向空气中，不仅造成巨大的能量损失，而且恶化了电解车间的工作环境。

如何有效利用电解槽侧部槽壳的余热，不断提高对有限能源的有效利用，实现企业的节能降耗与环境保护，是我国电解铝企业发展循环经济，创建节约型企业，提高核心竞争力，追求生态环境和经济效益最佳化的主要措施之一。

如果需要对现有的电解槽侧部槽壳的余热进行有效利用，需要克服以下技术问题：

1、铝电解槽散热孔表面较为粗糙，与发电装置接触部分热阻较大导致发电效率降低；

2、各散热孔的温度分布不均匀，使各组发电装置输出功率不同导致串并组合后的功率损失；

3、散热孔表面温度过高，对材料的耐高温和隔热性能要求严格；

4、环境温度较高及发电模块本身厚度较小不利于散热，提高发电装置冷、热面温差难度大。

实用新型内容

本实用新型的所要解决的技术问题是提供一种铝电解槽散热孔废热发电装置，该装置能实现对铝电解槽散热孔废热的有效利用，将废热直接转换成电能，具有结构简单、可靠性高、绿色环保、适用范围广等特点。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：

一种铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，包括高导热模块、温差发电模块、冷却模块和电能引出与应用模块；高导热模块与温差发电模块的高温面相接，温差发电模块的低温面与冷却模块相接，温差发电模块的电能输出端与所述的电能引出与应用模块相接。

所述的高导热模块由金属材料层、耐高温隔热材料层和耐高温阻燃绝缘材料层叠装而成。

温差发电模块的有效导热面积占铝电解槽散热孔壁面积的20％～80％。

所述的铝电解槽散热孔废热发电装置几何尺寸为：长介于100～450mm、宽介于80～300mm、高介于80～300mm。

高导热模块由导热系数大于200W.m^-1.K^-1的金属材料、导热系数小于1.1W.m^-1.K^-1的耐高温隔热材料、耐高温阻燃绝缘材料组成。

冷却模块选用换热系数大于15Wm^-2.℃^-1的高密度散热器，采用速度介于3～30m·s^-1的压缩空气进行冷却。

电能引出与应用模块输出电压为4.2～36V的直流电。

实用新型的有益效果：

本实用新型实现了对铝电解槽散热孔废热的有效利用，将废热直接转换成电能，具有结构简单、可靠性高、绿色环保、适用范围广等特点。由于对电解槽余热的有效利用，可以改进炉窑内腔的温度场分布、降低能耗、改善车间工作环境，而且提高电解槽的余热利用水平符合国家的《节能和新能源关键技术》的发展目标要求，具有巨大的社会效益。

工业现场进行试验结果表明，受热面为10×12cm²的发电装置产生的电能能使12V、5W的节能灯正常稳定的工作，将发电装置布满铝电解槽侧壁的1个散热孔中，输出功率达到45W。对于320kA铝电解槽，若将侧壁散热孔(散热孔分为3层，每层有60个，共180个)和槽底(可布60个发电装置)布满发电装置，每吨铝输出电能为：45W×(180+60)×24/2.87＝90.3kWh/t。实施该技术后每台电解槽每生产1吨铝可节约90.3×0.41(2008年电价)＝37.02元。

附图说明

图1是本实用新型铝电解槽散热孔废热发电装置原理图；

图2是本实用新型铝电解槽散热孔废热发电装置装配图；

图3是本实用新型高导热模块结构示意图；

图4是本实用新型高导热模块装配图；

图5是本实用新型冷却模块结构示意图。【图中的箭头指示压缩空气由此进入】

图中标号说明：11-金属材料，12-耐高温隔热材料，13-耐高温阻燃绝缘材料；14-散热器，15-风管，16-冷却模块，17-温差发电模块，18-高导热模块，171-低温面，172-高温面。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

本实用新型设计的铝电解槽散热孔废热发电装置的原理和装配方式分别如图1和图2所示，它由高导热模块18、温差发电模17、冷却模块16、电能引出与应用模块四个部分组成，高导热模块18与温差发电模块17的高温面172相接，温差发电模块17的低温面171与冷却模块16相接，温差发电模块17与电能引出与应用模块相接。

高导热模块由金属材料11、耐高温隔热材料12、耐高温阻燃绝缘材料13组成，其结构和装配方式分别如图3和图4所示，12和13叠加在一起，13直接与铝电解槽散热孔壁接触，12和13的中间部分均开设有放置11的孔，11与12、13相嵌装配在一起，11在13侧略突出以便与铝电解槽散热孔壁更好地接触，11在12侧与12平齐以便安装冷却模块。金属材料11选用导热系数为236W.m^-1.K^-1的铝板以提高集热效率，尺寸为200mmX100mmX35mm；耐高温阻燃绝缘材料12选用导热系数为0.012W.m^-1.K^-1的纳米超效绝热材料；耐高温阻燃绝缘材料13选用型号为FBR的特种耐高温阻燃绝缘材料，工作温度380～450℃。

为提高冷却效率，降低发电模块冷面温度，本实用新型选用换热系数为25W.m^-2.℃^-1的高密度散热器14，尺寸为200mmX120mmX56mm。采用压力为0.5MPa速度20m/s的压缩空气进行冷却。冷却模块结构如图5所示，散热器与高导热模块中的金属材料11和耐高温隔热材料12相接，压缩空气通过开有小孔的风管E从侧部对散热器进行冷却，以降低散热器的温度，提高温差发电模块高温面与低温面之间的温度差。

温差发电模块17选用TEP1-1264-1.5和TEP1-12656-0.8两种型号的发电器件，它们的尺寸分别为0mmX40mmX3.4mm和56mmX56mmX5.1mm，输出电压为(0.042ΔT)V(ΔT为温差发电模块高温面与低温面之间的温度差)，内阻分别为1.6欧姆和3.2欧姆。根据散热孔结构，通过串并联方式以保证有效的发电面积，输出负载所需功率。电能引出与应用模块利用导线将发电模块发出的电能引出，通过稳压电路输出12V直流电压以供负载使用。

电解槽散热孔废热发电装置的几何尺寸为350mmX260mmX260mm。

Claims (4)

1.一种铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，包括高导热模块、温差发电模块、冷却模块和电能引出与应用模块；高导热模块与温差发电模块的高温面相接，温差发电模块的低温面与冷却模块相接，温差发电模块的电能输出端与所述的电能引出与应用模块相接。

2.根据权利要求1所述的铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，所述的高导热模块由金属材料层、耐高温隔热材料层和耐高温阻燃绝缘材料层叠装而成。

3.根据内容1所述的铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，温差发电模块的有效导热面积占铝电解槽散热孔壁面积的20％～80％。

4.根据内容1所述的铝电解槽散热孔废热发电装置，其特征在于，所述的铝电解槽散热孔废热发电装置几何尺寸为：长介于100～450mm、宽介于80～300mm、高介于80～300mm。

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