CN212837985U - 一种电解铝槽边壁余热回收*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电解铝槽边壁余热回收***，所述***包括水闭式循环子***以及有机朗肯循环子***，所述水闭式循环子***与所述有机朗肯循环子***中的蒸发器连接；所述水闭式循环子***设置在电解铝槽边壁上，用于与所述电解铝槽边壁进行热交换；所述有机朗肯循环子***用于通过所述蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***中的发电机发电，并将所述蒸汽降温降压凝结后，向所述蒸发器输送，以重新进入下次吸热‑放热循环。本实用新型可以实现对电解铝槽边壁余热进行回收利用，同时利用所述热电转换模块将部分余热直接转化为电能，进而提高***整体回收效率。

Description

一种电解铝槽边壁余热回收***

技术领域

本实用新型涉及节能技术领域，尤其涉及的是一种电解铝槽边壁余热回收***。

背景技术

我国目前的电解铝产能为每年3000多万吨，多采用电解法生产，生产时电解槽内温度高达950℃-970℃。电解铝生产工艺要求电化学反应必须在均匀稳定的工作温度下进行，故电解槽四周布置有一定的散热区域进行散热，以保证槽内温度稳定。在生产过程中电解槽的边壁温度可高达300℃ -350℃，主要以辐射和自然对流的形式向车间散热，夏季两电解铝槽间过道的温度常常在60℃以上，工人的工作环境极其恶劣，同时大量的电能以热能的形式散失，造成了大量的能源浪费。

目前仅有少数电解铝企业对铝电解槽烟气中的余热进行回收，一般在烟道上安装管壳式热交换器，热交换器管内一般为水，利用烟气余热对水进行加热，热水供洗浴或者供暖，进而实现用余热的回收和利用。烟气中的余热一般仅为电解铝槽余热的30％左右，另外约有70％的余热没有得到回收和利用，造成能源的严重浪费。

因此，现有技术还有待改进和发展。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电解铝槽边壁余热回收***，旨在解决现有技术中的对于电解铝槽余热利用率不高的问题。

本实用新型解决问题所采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供一种电解铝槽边壁余热回收***，其中，所述***包括水闭式循环子***以及有机朗肯循环子***，所述水闭式循环子***与所述有机朗肯循环子***中的蒸发器连接；

所述水闭式循环子***的换热单元安装于电解铝槽边壁上，用于与所述电解铝槽边壁进行热交换；

所述有机朗肯循环子***用于通过所述蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***中的发电机发电，并将所述蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器再次蒸发，开始下一次循环。

在一种实施方式中，所述水闭式循环子***包括设置在所述电解铝槽边壁上热交换单元；沿着所述电解铝槽边壁设置且与所述热交换单元连接的进水管以及出水管；与所述进水管连接的第一泵，所述第一泵通过管路与所述蒸发器连接；所述出水管与所述蒸发器连接。

在一种实施方式中，所述热交换单元设置有多个，且流入各个热交换单元的进水管并联连接，流出各个热交换单元的出水管并联连接。

在一种实施方式中，所述水闭式循环子***采用水作为换热工质，水由所述进水管流入，由所述出水管流出。

在一种实施方式中，所述水闭式循环子***的管路中的水温低于 100℃。

在一种实施方式中，所述热交换单元与所述电解铝槽边壁之间还设置有热电模块，所述热电模块用于利用所述热交换单元与所述所述电解铝槽边壁之间的温差将热能直接转化成电能。

在一种实施方式中，所述有机朗肯循环子***还包括：与所述蒸发器通过管路连接的透平；与所述透平连接的发电机；与所述透平通过管路连接的冷凝器；与所述冷凝器通过管路连接的第二泵；所述第二泵通过管路与所述蒸发器连接。

在一种实施方式中，所述有机朗肯循环子***中的有机循环工质采用低温工质。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过在电解铝槽边壁上设置水闭式循环子***，通过所述水闭式循环子***中的循环水从所述电解铝槽边壁上吸收热量升温，循环至蒸发器后，在蒸发器内加热有机朗肯循环子***内的低温有机循环工质，然后利用所述蒸发器产生的蒸汽，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，并驱动所述发电机发电，实现对电解铝槽边壁余热进行回收利用，利用效率高。并且本实用新型中的所述有机朗肯循环子***还将所述蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器，再次蒸发吸热，进而达到循环换热目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的电解铝槽边壁余热回收***的结构示意图。

图2是本实用新型实施例提供的电解铝槽边壁余热回收***中的热交换器中的布置示意图。

图3是图2中A的剖面图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

由于现有技术中在对电解铝槽的余热进行回收时，主要对烟气中的余热进行回收，也仅用于供热或者洗浴。然而，烟气中的余热一般仅为电解铝槽余热的30％左右，另外约有70％的余热没有得到回收和利用。总体看，电解铝行业耗电量约占全国发电量的5％，有约一半左右的用电消耗以热能形式损失，电解铝行业的余热浪费依然十分严峻。

为了解决现有技术的问题，本实施例提供一种电解铝槽边壁余热回收***，具体如图1中所示，所述***包括：水闭式循环子***100以及有机朗肯循环子***300，所述水闭式循环子***100与所述有机朗肯循环子***300中的蒸发器200连接。本实施例中的有机朗肯循环子***300是利用有机朗肯循环的工作原理来实现将热能转换为电能。有机朗肯循环的工作原理为：将低温有机工质加热成具有一定温度和压力的蒸汽，然后进入膨胀机推动转子做工，同时降温降压。因此在本实施例中，所述水闭式循环子***100设置在电解铝槽10的边壁上，用于与所述电解铝槽10边壁进行热交换，也就是说，本实例中的水闭式循环子***100会从所述电解铝槽10的边壁上吸取热量，然后将热量通过循环水将热量输送至蒸发器200，蒸发器200 中的低温有机工质就会吸收所述水闭式循环子***100的热量转变成蒸汽。由于本实施例中的有机朗肯循环子***300也是和蒸发器200连接的，因此所述有机朗肯循环子***300的低温有机工质在所述蒸发器的加热作用下产生蒸汽，可以利用蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***300中的发电机 400，以使得该发电机400发电，从而实现将热能转化成电能，供工厂生产使用或者送入电网，实现对电解铝槽10的余热的利用，比现有技术对余热的利用率更高，并且本实施例中是将热能转化成其他形式的能量(即电能)，而不仅仅是现有技术中的那样，只是对热量进行收集(即用于供热或洗浴)，而并没有实现热能的转化。

进一步地，由于本实施例中的有机朗肯循环子***300本身也是一个循环***，因此该有机朗肯循环子***300还会将所述蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器200，在所述蒸发器200中重新被所述水闭式循环子***100 产生的热量加热蒸发，即进入下一次循环，进而实现循环换热。

具体地，如图1中所示，在本实施例中，所述水闭式循环子***100包括设置在所述电解铝槽10边壁上热交换单元20(如图2中所示)；沿着所述电解铝槽10边壁设置且与所述热交换单元20连接的进水管30以及出水管 40；与所述进水管30连接的第一泵50，所述第一泵50通过管路与所述蒸发器200连接；所述出水管40与所述蒸发器200连接。从图1和图2中可以看出，所述水闭式循环子***100是一个闭路循环***。所述水闭式循环子*** 100中的工质是循环水，进水管30和出水管40是环绕着电解铝槽10边壁设置的，水由第一泵50提供循环压力，然后水从进水管30流入至热交换器20中 (图1和图2中的箭头方向即为水流方向)，由于所述热交换器20是设置在所述电解铝槽10边壁上，就可以从所述电解铝槽10边壁吸收热量，实现热交换，然后再从所述出水管40流出并流向蒸发器200中，使得蒸发器200可以吸收到水的热量，便于对蒸发器200中的有机循环工质加热，以产生蒸汽，从而驱动有机朗肯循环子***300中的发电机400发电，然后水又回到第一泵50，有所述第一泵50控制水从进水管30进入热交换器20中，实现循环换热。当然，为了更好地实现热交换，本实施例中的所述热交换器20、进水管30以及出水管40均与电解铝槽10边壁贴合设置或者设置的间隙较小，避免热量散失，最大量地被所述热交换器20吸收。

在一种实现方式中，所述热交换器20设置有多个，并且流入各个热交换单元20的进水管30并联连接，流出各个热交换单元20的出水管40并联连接。如图2中所示，本实施例在所述电解铝槽10边壁上设置多个热交换器20，且每一个热交换器20均通过管路与所述进水管30以及所述出水管40连接，这样就可以单独控制各个热交换单元20的循环流量，从而在保证水始终为液态。本实施例中的各个热交换单元20均分别与进水管30和出水管40相连，形成彼此并联的连接结构，相较于串联连接，并联连接可保证各个热交换单元20的循环流量可单独控制，换热均匀性和总体换热效能更高，并能保证电解铝槽10各处温度的相对均匀。由于本实施例的水闭式循环子***100 是用水作为换热工质，主要考虑到电解铝槽周围有操作工人，如果以高温高压蒸汽作为换热工质，管路内的水低于100℃，一旦出现泄漏，可能会对工人生命安全产生威胁，同时水的比热容大，相同温升下较其他工质携带的热量大。

需要说明的是，本实施例并不对所述热交换器20的形状、尺寸、材料进行限定，所述热交换器20的形状、尺寸、材料均可依据实际情况进行调整，各种类型的热交换器20均在保护范围中。

进一步地，本实施例中的所述热交换单元20与所述电解铝槽10边壁之间还设置有热电模块60，如图2和图3中所示，由于所述热电模块60设置在所述热交换单元20与所述电解铝槽10边壁之间，当热交换器20从所述电解铝槽10边壁吸收热量后，所述热电模块60用于利用所述热交换单元20与所述所述电解铝槽10边壁之间的温差，直接将热能转化成电能，可以提高***的整体热电转换效率。同样的，本实施例并不对所述热电模块60的形状、尺寸、材料进行限定，所述热电模块60的形状、尺寸、材料均可依据实际情况进行调整，各种类型的热电模块60均在保护范围中。

本实施例中的所述有机朗肯循环子***300还包括：与所述蒸发器200 通过管路连接的透平70；与所述透平70通过管路连接的冷凝器80；与所述冷凝器80通过管路连接的第二泵90；所述第二泵90通过管路与所述蒸发器 200连接，所述透平70与所述发电机400连接。本实施例中的透平70是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮。当所述蒸发器200通过向所述透平70发送，驱动所述透平70转动，进而通过所述透平70带动所述发电机400工作，实现发电。由于所述透平70是被蒸汽驱动的，蒸汽经过所述透平70后，流向所述冷凝器80，进而经过所述冷凝器80的降温冷凝作用，凝结成液态工质，然后再由所述第二泵90向送至蒸发器200，在所述蒸发器200中重新被所述水闭式循环子***100产生的热量加热蒸发进入下一次循环，进而实现循环换热。

有机朗肯循环的工作原理为：将低温工质加热成高温高压的蒸汽，然后进入膨胀机推动转子做工，同时降温降压。本实施例中即是提供给蒸汽去驱动所述透平70转动。本实施例中的所述有机朗肯循环子***300中采用低温有机工质，如R123(氟利昂123)，该低温工质在蒸发器20吸收来自水闭式循环子***100排热后升温蒸发，然后进入透平70膨胀做功带动发电机 400发电，降温降压后进入冷凝器降温凝结，然后被第二泵90再次送至蒸发器300进行下一次循环。

可见，本实施例通过在电解铝槽边壁上设置水闭式循环子***，通过所述水闭式循环子***中的循环水从所述电解铝槽边壁上吸收热量升温，循环至蒸发器后，在蒸发器内加热有机朗肯循环子***内的低温有机循环工质，然后利用所述蒸发器产生的蒸汽，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，并驱动所述发电机发电，实现对电解铝槽边壁余热进行回收利用，利用效率高。并且本实用新型中的所述有机朗肯循环子***还将升温蒸发后的有机循环工质降温降压凝结后，返回所述蒸发器，再次蒸发吸热，进而达到循环换热目的。

基于上述实施例，本实用新型还提供电解铝槽边壁余热回收方法，具所述方法包括以下步骤：

设置在电解铝槽边壁上的水闭式循环子***中的循环水从所述电解铝槽边壁吸收热量，并输送至有机朗肯循环子***中的蒸发器；

与所述水闭式循环子***连接的蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***中的发电机发电；

所述有机朗肯循环子***将升温蒸发后的有机循环工质所述蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器，再次蒸发，开始下一次循环。

具体地，本实施例通过所述水闭式循环子***中的循环水从所述电解铝槽边壁上吸收热量，并向蒸发器输送，然后通过有机朗肯循环子***利用所述蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述发电机发电，实现对电解铝槽边壁余热进行回收利用，利用效率高。并且本实用新型中的所述有机朗肯循环子***内的所述有机工质蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器，以重新进入下次循环，达到循环换热目的。此外，本实施例中的所述水闭式循环子***包括设置在所述电解铝槽边壁上热交换单元，所述热交换单元与所述电解铝槽边壁之间还设置有热电模块；所述热电模块通过利用所述热交换单元与所述所述电解铝槽边壁之间的温差将热能转化成电能，可以提高***的整体热电转换效率。

综上所述，本实用新型公开了一种电解铝槽边壁余热回收***，所述***包括：水闭式循环子***、蒸发器以及有机朗肯循环子***，所述水闭式循环子***通过所述蒸发器与所述有机朗肯循环子***连接；所述水闭式循环子***设置在电解铝槽边壁上，用于与所述电解铝槽边壁进行热交换；所述有机朗肯循环子***用于通过所述蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***中的发电机发电，并将所述蒸汽降温降压凝结后，向所述蒸发器输送，以重新进入下次循环。本实用新型通过所述水闭式循环子***从电解铝槽边壁上吸收热量，并向蒸发器发送，然后通过有机朗肯循环子***利用蒸发器产生的蒸汽来驱动发电机发电，实现对电解铝槽边壁余热进行回收利用，且回收效率高。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述***包括水闭式循环子***以及有机朗肯循环子***，所述水闭式循环子***与所述有机朗肯循环子***中的蒸发器连接；

所述水闭式循环子***设置在电解铝槽边壁上，用于与所述电解铝槽边壁进行热交换；

所述有机朗肯循环子***用于通过所述蒸发器吸收所述水闭式循环子***的热量后，使得所述蒸发器中的有机循环工质升温蒸发，产生蒸汽来驱动所述有机朗肯循环子***中的发电机发电，并将所述蒸汽降温降压凝结后，返回所述蒸发器再次蒸发，开始下一次循环。

2.根据权利要求1所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述水闭式循环子***包括设置在所述电解铝槽边壁上热交换单元；沿着所述电解铝槽边壁设置且与所述热交换单元连接的进水管以及出水管；与所述进水管连接的第一泵，所述第一泵通过管路与所述蒸发器连接；所述出水管与所述蒸发器连接。

3.根据权利要求2所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述热交换单元设置有多个，且流入各个热交换单元的进水管并联连接，流出各个热交换单元的出水管并联连接。

4.根据权利要求2所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述水闭式循环子***采用水作为换热工质，水由所述进水管流入，由所述出水管流出。

5.根据权利要求4所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述水闭式循环子***的管路中的水温低于100℃。

6.根据权利要求2所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述热交换单元与所述电解铝槽边壁之间还设置有热电模块，所述热电模块用于利用所述热交换单元与所述电解铝槽边壁之间的温差将热能直接转化成电能。

7.根据权利要求1所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述有机朗肯循环子***还包括：与所述蒸发器通过管路连接的透平；与所述透平连接的发电机；与所述透平通过管路连接的冷凝器；与所述冷凝器通过管路连接的第二泵；所述第二泵通过管路与所述蒸发器连接。

8.根据权利要求7所述的电解铝槽边壁余热回收***，其特征在于，所述有机朗肯循环子***中的有机循环工质采用低温工质。

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