一种铝电解烟气余热利用系统及利用方法与流程

1.本发明涉及一种余热利用系统及利用方法，尤其涉及一种铝电解烟气余热利用系统及利用方法。


背景技术：

2.从理论上来说，铝电解的直流电耗仅为6320 kwh /t
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al，但实际上，铝电解的直流电耗约为12700 kwh /t
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al，电能利用率仅为50%左右，其余电能以余热方式直接散失。其中，电解烟气余热占总余热的30~40%，因此对于电解烟气的余热利用是十分重要的。
3.铝电解烟气以二氧化碳为主要成分，以氟化物、二氧化硫、粉尘为主要污染物。电解槽出口烟气温度与电解槽集气系统、电解槽密闭情况、环境温度以及排烟量有关，一般为110~160℃。大量的热能随着电解烟气的排放散失到空气中。此外，电解烟气温度越高，则体积流量越大，电解烟气净化系统风机耗电量越高。
4.目前，对于电解烟气的余热利用主要采用换热方式，将回收的热量用于取暖和洗浴，已应用于国内多个铝厂。但是，由于换热方式可回收的热量远大于取暖和洗浴所需，且夏天和南方不需要采暖，热量没有得到充分的利用。因此，开发一种新型的电解烟气余热利用方法和系统，充分利用电解烟气余热是十分重要的。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题本发明提供一种铝电解烟气余热利用系统及利用方法，目的是可以充分利用电解烟气余热，从而提高铝电解能源利用率，降低铝电解碳排放。
6.为达上述目的，本发明是这样实现的：一种铝电解烟气余热利用系统，其特征在于包括集气系统、烟气-有机工质换热系统和发电系统；烟气通过集气系统进行烟气收集，烟气再通过烟气-有机工质换热系统与有机介质进行换热，而后有机介质进入发电系统进行发电。
7.所述的集气系统包括电解槽和与电解槽连接的电解烟气烟管，电解槽进行密封，电解槽为上烟道集气结构，电解烟气烟管进行管道保温。
8.所述的电解槽密封采用耐高温、耐腐蚀、强度柔软度高，使用周期长的密封材料，在电解槽阳极导杆和水平罩夹缝之间，槽门与门形立柱之间，角部密封罩与水平罩之间，角部密封罩与侧部密封罩之间，角部密封罩与门型立柱之间和弧形密封罩之间进行密封，提高电解槽的密闭率。
9.所述的电解烟气烟管进行管道保温为在管道内或管道外部设置保温材料。
10.所述的烟气-有机工质换热系统为换热器，换热器上设有烟气进口、烟气出口、有机工质进口和有机工质出口，有机工质在换热器内利用烟气的热量进行加热，得到高温高压有机蒸汽。
11.所述的发电系统包括与有机工质蒸汽管道连接的膨胀机，膨胀机的出口与冷凝器连接，冷凝器的出口与工质泵连接，工质泵与有机工质液体管道连接，有机工质液体管道与
有机工质进口，有机工质出口与有机工质蒸汽管道连接，工质泵为绝热增压设备。
12.所述的冷凝器上设有冷凝水进水管和冷凝水出水管，冷凝水在冷凝器中与有机工质进行换热。
13.所述的高温高压有机工质蒸汽推动膨胀机做功，膨胀机将动力输出到发电机输出电能，高温高压的有机工质蒸汽经过绝热膨胀后变为低温低压的有机工质蒸汽。
14.一种铝电解烟气余热利用系统的利用方法，将电解槽产生的烟气通过电解烟气烟管送到换热器与有机工质进行换热，将有机工质加热成高温高压有机蒸汽，高温高压有机蒸汽进入到带动膨胀机做功，膨胀机将动力输出到发电机进行发电，高温高压有机蒸汽经过绝热膨胀后从膨胀机出口排出低温低压的有机蒸汽，低温低压的有机蒸汽进入冷凝器，经过冷凝水换热，将有机蒸汽冷凝至液态，经过工质泵加压，送回换热器循环使用。
15.所述从电解槽出口至换热器前的电解烟气烟管内电解烟气温度下降不超过5℃；在冷凝器内低温低压的有机蒸汽被冷凝水等压冷凝至液态，高温高压有机蒸汽为低沸点。
16.本发明的优点效果：本发明采用上烟道集气结构，对电解槽密封，使电解烟气集气效率高，较传统的电解槽出口电解烟气量小，电解烟气温度高。经过换热后的电解烟气量减小，烟气温度低，不仅有利于提高电解烟气净化系统布袋使用寿命，减少脱硫水耗，还有利于降低电解烟气净化系统主引风机风量风压，从而降低电解烟气净化系统电耗。电解烟气余热得到充分利用，转化为电能，可以方便的用于铝电解厂各个工序，有效提高铝电解能源利用率。电解烟气的余热利用不受地域和热能总量限制，可以方便的应用于各个地域的铝电解厂。
附图说明
17.图1是本发明的流程示意图。
18.图中：1、电解槽；2、电解烟气烟管；3、换热器；4、膨胀机；5、发电机；6、冷凝器；7、工质泵；8、有机工质蒸汽管道；9、冷凝水进水管；10、有机工质液体管道；11、冷凝水出水管。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明加以详细描述，但本发明的保护范围不受示意图所限。
20.如图所示，本发明一种铝电解烟气余热利用系统，包括集气系统、烟气-有机工质换热系统和发电系统；烟气通过集气系统进行烟气收集，烟气再通过烟气-有机工质换热系统与有机介质进行换热，而后有机介质进入发电系统进行发电。
21.所述的集气系统包括电解槽1和与电解槽接的电解烟气烟管2，电解槽1进行密封，电解槽1为上烟道集气结构，电解烟气烟管2进行管道保温。
22.所述的电解槽1密封采用耐高温、耐腐蚀、强度柔软度高，使用周期长的密封材料，本实施例采用陶瓷纤维布。在电解槽阳极导杆和水平罩夹缝之间，槽门与门形立柱之间，角部密封罩与水平罩之间，角部密封罩与侧部密封罩之间，角部密封罩与门型立柱之间和弧形密封罩之间进行密封，提高电解槽的密闭率。
23.所述的电解烟气烟管2进行管道保温为在管道内或管道外部设置保温材料。
24.所述的烟气-有机工质换热系统为换热器3，换热器3上设有烟气进口、烟气出口、有机工质进口和有机工质出口，有机工质在换热器3内利用烟气的热量进行加热，得到高温
高压有机蒸汽。
25.所述的发电系统包括与有机工质蒸汽管道8连接的膨胀机4，膨胀机4的出口与冷凝器6连接，冷凝器6的出口与工质泵7连接，工质泵7与有机工质液体管道10连接，有机工质液体管道10与有机工质进口，有机工质出口与有机工质蒸汽管道8连接，工质泵7为绝热增压设备。
26.所述的冷凝器6上设有冷凝水进水管9和冷凝水出水管11，冷凝水在冷凝器6中与有机工质进行换热。
27.所述的高温高压有机工质蒸汽推动膨胀机4做功，膨胀机4将动力输出到发电机5输出电能，高温高压的有机工质蒸汽经过绝热膨胀后变为低温低压的有机工质蒸汽。
28.一种铝电解烟气余热利用系统的利用方法，将电解槽1产生的烟气通过电解烟气烟管2送到换热器3与有机工质进行换热，将有机工质加热成高温高压有机蒸汽，高温高压有机蒸汽进入到带动膨胀机4做功，膨胀机4将动力输出到发电机5进行发电，高温高压有机蒸汽经过绝热膨胀后从膨胀机4出口排出低温低压的有机蒸汽，低温低压的有机蒸汽进入冷凝器6，经过冷凝水换热，将有机蒸汽冷凝至液态，经过工质泵7加压，送回换热器循环使用，从换热器3出来的烟气送到净化系统。
29.所述从电解槽1出口至换热器前的电解烟气烟管2内电解烟气温度下降不超过5℃；在冷凝器6内低温低压的有机蒸汽被冷凝水等压冷凝至液态，高温高压有机蒸汽为低沸点。
30.电解槽经过密封和电解烟气烟管保管处理后，烟气温度达到120-180℃，高温高压有机蒸汽的温度达到90-120℃，压力1-2mpa，从换热器出来的烟气体积减少5-20%，从换热器出来的烟气温度下降30-80℃。