[發明專利]從鋁電解槽提取熱的方法和裝置

有效

• 申請號: 200980143062.5
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN102203325A
• 公開（公告）日: 2011-09-28
• 發明（設計）人: S·約爾文;Y·拉達姆;B·P·莫克斯內斯;P·納克薩;A·索爾海姆
• 申請（專利權）人: 諾爾斯海德公司
• 主分類號: C25C3/12
• 分類號: C25C3/12;C25C3/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 王初

技術領域

本發明涉及從用于生產鋁的電解槽提取熱的方法和裝置。具體地說，本發明涉及通過沿著陽極靶莖向上的熱傳導對陽極/棒/軛部組件的冷卻，以及對這種冷卻效果的增強和控制。

背景技術

鋁電解槽中的陽極組件由陽極靶莖(anode?stem)(導桿(rod))、具有棒(突出部)的陽極軛部和碳陽極塊組成。靶莖的上端通過夾具附連到陽極桿(beam)，并且其下端與陽極軛部相連。棒與陽極碳塊成為一體。陽極靶莖可以由鋁或者銅制成，而軛部由鋁、銅制成或者象通常那樣由鋼制成。棒由鋼制成。靶莖與軛部之間的電和機械連接由雙金屬板構建。將棒緊固在碳塊中的孔內的一種傳統方式是通過鑄鐵。

除了給陽極供應電流以及給陽極桿提供機械連接，因此將陽極固定在其正確的位置上之外，陽極靶莖在電解槽的能量平衡中起重要的作用。輸入到電解槽的電能的大約50％損失為熱。上至50％的熱損失發生在電解槽的頂部，并且其大部分還是通過陽極。

通常，對于300kA的電解槽而言大約6-7kW的熱從電解質起、通過每個陽極碳塊并且向上傳導。其一部分通過陽極頂部上的陽極覆蓋材料，但是大部分熱(每個陽極大約5kW)通過棒傳導并且進入到軛部中。然后大約4kw通過電磁輻射和對流熱傳遞從軛部和棒消散掉，而剩余的1kW傳導到陽極導桿中。傳導到陽極導桿中的一部分熱消散到頂部外皮(top?crust)與上部結構之間的氣體中，并且另一部分消散到上部結構外部。

鋁電解槽內的能量平衡是非常需要慎重考慮的。極端重要的是正確地保持能量平衡，因為電解槽操作嚴重依賴于在電解槽的內壁處具有一層凍結的電解質以保護內層(lining)。當在現有的電解電池列(potline)中增加安培數時，必須采取許多行動來適應于更高的電流。眾所周知的措施是使用具有高導電性的碳陰極，適應更大的(更長的)陽極，通過使用更薄的側壁來增大電解槽腔的尺寸，并且減小陽極-陰極距離(ACD)。然而，對陽極尺寸是有上限的，并且對可以使用而不額外損失電流效率和不冒磁流體動力電解槽不穩定的風險的ACD是有下限的。從某種觀點看，只有通過保持ACD恒定并且采取措施來增加流出電解槽的熱，才可能進一步增加安培數。

正如可提出證據加以證明的那樣，增加熱損失最簡單的方式是通過在每個陽極中增加棒的數量，或者通過增大棒的直徑。除了增加熱損失之外，這種方式還具有減小陽極組件的電阻的固有益處。然而，通過棒增加熱損耗達不到與增加橫截面積成正比，并且更大的棒尺寸可能帶來陽極碎裂的問題。

從棒/軛部的增加的熱損失還將導致增高未凈化氣體(raw?gas)的溫度。為什么這是不期望的至少存在三個原因：1)如果溫度增至高于其設計的操作溫度，則會增加與干式氣體洗滌器中的過濾袋相關的維護成本，2)由于該區域中許多機電設施的緣故，保持上部結構的溫度低于某限度是重要的，3)對工作在電解槽附近的操作員可能存在增大的熱壓。因此必須通過增加吸入到電解槽中的空氣來補償額外的熱損失。然而，排氣管和氣體洗滌系統中的氣流是在鋁工廠中目前最大的質量流(例如80噸空氣/每噸鋁)，并且運輸氣體的成本與容積流的立方(cube)大致成正比。此外，增加的吸入率還將需要按比例增加與干式洗滌系統相關的設備。

對提高未凈化氣體溫度而不增大吸入率的問題的一種解決方式是通過將水霧噴到未凈化氣體管中使未凈化氣體冷卻下來，如WO2004064984中公開的那樣。與這種冷卻未凈化氣體的方式相關的一個可能的缺點是未凈化氣體管中增加的腐蝕。另外，供應給電解槽的氧化鋁中的水分將增加，這可能給環境帶來更高的HF發射。在干式氣體洗滌器前面降低溫度的一種更好的方式可能是將一個或多個熱交換器放到未凈化氣體流中。與滿是灰塵和污染的未凈化氣體中的污垢相關的問題看來得到了解決：參見WO2006009459中的描述。

可以通過主動冷卻陽極軛部來實現降低未凈化氣體溫度、以及強效增加通過陽極的熱流近來得以公開(WO2006088375)。在這個思想下，安培數增加、以及從未凈化氣體取出的熱量的可能性看來非常高。然而，在某些情況下，在電解槽的上部結構處對陽極軛部和必要設施的更改仍可能需要高得不能接受的投資。

NO318164B1公開了一種在用于鋁生產的電解槽中對惰性電極的控制方法。要解決的問題是通過遠離活躍的陽極表面傳輸熱來減少陽極材料的分解，以及通過優選保持活躍的陰極表面的溫度高于電解質的溫度來減少在該表面上的沉積形成。通過解決該問題，可以改善基于惰性電極的電解過程。

發明內容