[發明專利]一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發電系統

無效

• 申請號: 201110210144.6
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102287245A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 程珩;陳恩鑒
• 申請（專利權）人: 北京世紀源博科技有限責任公司
• 主分類號: F01K27/02
• 分類號: F01K27/02;F01K11/02;F01K25/10;F01D15/10;C25C3/06
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司 11003
• 代理人: 尹振啟;馬知非

技術領域

本發明涉及一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發電系統。

背景技術

目前，通常采用電解鋁，即冰晶石—氧化鋁融鹽電解法生產金屬鋁。其中，熔融冰晶石作為溶劑，氧化鋁作為溶質，在950℃~970℃溫度范圍內，使用碳質材料的陽極和陰極對其進行電解。通入直流電后，鋁液集中在陰極上，而氧則向陽極移動；在電解過程中，陽極還會產生副反應，陽極副反應的主要產物為高溫煙氣，該高溫煙氣中的主要成分二氧化碳和一氧化碳氣體，由于其中一氧化碳的含量較高，該高溫煙氣也被稱作電解煤氣；另外，高溫煙氣中還會含有一定量的氟化氫等有害氣體和固體粉塵等雜質。使用電解方法生產金屬鋁的能耗很高，生產中的能源消耗所產生的成本占電解鋁成本40%以上。平均噸鋁的耗電量約為14,000?度。所以，一直以來，節能減排都是電解鋁行業發展的一個重要的戰略目標。

在現有的電解鋁生產設備中，在電解鋁生產過程中并沒有設置高溫煙氣回收和再利用的裝置。并且，為了避免由陽極排出的高溫煙氣溫度過高而對后續設備造成的損害，均在高溫煙氣排入到后續設備之前，通過向高溫煙氣中引入大量冷空氣使其降溫，使高溫煙氣冷卻變為低溫煙氣。所以，現有技術中所利用的電解鋁余熱資源主要是這種低溫煙氣所含有的余熱。根據理論計算，每噸鋁的電解煤氣生產量為1,000?m³左右，但實際生產中，由于大量冷空氣的混入，使高溫煙氣中的CO與空氣發生反應，燃燒生成的煙氣量為125,200m³/t（約為理論值的100余倍），可見過量空氣系數非常大。

顯然，在現有技術中，由于鋁電解槽中均未配置高溫煙氣余熱回收系統。鋁電解過程中所蘊含巨大的余熱資源并未得到有效利用。以現有的年產5萬噸電解鋁車間200kA系列電解槽為例，主煙道煙氣參數：100℃，300,000m³/h，可上述直接利用低溫煙氣采用有機工質循環余熱發電裝機約600kW，功率太小，經濟效益太差，無法實際應用。究其原因是該方案的設計者未考慮到煙氣溫度低的原因是由于混入了大量冷空氣造成的，而只是被動的接受該余熱源條件，是一種消極的余熱利用方式。

發明內容

為解決現有技術中電解鋁設備余熱無法有效回收利用的問題，本發明提供一種鋁電解槽煙氣余熱發電系統，該發電系統利用鋁電解池中陽極高溫煙氣的余熱進行發電，通過在電解槽中加裝煙氣分離裝置，將高溫的陽極副反應產生的高溫煙氣與混入的低溫冷空氣分離，提取出溫度為400℃~500℃的中高溫煙氣通入余熱鍋爐產生蒸汽，再利用汽輪發電機系統進行發電。

為實現上述目的，本發明提供一種帶煙氣分離裝置的鋁電解槽煙氣余熱發電系統，該煙氣余熱發電系統包括煙氣系統、余熱鍋爐系統、汽輪發電機組、電氣、控制系統；其中煙氣系統用于收集鋁電解槽陽極所產生的高溫煙氣，并將高溫煙氣送入到所述余熱鍋爐系統中，高溫煙氣在余熱鍋爐系統進行熱交換產生蒸汽，所述蒸汽進入到汽輪發電機組中進行發電；所述電氣、控制系統用于為煙氣系統、余熱鍋爐系統、汽輪發電機組提供動力和協調控制。

進一步，所述煙氣余熱發電系統還包括冷卻系統，所述冷卻系統用于將汽輪發電機組中排出的蒸汽進行冷卻，再回送至余熱鍋爐系統中，進行再次利用。

進一步，所述煙氣系統包括設置在鋁電解槽內的煙氣分離裝置、引風機、用于連接煙氣分離裝置與余熱鍋爐系統的第一煙氣管道、用于連接余熱鍋爐與引風機的第二煙氣管道，和用于連接引風機與鋁電解槽原有煙氣管道的第三煙氣管道；所述煙氣分離裝置將鋁電解槽火口罩起來，分離出來的高溫煙氣通過煙氣分離裝置和第一煙氣管道導入到余熱鍋爐系統中的余熱鍋爐中放熱；降溫后的高溫煙氣又余熱鍋爐中排出，經過第二煙氣管道，并通過引風機升壓后通過第三煙氣管道重新與鋁電解槽中的二次煙氣混合，共同進入原有后續的煙氣處理系統中，對煙氣進行進一步處理。

進一步，所述余熱鍋爐系統包括余熱鍋爐、除氧器和給水泵，其中余熱鍋爐用于利用高溫煙氣的熱量產生用于發電的蒸汽；給水泵用于為余熱鍋供水；除氧器設置在余熱鍋爐前，用于除去溶解于給水中的氧及其它氣體，防止鍋爐給水管道、省煤器和其它附屬設備的腐蝕。

進一步，所述余熱鍋爐為飽和蒸汽余熱鍋爐或過熱蒸汽余熱鍋爐。

進一步，所述汽輪發電機組包括蒸汽汽輪機和發電機；所述蒸汽汽輪機用于將所述余熱鍋爐中所產生的蒸汽中的熱能轉化為動能，進而帶動發電機輸出電能。

進一步，所述汽輪發電機組中所用的熱力循環工質可以用水，軟化水或去離子水。