一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，涉及热电设备余热回收利用技术领域。本发明专利技术的发电装置包括冷凝器(1)、第一工质泵(2)、混合器(3)、第二工质泵(4)、铝电解槽(5)、壁面换热器(6)、蒸发器(7)、低沸点工质汽轮机(8)、发电机组(10)和冷却水泵(11)，本发明专利技术的装置可以有效回收利用铝电解槽侧壁余热，适用于对现有不同级别的铝电解槽进行技术改造，且无需对原有铝电解生产系统做大的改动，系统运行时基本不影响原有生产操作，改造风险性较小。

Residual heat generating device of aluminum electrolytic tank sidewall based on organic flash circulation

The invention discloses a waste heat generating device of an aluminum electrolytic cell sidewall based on an organic flash circulation, which relates to the technical field of the waste heat recovery and utilization of the thermoelectric device. The power device of the invention comprises a condenser (1), the first refrigerant pump (2), mixer (3), the second fluid pump (4), aluminum electrolytic cell (5), the wall surface heat exchanger (6) and the evaporator (7), low boiling refrigerant steam turbine generator unit, (8) (10) and a cooling water pump (11), the device of the invention can be aluminum electrolytic tank wall heat utilization effective recovery, is suitable for the technical transformation of existing different levels of aluminum electrolytic cell, without changing the original system and the production of electrolytic aluminum, while the system is running without affecting the original production operation, transformation risk less.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热电设备余热回收利用
，具体地涉及一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置。
技术介绍
电解铝工业是电能消耗大户。截止2015年底，我国电解铝产能3720万吨，实际产量3111万吨，总耗电量占全国电能消耗总量的12％，其中超过一半的能量以电解槽热能方式直接散失于环境。有效地利用铝电解槽的余热是实现铝冶金工业节能的重要措施。铝电解槽侧壁温度在250～350℃之间，现行生产中，是将侧壁余热直接排放到大气环境中，不仅造成大量能源浪费，还造成环境热污染。为了解决铝电解槽侧部余热回收问题，现有技术主要是在电解槽侧部加装冷却装置将其热能导出再考虑其热能利用，例如挪威海德鲁铝业公司开发了一种电解槽侧部碳化硅成型冷却装置；法国彼施涅公司专利技术了一种余热回收式换热槽，其基本原理：在电解槽侧部布置大量带孔的材料层，材料层充入金属蒸气、空气等介质，来收集侧部的热量；加拿大和美国的研究人员设计了一种热管，热管被安装在电解槽侧部碳化硅材料和槽壳之间，管内充有液态介质或空气，利用其中的工质将热量导出后回收利用；国内东北大学设计了一种新型余热回收式铝电解槽，换热器被安装于侧部碳化硅层内侧，利用高温熔盐将热量导出，缺点是余热回收装置安装复杂，需要对铝电解槽进行大幅度的变动。此外，中南大学提出并试验了在电解槽侧壁加装半导体热电材料，利用温差直接发电的技术，也提出过利用热声原理进行发电的技术思路，缺点是余热发电效率不高。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供了一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置。本专利技术的装置可以有效回收利用铝电解槽侧壁余热，适用于对现有不同级别的铝电解槽进行技术改造，且无需对原有铝电解生产系统做大的改动，系统运行时基本不影响原有生产操作，改造风险性较小。为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，包括冷凝器、第一工质泵、混合器、第二工质泵、壁面换热器、蒸发器、低沸点工质汽轮机、发电机组和冷却水泵，冷凝器连接第一工质泵的入口，第一工质泵的出口与混合器相连，混合器的混合液体接口管通过第二工质泵与铝电解槽的端部设置的供液总管相连接，而供液总管与铝电解槽下部设置的供液干管及供液支管相连接，供液总管通过铝电解槽下部设置的供液母管及供液支管与壁面换热器的进液管相连接，壁面换热器的排液管通过铝电解槽下部设置的回液支管及回液母管和回液干管与铝电解槽的端部设置的回液总管相连接，而回液总管与蒸发器的进液管相连，蒸发器的排气管与低沸点工质汽轮机连接，低沸点工质汽轮机与发电机组连接，所述蒸发器的排液管通过混合器的循环液体接口管与混合器相连，并构成循环回路。进一步地，所述壁面换热器包括传热管，所述传热管为双管并列式蛇形结构传热管，所述双管并列式蛇形结构传热管包含若干层横向曲折盘绕的铜管，每层铜管的中心线在同一平面上，所有铜管均固定在肋板上，铜管的首尾端分别与入口接管、出口接管连接，所述肋板与传热管均设置在壁面换热器的壳体内部，所述入口接管和出口接管均向外延伸至壳体外部。再进一步地，所述壳体为钢板焊接而成的封闭体，所述肋板为铝制肋板，且在壳体内部的若干层铜管之间，铜管与铝制肋板之间均填充有氧化铝粉，所述壳体的外侧面板上敷设保温层。更进一步地，若干个壁面换热器通过并联的方式组成壁面换热器组件设置在铝电解槽的侧壁散热孔内，且若干个壁面换热器通过供液支管和回液支管与铝电解槽的电解槽底板下设置的供液干管、回液干管、回液母管及槽端供液母管、槽端回液母管和供液总管、回液总管构成同程式连接。更进一步地，在槽端供液母管和槽端回液母管上分别设置有管道绝缘段，在槽端供液母管上设有管道流量调节阀。更进一步地，所述蒸发器为闪蒸式蒸发器，所述闪蒸式蒸发器为钢制耐压材质的竖式罐体结构，所述蒸发器包括蒸发器罐体、设置在蒸发器罐体内部的折流板和内喷流板，所述内喷流板上开设有通孔。更进一步地，所述混合器为钢制耐压材质的卧式罐体结构，且混合器设置在第一工质泵与第二工质泵之间。更进一步地，所述低沸点工质汽轮机安装于蒸发器与冷凝器之间，所述低沸点工质汽轮机通过传动轴与发电机组相连，所述低沸点工质汽轮机为单缸单级蒸汽轮机，所述发电机组为三相同步发电机。更进一步地，所述冷凝器设置在低沸点工质汽轮机的排气出口管处，所述冷凝器为组合式板式冷凝器，组合式板式冷凝器中冷却介质为常温水，被冷却介质为循环工质，且冷却介质与被冷却介质的总体布置为逆流方式。更进一步地，所述工质为一氟二氯乙烷。有益效果：1、本专利技术利用有机朗肯循环的特点与优势，将铝电解槽侧壁余热直接转换为优质的电能而加以利用，能量转换效率相对较高，且成本相对较低。2、本专利技术所涉及的系统装置采用模块化快装方式，有较好的灵活性，且发出的电力可直接作为电解净化车间的引风机和空压站压气机的电源而加以利用。3、实施方案的通用性较好，可适用于对现有不同级别的铝电解槽进行技术改造，且无需对原有铝电解生产系统做大的改动，系统运行时基本不影响原有生产操作，改造风险性小。附图说明图1为本专利技术有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置的构造原理图；图2为图1中壁面换热器的正视图；图3为图2中壁面换热组件在铝电解槽的安装结构示意图；图4为图1中蒸发器的局部剖视图；图5为图1中混合器的局部剖视图；图中各元件的标号如下：1—冷凝器、2—第一工质泵、3—混合器、4—第二工质泵、5—铝电解槽、6—壁面换热器、7—蒸发器、8—低沸点工质汽轮机、9—传动轴、10—发电机组、11—冷却水泵、12—流量调节阀、13—止回阀、14—截止阀；15—传热管、16—壳体、17—肋板、18—入口接管、19—出口接管；20—壁面换热器组件、21—电解槽底板、22—回液母管、23—回液干管、24—供液干管、25—回液支管、26—供液支管、27—供液总管、28—回液总管、29—槽端回液母管、30—槽端供液母管、31—管道流量调节阀、32—管道绝缘段；33—排气管、34—蒸发器罐体、35—折流板、36—内喷流板：36.1—通孔、37—进液管、38—排液管；39—混合器罐体、40—循环液体接口管、41—冷凝液体接口管、42—混合液体接口管。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以下结合具体实施例进一步阐明本专利技术的主要内容，但专利技术的内容不仅仅局限于以下实施例。如图1所示，本专利技术的基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置包括冷凝器1、第一工质泵2、混合器3、第二工质泵4、铝电解槽5、壁面换热器6、蒸发器7、低沸点工质汽轮机8、传动轴9、发电机组10和冷却水泵11。其中，本实施中的混合器3优选为钢制耐压材质的卧式罐体结构，如图5所示，所述混合器3包括混合器罐体39、设置在混合器罐体39右侧上端的循环液体接口管40、设在混合器罐体39右侧的冷凝液体接口管41及混合器罐体39左侧下端的混合液体接口管42，混合器3还包括地脚及外保温层，(图5中没有体现出来)；结合图1可知，混合器3设置在第一工质泵2与第二工质泵4之间，第一工质泵2的出口与混合器3的冷凝液体接口管41相连，混合器3的混合液体接口管42与第二工质泵4的入口相接，第二工质泵4的出口通过供液管与铝电解槽5上设置的壁面换热器6相连接。如图2所示，所述壁面换热器6包括传热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，包括冷凝器(1)、第一工质泵(2)、混合器(3)、第二工质泵(4)、铝电解槽(5)、壁面换热器(6)、蒸发器(7)、低沸点工质汽轮机(8)、发电机组(10)和冷却水泵(11)，其特征在于：冷凝器(1)连接第一工质泵(2)的入口，第一工质泵(2)的出口与混合器(3)相连，混合器(3)的混合液体接口管(42)通过第二工质泵(4)与铝电解槽(5)的端部设置的供液总管(27)相连接，供液总管(27)通过铝电解槽(5)下部设置的供液母管(30)及供液支管(26)与壁面换热器(6)的进液管(18)相连接，壁面换热器(6)的排液管(19)通过铝电解槽(5)下部设置的回液支管(25)及回液母管(22)和回液干管(23)与铝电解槽(5)的端部设置的回液总管(28)相连接，而回液总管(28)与蒸发器(7)的进液管(37)相连，蒸发器(7)的排气管(33)与低沸点工质汽轮机(8)连接，低沸点工质汽轮机(8)与发电机组(10)连接，所述蒸发器(7)的排液管(38)通过混合器(3)的循环液体接口管(40)与混合器(3)相连，并构成循环回路。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，包括冷凝器(1)、第一工质泵(2)、混合器(3)、第二工质泵(4)、铝电解槽(5)、壁面换热器(6)、蒸发器(7)、低沸点工质汽轮机(8)、发电机组(10)和冷却水泵(11)，其特征在于：冷凝器(1)连接第一工质泵(2)的入口，第一工质泵(2)的出口与混合器(3)相连，混合器(3)的混合液体接口管(42)通过第二工质泵(4)与铝电解槽(5)的端部设置的供液总管(27)相连接，供液总管(27)通过铝电解槽(5)下部设置的供液母管(30)及供液支管(26)与壁面换热器(6)的进液管(18)相连接，壁面换热器(6)的排液管(19)通过铝电解槽(5)下部设置的回液支管(25)及回液母管(22)和回液干管(23)与铝电解槽(5)的端部设置的回液总管(28)相连接，而回液总管(28)与蒸发器(7)的进液管(37)相连，蒸发器(7)的排气管(33)与低沸点工质汽轮机(8)连接，低沸点工质汽轮机(8)与发电机组(10)连接，所述蒸发器(7)的排液管(38)通过混合器(3)的循环液体接口管(40)与混合器(3)相连，并构成循环回路。2.根据权利要求1所述的基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，其特征在于：所述壁面换热器(6)包括传热管(15)，所述传热管(15)为双管并列式蛇形结构传热管，所述双管并列式蛇形结构传热管包含若干层横向曲折盘绕的铜管，每层铜管的中心线在同一平面上，所有铜管均固定在肋板(17)上，铜管的首尾端分别与入口接管(18)、出口接管(19)连接，所述肋板(17)与传热管(15)均设置在壁面换热器(6)的壳体(16)内部，所述入口接管(18)和出口接管(19)均向外延伸至壳体外部。3.根据权利要求2所述的基于有机闪蒸循环的铝电解槽侧壁余热发电装置，其特征在于：所述壳体(16)为钢板焊接而成的封闭体，所述肋板(17)为铝制肋板，且在壳体(16)内部的若干层铜管之间，铜管与铝制肋板之间均填充有氧化铝粉，所述壳体(16)的外侧面板上敷设保温层。4.根据权利要求2所述的基于有机闪蒸循环的铝电...

【专利技术属性】
技术研发人员：周乃君，赵清华，明勇，刘斌，王宇，田路泞，李威，陈爱民，顾华晶，
申请(专利权)人：武汉光谷环保科技股份有限公司，中南大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42