一种用于铝电解槽的热交换装置制造方法及图纸

一种用于铝电解槽的热交换装置，包括呈异形箱体结构的主体发电结构以及“S”型冷凝管、冷凝管架、正负极导线和低电压保温软管。主体发电结构由异形蒸汽箱、温差发电结构单元和异形冷凝液箱构成，并安装于铝电解槽槽壳的中上侧部。从异形冷凝液箱溢流至异形蒸汽箱的液体介质受热变成蒸汽进入“S”型冷凝管被冷凝为液体，并以重力自流的方式最终再流回异形蒸汽箱，进而完成介质循环。过程中铝电解槽槽壳中上侧部温度被降低，而温差发电结构单元将温差能转化为电能。将低电压保温软管与温差发电结构单元的正负极进行导线连接，低电压保温软管盘绕在铝电解槽槽壳底部，当通电发热后，即可对铝电解槽槽壳底部进行热量补偿实施保温。

A Heat Exchange Device for Aluminum Electrolysis Cell

The utility model relates to a heat exchange device for an aluminium electrolytic cell, which comprises a main power generation structure with a special-shaped box structure, a \S\ type condensation tube, a condensation pipe rack, a positive and negative conductor and a low-voltage heat preservation hose. The main power generation structure consists of a special-shaped steam box, a temperature difference power generation structure unit and a special-shaped condensate tank, and is installed on the upper and middle sides of the cell shell of an aluminium electrolysis cell. The liquid medium from the overflow of the special-shaped condensate tank to the special-shaped steam tank is heated and transformed into steam. The steam enters the \S\ condensation tube and is condensed into liquid, and finally flows back to the special-shaped steam tank by gravity self-flow, thus completing the medium circulation. In the process, the temperature of the upper and middle sides of the cell shell of aluminium reduction cell is lowered, and the thermoelectric power generation structure unit converts the thermoelectric energy into electric energy. The low voltage insulating hose is connected with the positive and negative poles of the thermoelectric generating structure unit by conductors. The low voltage insulating hose is coiled around the bottom of the cell shell of the aluminium electrolysis cell. When the electricity is heated, the heat compensation for the bottom of the cell shell of the aluminium electrolysis cell can be carried out.

【技术实现步骤摘要】
一种用于铝电解槽的热交换装置
本专利技术涉及一种用于铝电解槽的热交换装置，即一种采用沸点在150~200℃的液体作为循环介质，利用温差发电结构单元进行发电，并对盘绕在铝电解槽槽壳底部的低电压保温软管进行供电的热交换装置。其主体发电结构安装于铝电解槽槽壳侧部相邻两个摇篮架之间，降低铝电解槽槽壳侧部温度的同时，对铝电解槽槽壳底部进行保温，属于铝电解设备

技术介绍
电解铝的生产过程是利用强大直流电在电解槽内的两极间进行流通，产生950℃~970℃高温所完成的电化学反应过程。在铝电解槽中，槽帮可以保护阴极内衬及侧部碳块不被电解质和铝液侵蚀，也可以对电解槽内电解质的温度和热平衡进行自我调节。以400kA大型预备阳极铝电解槽为例，其槽壳中上侧部温度在280度以上，因此，为保证铝电解槽槽壳中上侧部温度的稳定以便于形成较好的槽膛内形，需要对铝电解槽槽壳中上侧部进行散热处理。同时，对于铝电解槽底部散热面积过大而产生的较高热损失，对铝电解槽槽壳底部进行保温也是电解铝生产过程中需要考虑并解决的问题。目前，为解决铝电解槽槽壳中上侧部散热问题以及对槽壳侧部热量进行回收，已有多种散热或热回收结构和装置被开发出来，如各种形式的散热板、风冷对流冷却装置、高低温热交换器及余热回收装置以及有机闪蒸循环余热发电装置等。单纯的散热板均是以增大铝电解槽侧部散热面积为目的设计的不同的散热结构形式，或利于于安装和拆卸，或利于安装位置的调整。风冷对流冷却、高低温热交换器及余热回收以及有机闪蒸循环余热发电等装置多为多单元较复杂结构，而且需要额外对装置中的泵、汽轮机等单元提供动力源。
技术实现思路
针对铝电解槽槽壳中上侧部需要散热、槽壳底部需要保温的问题，本专利技术提供一种用于铝电解槽的热交换装置，可以解决铝电解槽槽壳中上侧部需要散热的问题，同时可以避免槽壳中上侧部热量损失，将能量通过温差能转化为电能，带动低电压保温软管工作对铝电解槽槽壳底部进行保温。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在铝电解槽槽壳相邻两个摇篮架之间，槽壳中上侧部安装一种热交换装置，该装置为外挂“S”型冷凝管、爬梯形管架、正负极导线及低电压保温软管的异形箱体结构，可通过该热交换装置的主体发电结构与铝电解槽槽壳中上侧部的贴合面直接焊接在铝电解槽槽壳中上侧部或者通过挂架螺栓紧固方式使贴合面紧压在铝电解槽槽壳的中上侧部来进行安装。该装置包括主体发电结构、“S”型冷凝管、冷凝管架、正负极导线及低电压保温软管，主体发电结构由异形蒸汽箱、温差发电结构单元、异形冷凝液箱构成。将常压下沸点在150-200℃的液体介质灌注到主体发电结构中的异形蒸汽箱中，灌注的体积要保证液体介质能够从异形蒸汽箱背部导板上方的溢出口溢出，通过温差发电结构单元前、后绝热封板间孔通道、异形蒸汽箱内部90度折转孔通道进入异形蒸汽箱，并使异形蒸汽箱内部液面高于靠近异形蒸汽箱底部的90度折转孔通道出口。异形蒸汽箱内部的液体介质在异形蒸汽箱背部导热板的传热作用下，在200℃左右的环境温度下发生相变变成蒸汽向异形蒸汽箱上部运动，蒸汽在异形蒸汽箱内部上罩板附近汇集并从侧封板上部管孔进入“S”型冷凝管。蒸汽在“S”型冷凝管中，通过与外界空气发生热交换被重新冷凝为液体，冷凝后的液体以重力自流的方式最终再流回异形蒸汽箱，进而完成循环。而主体发电结构中的温差发电结构单元热板和冷板分别以介质蒸汽和冷凝后的液体作为热源和冷源，将温差能转化为电能。将低电压保温软管与温差发电结构单元的正负极进行导线连接，低电压保温软管盘绕在铝电解槽槽壳底部，当通电发热后，可对铝电解槽槽壳底部进行热量补偿和保温。上述主体发电结构，按与铝电解槽槽壳的距离由近及远依次为异形蒸汽箱、温差发电结构单元、异形冷凝液箱，其中异形蒸汽箱背部导热板紧压贴合在铝电解槽槽壳的中上侧部。上述异形蒸汽箱直接接触并被紧压贴合固定在铝电解槽槽壳的中上侧部。由背部导热板、前导热板、前绝热封板、上罩板、底封板及两个侧封板构成的异形箱体结构，其中一侧的侧封板紧靠上部的位置开有管孔，用来连接“S”型冷凝管。异形蒸汽箱各板间以及侧封板上部管孔与“S”型冷凝管之间的缝隙均做密封处理。异形蒸汽箱的背部导热板、前导热板、前绝热封板、上罩板和底封板呈方形，并具有相同的长度。异形蒸汽箱的背部导热板和前导热板使用的是具有高热传导系数的材料。该热交换装置的主体发电结构与铝电解槽槽壳中上侧部的唯一贴合面是异形蒸汽箱背部导热板；异形蒸汽箱前导热板位于异形蒸汽箱背部导热板的前方，其所在平面与背部导热板平行，但前导热板的上边界高于背部导热板的上边界；异形蒸汽箱的上罩板连接于异形蒸汽箱的前导热板和背部导热板的上边界之间，与背部导热板呈倾斜角度，当蒸汽在异形蒸汽箱内部上方空间汇集时，更有利于蒸汽向前导热板传热；异形蒸汽箱的前绝热封板的上边界与前导热板的下边界相连接，相比于前导热板，前绝热封板的下边界与背部导热板的距离更远，即异形蒸汽箱的前绝热封板所在平面与前导热板呈一定角度，使整个异形蒸汽箱内部在前后距离上呈现上小下大的空间；异形蒸汽箱的底封板连接于异形蒸汽箱的前绝热封板和背部导热板的下边界之间，垂直于背部导热板；异形蒸汽箱的两个侧封板垂直于背部导热板，并用于背部导热板、前导热板、前绝热封板、上罩板和底封板之间所形成空间的侧封闭。异形蒸汽箱的前绝热封板长度方向的中点处有一长方形孔，该长方形孔与热交换装置的温差发电结构单元前、后绝热封板之间孔通道对应并连接，连接处缝隙做密封处理。以前绝热封板的长方形孔为边界先沿平行于异形蒸汽箱底封板的方向，再沿垂直于异形蒸汽箱底封板的方向构建90度折转孔通道，通道周壁做密封处理。该90度折转孔通道远离异形蒸汽箱的背部导热板，且通道端口靠近异形蒸汽箱的底封板，保证端口在异形蒸汽箱内的液面下方，即利用液封作用来防止产生的蒸汽进入该90度折转孔通道。垂直于异形蒸汽箱底封板方向一侧通道的横截断面呈条缝状，条缝的宽度尽可能窄，保证液体能够顺着条缝状通道内壁流下即可。当沸点在150~200℃的液体介质通过异形蒸汽箱内部的90度折转孔通道进入异形蒸汽箱时，通过异形蒸汽箱背部导热板的传热，使液体介质发生相变变成蒸汽向异形蒸汽箱上部运动，蒸汽在异形蒸汽箱内部上罩板附近出汇集并从侧封板上部管孔进入“S”型冷凝管。同时，由于异形蒸汽箱背部导热板对热量的传递，铝电解槽槽壳中上侧部的温度也将降低。上述温差发电结构单元是由冷板、热板、前绝热封板以及背部绝热封板组成的斜平板结构，温差发电电子元件位于两个绝热封板间。温差发电结构单元的热板是与异形蒸汽箱前导热板形状相同的半导体制平板，且与异形蒸汽箱前导热板边界完全吻合并固化为具有高效热传导的一体化热导结构；温差发电结构单元的背部绝热封板是与异形蒸汽箱前绝热封板形状相同的平板，与异形蒸汽箱前绝热封板边界完全吻合并固化为一体；温差发电结构单元的前绝热封板与背部绝热封板平行，形状相同，但前绝热封板的上边界与温差发电结构单元热板的上边界连接；温差发电结构单元的冷板与热板平行，且与热板形状、材质相同，但冷板的上、下边界分别连接于温差发电结构单元前绝热封板的下边界以及背部绝热封板的下边界，且与异形冷凝液箱背部导板固化为一体化冷导结构。即温差发电结构单元的前绝热封板和背部绝热封板间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铝电解槽的热交换装置，是一种包括主体发电结构以及“S”型冷凝管、冷凝管架、正负极导线和低电压保温软管的异形箱体结构装置，主体发电结构由异形蒸汽箱、温差发电结构单元和异形冷凝液箱构成，并安装于相邻两个摇篮架之间的铝电解槽槽壳的中上侧部。

【技术特征摘要】
1.一种用于铝电解槽的热交换装置，是一种包括主体发电结构以及“S”型冷凝管、冷凝管架、正负极导线和低电压保温软管的异形箱体结构装置，主体发电结构由异形蒸汽箱、温差发电结构单元和异形冷凝液箱构成，并安装于相邻两个摇篮架之间的铝电解槽槽壳的中上侧部。2.根据权利要求1所述的一种用于铝电解槽的热交换装置，其特征是：装置内部灌注的液体循环介质，其沸点在150~200℃，以保证其在异形蒸汽箱内部受到铝电解槽槽壳中上侧部热量的作用下发生相变变成蒸汽，同时蒸汽在进入“S”型冷凝管后，仅通过与“S”型冷凝管外的空气发生热交换而被冷凝为液体。3.根据权利要求1所述的一种用于铝电解槽的热交换装置，其特征是：所述的异形蒸汽箱是由异形蒸汽箱背部导热板、异形蒸汽箱前导热板、异形蒸汽箱前绝热封板、异形蒸汽箱上罩板、异形蒸汽箱底封板及异形蒸汽箱左、右侧封板构成的异形箱体结构，其中一侧的侧封板紧靠上部的位置开有管孔，用以连接“S”型冷凝管，异形蒸汽箱各板间以及侧封板管孔与冷凝管间缝隙做密封处理，异形蒸汽箱背部导热板、异形蒸汽箱背部前导热板、异形蒸汽箱背部前绝热封板、异形蒸汽箱背部上罩板和异形蒸汽箱背部底封板呈方形，并具有相同的长度，异形蒸汽箱内部存在一个90度折转孔通道，其一端异形蒸汽箱前绝热封板孔口相连，另一端竖直插入异形蒸汽箱并处于异形蒸汽箱内部液体介质的液面下方，以利用液封防止产生蒸汽进入异形蒸汽箱内部90度折转孔通道，异形蒸汽箱背部导热板是该热交换装置的主体发电结构与铝电解槽槽壳中上侧部的唯一贴合面，其具有高热传导系数，并可通过直接焊接方式或者通过挂架螺栓紧固方式被安装于铝电解槽槽壳的中上侧部，并与铝电解槽槽壳的中上侧部之间保证良好的热传递，异形蒸汽箱上罩板连接于异形蒸汽箱的前导热板和异形蒸汽箱背部导热板的上边界之间，与异形蒸汽箱背部导热板呈斜平面，当蒸汽在异形蒸汽箱内部上方空间汇集时，更有利于蒸汽向前导热板传热，异形蒸汽箱前绝热封板的上边界与异形蒸汽箱前导热板的下边界相连接，相比于异形蒸汽箱前导热板，异形蒸汽箱前绝热封板的下边界与异形蒸汽箱背部导热板的距离更远，即异形蒸汽箱的前绝热封板所在平面与前导热板呈一定角度，使整个异形蒸汽箱内部在前后距离上呈现上小下大的空间，以保证液体介质在异形蒸汽箱的存量高度。4.根据权利要求1所述的一种用于铝电解槽的热交换装置，其特征是：所述的温差发电结构单元是由温差发电结构单元冷板、温差发电结构单元热板、温差发电结构单元前绝热封板以及温差发电结构单元背部绝热封板组成的斜平板结构，温差发电电子元件位于两个绝热封板间，温差发电结构单元的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑虹，宫政，王璐，高昭，蔡洪君，丁洪儒，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21