一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统的制作方法

本发明涉及铝电解槽烟气余热回收的技术领域，特别是一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统。

背景技术：

电解铝属于高耗能产业，铝电解过程需要向电解槽输送高电流，会产生920-960℃的高温。为了保护电解槽安全运行以及有效排除电解过程产生的有害烟气，电解铝车间配备了电解烟气排烟系统。电解烟气排烟系统内的烟气温度在150℃左右，最高可达200℃。电解槽烟气带走的热量约占总散失热量的30%。如何合理的利用好这部分余热资源对于电解铝行业节能减排和降本增效有着重要意义。

目前对于电解烟气余热利用，较多的是用于发电，例如采用汽水分离器进行汽水分离后，经过透平发电机组进行发电，也有综合收集烟气余热和铝电解槽的余热后进行发电的。

除此，也有少数技术是利用烟气余热，也有用于淋浴、供暖的，例如公开日为2016年6月27日，公开号为cn205402866u，发明名称为电解铝烟气余热回收利用淋浴、供暖系统的中国实用新型专利，该文献公开的电解铝烟气余热回收利用淋浴、供暖系统主要包括烟气管、进水管路、软水循环管路和供暖加热管路，所述软水循环管路包括通过管路连通的第一烟气换热器、板式换热器和循环泵，在循环泵与板式换热器之间的管路上支连有补水管路，在补水管路上依次安装有补水泵、软水箱和软水器，在板式换热器的冷媒入口和出口分别连接有进水管路和淋浴水箱；所述供暖加热管路包括供暖管网，在供暖管网的进水端与回水端之间连接有第二烟气换热器，第一烟气换热器和第二烟气换热器的热媒入口均与烟气管连接。上述结构可以将电解铝的烟气余热用于淋浴、供暖，相对也有降低能耗的功效。

但是目前还没有将电解槽烟气余热综合利用用于供冷、供热方面的相关技术。

更没有同时用于其他关于氧化铝制备方面的综合利用手段。氧化铝生产制备工艺过程中，需要使用250-300℃的高温蒸汽对矿浆进行加热。而电解槽余热烟气只能将蒸汽加热至120-150℃，无法用于氧化铝制备工艺。要想合理利用这部分蒸汽，需要设计相应的管路进行有效利用。特别的，还要和供冷、供热同时进行综合利用，因此，需要经过相应的具体设计和试验，才能得出相应的热回收综合利用系统，才能提升铝电解槽余热烟气余热的利用。

技术实现要素：

本发明的目的是利用铝电解槽烟气余热，开发一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统，该系统可实现用户在不同季节的用冷和用热需求；通过合理的热力系统设计，解决铝电解槽烟气余热品味较低、烟气参数波动等问题，回收铝电解槽烟气余热，为氧化铝生产提供高品位工艺蒸汽，实现节能减排和余热的综合利用的目标。

本发明的技术方案如下：

一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统，其特征在于：包括烟气换热器、溴化锂吸收式制冷机组、氧化铝制备工艺系统、补燃锅炉、供暖系统以及相应的连接管路；烟气换热器与电解槽的烟气进行换热，烟气换热器产生的蒸汽输出至分别输出到三条热回收利用管路：

第一条管路，烟气换热器的蒸汽输出管路经过补燃锅炉连接至氧化铝制备工艺系统，供给氧化铝制备工艺系统；

第二条管路，烟气换热器的蒸汽输出管路连接至溴化锂吸收式制冷机组，给溴化锂吸收式制冷机组供给蒸汽，溴化锂吸收式制冷机组的蒸汽输出回路连接至烟气换热器；

第三条管路，烟气换热器的蒸汽输出管路同时连接至供暖系统，给供暖系统供给蒸汽，供暖系统的蒸汽输出回路连接至烟气换热器；

所述热回收利用管路的投用配置为：

夏季时，溴化锂吸收式制冷机组和氧化铝制备工艺系统投用，供暖系统及相应管路不投用；

冬季时，供暖系统和氧化铝制备工艺系统投用，溴化锂吸收式制冷机组及相应管路不投用。

上述具体配置投用的夏季和冬季，根据使用地情况具体气候调整。

所述综合利用系统的热回收利用管路的具体设置如下：

所述烟气换热器的蒸汽输出管路分为两条并联的蒸汽输出支路，其中一条蒸汽输出支路为补燃锅炉支路，另一条蒸汽输出支路为补燃锅炉旁路；

在补燃锅炉旁路上设置有补燃锅炉旁路阀，经过补燃锅炉旁路阀分别连接至溴化锂吸收式制冷机组和供暖系统；

在补燃锅炉支路上，补燃锅炉的蒸汽输入端设置有进口调节阀一，补燃锅炉的蒸汽输出端设置两条支路，其中：第一条支路是为增温支路，用于为氧化铝制备工艺系统提供高温蒸汽，高温蒸汽的温度范围为250-300℃；另一条支路为补汽支路，补汽支路上设置有出口调节阀一，通过出口调节阀一分别用于为供暖系统和溴化锂吸收式制冷机组提供补充蒸汽。

因为在实际运行中，烟气换热器的实际运行负荷可能会因铝电解槽车间生产任务等因素达不到设计值，会导致出口蒸汽参数过低，无法满足溴化锂吸收式制冷机组或供暖系统的用热需求。因此本系统中设计了补汽支路，通过补燃锅炉的出口调节阀一根据实际工况自动调节开度，将补燃锅炉产生的蒸汽与烟气换热器的蒸汽汇合向溴化锂吸收式制冷机组或供暖系统补充适量高温蒸汽以提高两路需要的蒸汽温度，达到合理调节蒸汽参数的目的。

所述氧化铝制备工艺系统的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀四和出口调节阀四，通过进口调节阀四和出口调节阀四调节进入氧化铝制备工艺系统的蒸汽量和从氧化铝制备工艺系统出来的蒸汽量。

所述供暖系统的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀三和出口调节阀三，通过进口调节阀三和出口调节阀三调节进入供暖系统的蒸汽量和从供暖系统出来的蒸汽量。

所述溴化锂吸收式制冷机组的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀二和出口调节阀二，通过进口调节阀二和出口调节阀二调节进入溴化锂吸收式制冷机组的蒸汽量和从溴化锂吸收式制冷机组出来的蒸汽量。

所述补燃锅炉可以采用天然气或煤炭作为燃料。

所述溴化锂吸收式制冷机组主要是通过电解槽余热蒸汽产生驱动热源,分别通过高温再生器产生的冷剂蒸汽作为低温再生器的热源产生更多冷剂蒸汽。所述溴化锂吸收式制冷机组的具体结构在于：包括高温再生器、低温再生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、低温换热器、热回收器、高温换热器等设备。

根据上述溴化锂吸收式制冷机组的具体结构，其汽水走向如下：

a、余热蒸汽经过进汽口调节阀二进入溴化锂吸收式制冷机组的高温再生器，作为热源加热高温再生器的吸收液中间液产生冷剂蒸汽，然后余热蒸汽经蒸汽疏水器、热回收器、出口调节阀二和换热器循环水泵回到烟气换热器。

b、高温再生器产生的冷剂蒸汽经汽水分离器一到低温再生器，继续加热低温再生器里的吸收液浓溶液产生更多的冷剂蒸汽；这一部分冷剂蒸汽经汽水分离器二到冷凝器与从高温再生器来的冷剂蒸汽一起冷凝为冷剂水。

对于高温再生器的冷剂蒸汽，即经汽水分离器进入低温再生器，然后加热吸收液中间液产生新的冷剂蒸汽,新的冷剂蒸汽经汽水分离器二后进入冷凝器冷凝为冷剂水,同时从汽水分离器过来的冷寂蒸汽最终也在冷凝器中冷凝为冷剂水.而余热蒸汽经进口调节阀二进入高温再生器后只是作为热源加热吸收液,并不与高温再生器中的吸收液混合。

c、冷凝器中产生的冷剂水通过管路送至蒸发器，蒸发器中的冷剂水经冷剂泵和蒸发器喷淋器形成自循环回路,喷淋的冷剂水蒸发吸热产生蒸汽进入吸收器,蒸发吸热作用使得来自冷负荷用户的冷冻水回水降温为低温冷冻水,低温冷冻水供给冷负荷用户。

d、蒸发器产生的蒸汽进入吸收器，被吸收器喷淋器喷出的吸收液浓溶液吸收混合，变为吸收液稀溶液。

e、吸收器里的吸收液稀溶液依次经吸收液泵二、低温换热器、热回收器和高温换热器回到高温再热器。

f、高温再生器中溢流的吸收液中间液经高温换热器被送至低温再生器。

g、低温再生器中的吸收液浓溶液经吸收液泵一，再经过换热器送至吸收器。

h、所述溴化锂吸收式制冷机组所需的常温冷却水由冷却水入口经吸收器吸热升温，再经过冷凝器吸热升温，最终从冷却水出口排出。

根据上述进一步结构的设计，本系统投用的原则为：

氧化铝制备工艺系统投用时，补燃锅炉向氧化铝制备工艺系统提供高温蒸汽；补燃锅炉的负荷根据氧化铝制备工艺系统的负荷和烟气换热器的负荷大小进行调节，即分别通过补燃锅炉旁路阀、进口调节阀一、出口调节阀一、进口调节阀四)、出口调节阀四进行调节；

夏季时，供暖系统、进口调节阀三、出口调节阀三关闭，烟气换热器产生的蒸汽被送至溴化锂吸收式制冷机组作为换热使用，同时补燃锅炉在必要时向溴化锂吸收式制冷机组补充适量高温蒸汽；

冬季时，溴化锂吸收式制冷机组、进口调节阀二、出口调节阀二关闭，烟气换热器产生的蒸汽被送至供暖系统作为取暖使用，同时补燃锅炉在必要时向供暖系统补充适量高温蒸汽。

本发明所具有的有益效果和优点如下：

（1）本发明通过有效措施，将用冷、生活用热和工艺用热需求有机结合，提供了电解槽烟气余热利用具体的综合解决方案。

（2）本发明利用溴化锂吸收式制冷机组，为用户提供生活用冷需求，有效利用了铝电解槽烟气余热，节约了普通压缩式制冷机组的用电量。

（3）本发明利用铝电解槽烟气余热，经补燃锅炉提升参数，向氧化铝制备工艺提供工艺所需的高品质热源。

（4）本发明利用铝电解槽烟气余热，为供暖地区冬季供暖提供了热源，降低了供暖能耗。

（5）本发明在铝电解槽余热烟气换热器后设置补燃锅炉，可以有效提升蒸汽品味，满足多种工艺需求；同时利用补燃锅炉可有效减少电解槽余热烟气参数波动的影响，保证系统的可靠运行。

附图说明

图1为本系统的连接结构原理示意图。

其中，附图标记为：1烟气换热器，1-1进口调节阀二，1-2出口调节阀二，2补燃锅炉，2-1进口调节阀一，2-2出口调节阀一，2-3补燃锅炉旁路阀，3供暖系统，3-1进口调节阀三，3-2出口调节阀三，4氧化铝制备工艺系统，4-1进口调节阀四，4-2出口调节阀四，5高温再生器，5-1汽水分离器一，6蒸汽疏水器，7热回收器，8换热器循环水泵，9低温再生器，9-1汽水分离器二，10冷凝器，11蒸发器，11-1蒸发器喷淋器，12冷剂泵，13吸收器，13-1吸收器喷淋器，14吸收液泵一，15吸收液泵二，16低温换热器，17高温换热器，18冷却水入口，19冷却水出口，20冷负荷用户，21电解槽的烟气。

具体实施方式

一种铝电解槽烟气余热回收的综合利用系统，包括烟气换热器1、溴化锂吸收式制冷机组、氧化铝制备工艺系统4、补燃锅炉2、供暖系统3以及相应的连接管路；烟气换热器1与电解槽的烟气21进行换热，烟气换热器1产生的蒸汽输出至分别输出到三条热回收利用管路。

如图1所示，所述热回收利用管路的具体配置如下：

所述烟气换热器1的蒸汽输出管路分为两条并联的蒸汽输出支路，其中一条蒸汽输出支路为补燃锅炉支路，另一条蒸汽输出支路为补燃锅炉旁路；

在补燃锅炉旁路上设置有补燃锅炉旁路阀2-3，经过补燃锅炉旁路阀2-3分别连接至溴化锂吸收式制冷机组和供暖系统3；

在补燃锅炉支路上，补燃锅炉2的蒸汽输入端设置有进口调节阀一2-1，补燃锅炉2的蒸汽输出端设置两条支路，其中：第一条支路是为增温支路，用于为氧化铝制备工艺系统4提供高温蒸汽，高温蒸汽的温度范围为250-300℃；另一条支路为补汽支路，补汽支路上设置有出口调节阀一2-2，通过出口调节阀一2-2分别用于为供暖系统3和溴化锂吸收式制冷机组提供补充蒸汽。

因为在实际运行中，烟气换热器1的实际运行负荷可能会因铝电解槽车间生产任务等因素达不到设计值，会导致出口蒸汽参数过低，无法满足溴化锂吸收式制冷机组或供暖系统3的用热需求。因此本系统中设计了补汽支路，通过补燃锅炉2的出口调节阀一2-2根据实际工况自动调节开度，将补燃锅炉2产生的蒸汽与烟气换热器1的蒸汽汇合向溴化锂吸收式制冷机组或供暖系统3补充适量高温蒸汽以提高两路需要的蒸汽温度，达到合理调节蒸汽参数的目的。

所述氧化铝制备工艺系统4的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀四4-1和出口调节阀四4-2，通过4-1和出口调节阀四4-2调节进入氧化铝制备工艺系统4的蒸汽量和从氧化铝制备工艺系统4出来的蒸汽量。

所述供暖系统3的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀三和出口调节阀三，通过进口调节阀三和出口调节阀三调节进入供暖系统3的蒸汽量和从供暖系统3出来的蒸汽量。

所述溴化锂吸收式制冷机组的蒸汽进口端和蒸汽出口端分别设置有进口调节阀二1-1和出口调节阀二1-2，通过进口调节阀二1-1和出口调节阀二1-2调节进入溴化锂吸收式制冷机组的蒸汽量和从溴化锂吸收式制冷机组出来的蒸汽量。

所述补燃锅炉2可以采用天然气或煤炭作为燃料。

所述溴化锂吸收式制冷机组包括高温再生器5、低温再生器9、冷凝器10、蒸发器11、吸收器13、低温换热器16、热回收器7、高温换热器17等设备，具体的汽水走向如下：

a、余热蒸汽经过进汽口调节阀二1-1进入溴化锂吸收式制冷机组的高温再生器5，作为热源加热高温再生器5的吸收液中间液产生冷剂蒸汽，然后余热蒸汽经蒸汽疏水器6、热回收器7、出口调节阀二1-2和换热器循环水泵8回到烟气换热器1。

b、高温再生器5产生的冷剂蒸汽经汽水分离器一5-1到低温再生器9，继续加热低温再生器9里的吸收液浓溶液产生更多的冷剂蒸汽。这一部分冷剂蒸汽经汽水分离器二9-1到冷凝器10与从高温再生器5来的冷剂蒸汽一起冷凝为冷剂水。

c、冷凝器10中产生的冷剂水通过管路送至蒸发器11，蒸发器11中的冷剂水经冷剂泵12和蒸发器喷淋器11-1形成自循环回路,喷淋的冷剂水蒸发吸热产生蒸汽进入吸收器13,蒸发吸热作用使得来自冷负荷用户20的冷冻水回水降温为低温冷冻水,低温冷冻水供给冷负荷用户20。

d、蒸发器11产生的蒸汽进入吸收器13，被吸收器喷淋器13-1喷出的吸收液浓溶液吸收混合，变为吸收液稀溶液。

e、吸收器13里的吸收液稀溶液经吸收液泵二15、低温换热器16、热回收器7和高温换热器17回到高温再热器5。

f、高温再生器5中溢流的吸收液中间液经高温换热器17被送至低温再生器9。

g、低温再生器9中的吸收液浓溶液经吸收液泵一14，再经过换热器16送至吸收器13。

h、所述溴化锂吸收式制冷机组所需的常温冷却水由冷却水入口18经吸收器13吸热升温，再经过冷凝器10吸热升温，最终从冷却水出口19排出。

图1中所示，低温再生器9和冷凝器10连接在一起，左边为低温再生器9，右边为冷凝器10，汽水分离器二9-1为低温再生器9的内部构件。

同样，图1中所示，蒸发器11和吸收器13连接在一起，左边部分为11，右边为吸收器13，蒸发器喷淋器11-1为蒸发器11的内部构件，吸收器喷淋器13-1为吸收器13的内部构件。

根据上述进一步结构的设计，本系统投用的原则为：

氧化铝制备工艺系统4投用时，电解槽余热烟气只能将蒸汽加热至120-150℃，无法用于氧化铝制备工艺，但是可以通过补燃锅炉2向氧化铝制备工艺系统4提供250-300℃的高温蒸汽；补燃锅炉2的负荷根据氧化铝制备工艺系统4的负荷和烟气换热器1的负荷大小进行调节，即分别通过补燃锅炉旁路阀2-3、进口调节阀一2-1、出口调节阀一2-2、进口调节阀四4-1、出口调节阀四4-2进行调节。经铝电解槽余热烟气加热的蒸汽送至补燃锅炉2进一步加热，提高蒸汽参数，则可提供满足氧化铝制备工艺所需的高温蒸汽。

夏季时，供暖系统3、进口调节阀三3-1、出口调节阀三3-2关闭；烟气换热器1产生的蒸汽被送至溴化锂吸收式制冷机组作为换热使用，同时补燃锅炉2在必要时向溴化锂吸收式制冷机组补充适量高温蒸汽。对于电解铝厂区、周边居民及工业区均具有不同的用冷需求，可以有效利用较低品质的余热资源驱动制冷机组产生冷冻水以满足用户用冷需求。

冬季时，溴化锂吸收式制冷机组、进口调节阀二1-1、出汽口调节阀二1-2关闭，烟气换热器1产生的蒸汽被送至供暖系统3作为取暖使用，同时补燃锅炉2在必要时向供暖系统3补充适量高温蒸汽。特别是北方地区天气寒冷，电解铝厂区、周边居民及工业区均具有不同的供暖需求，这时可直接利用电解槽烟气余热换热后的蒸汽或热水作为供暖热源。

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