一种铝电解槽风管废热利用方法及装置

摘要

一种铝电解槽风管废热利用方法，铝电解槽上部通风排气管道外壁上设有热电模块，热电模块的热端与通风排气管道外壁相连，热电模块的冷端采用风冷或是通过循环导热介质冷却，通风排气管道中的热能通过热电模块转化为电能，并通过其引出端输出。本发明提供了一种可将铝电解槽上部通风排气管道上的热能有效地利用及转化的铝电解槽风管废热利用方法及装置。

权利要求

1.一种铝电解槽风管废热利用方法，其特征在于，铝电解槽上部通风排气管道外壁上设有热电模块，热电模块的热端与通风排气管道外壁相连，热电模块的冷端通过冷却装置冷却，通风排气管道中的热能通过热电模块转化为电能，并通过其引出端输出；热电模块的工作温差为60～180℃；热电模块的发出电压3～4.5V，电流0.5～3A；热电模块热端工作温度为150～200℃，冷端工作温度为5～45℃；所述的冷却装置是通过循环导热介质冷却，所述的循环导热介质冷却是将金属管与热电模块冷端紧密接触，金属管沿通风排气管道轴向平行排列，金属管内通入导热介质。

2.根据权利要求1所述的一种铝电解槽风管废热利用方法，其特征在于，热电模块的热端用环氧树脂固定于玻璃纤维布上，玻璃纤维布再包覆于通风排气管道外壁上。

3.根据权利要求1所述的一种铝电解槽风管废热利用方法，其特征在于，所述的导热介质为水或阻燃绝缘油。

4.根据权利要求1所述的一种铝电解槽风管废热利用方法，其特征在于，金属管外部包覆绝热材料，最外层用玻璃纤维布固定。

5.根据权利要求1所述的一种铝电解槽风管废热利用方法，其特征在于，热电模块的面积占管道面积的80％～95％。

6.一种铝电解槽风管废热利用装置，其特征在于，由可环绕包覆于铝电解槽上部通风排气管道上的内层玻璃纤维布层、热电模块层、金属管层、绝热材料层、外层玻璃纤维布层依次连接而成；热电模块层中的热电模块的热端固定在内层的玻璃纤维布上；金属管层由数个通有导热介质的金属管与热电模块的冷端紧密接触，数个金属管沿通风排气管道轴向平行排列。

说明书

一种铝电解槽风管废热利用方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铝电解槽风管废热利用方法。

背景技术

[0002] 我国电解生产金属铝过程，大多采用预焙阳极铝电解技术，电解温度为950℃左右，铝电解槽的平均电能利用率为48％左右，铝电解槽上部通风排气管道约150℃的温度，能量以废热的形式散发到环境中，造成巨大的能源浪费，对环境造成热污染。到目前为止尚未有对该废热的工业利用的报道。

发明内容

[0003] 本发明的目的旨在提供可将铝电解槽上部通风排气管道上的热能有效地利用及转化的一种铝电解槽风管废热利用方法及装置。

[0004] 本发明的目的是通过下述方案实现的。

[0005] 铝电解槽上部通风排气管道外壁上设有热电模块，热电模块的热端通风排气管道外壁相连，热电模块的冷端通过冷却装置冷却，通风排气管道中的热能通过热电模块转化为电能，并通过其引出端输出。

[0006] 热电模块的优选的工作温差为60～180℃，发出电压3～4.5V，电流0.5～3A。

[0007] 热电模块热端工作温度为优选为150～200℃。冷端优选的温度为5～45℃。

[0008] 热电模块的热端用环氧树脂固定于玻璃纤维布上，玻璃纤维布再包覆于通风排气管道外壁上。

[0009] 所述的冷却装置包括风冷或是通过循环导热介质冷却。

[0010] 所述的循环导热介质冷却是将金属管与热电模块冷端紧密接触，金属管沿通风排气管道轴向平行排列，金属管内通入导热介质。

[0011] 所述的导热介质为水或阻燃绝缘油。导热介质为水时，所得40～50℃的水可作为供生活用水，阻燃绝缘油降温后循环使用。

[0012] 金属管外部包覆绝热材料，最外层用玻璃纤维布固定。

[0013] 本发明所述的风冷的方法是：热管散热器件设置在热电模块的冷端，鼓风管连接鼓风机，鼓风管喷气口安装在热管散热器件正对位置。

[0014] 按所需输出电压串联热电模块的输出线，如需要输出6～9V，则每两个块模块串联作为一个输出单元，然后并联增加其输出电流。

[0015] 热电模块采用串联并联方式达到所需直流电压范围，并联方式达到所需电流。

[0016] 热电模块的面积占管道面积的80％～95％。

[0017] 输出电压采用市场成熟的稳压电路输出稳定电压。

[0018] 输出电能可储存于二次电池或直接用于铝电解使用。

[0019] 热电模块的工作原理：每块热电材料由几十至几百个热电单元组成，如图1所示，每个热电单元由一个p型半导体和一个n型半导体组成，如图2所示，冷端接低温区，热端接高温区，冷端p型半导体和n型半导体通过导体连接，热端接外电路，当热端与冷端存在温差时，则热端的p，n半导体外接引线向外输出电能。由于单个热电单元电压较低，需要通过串联提高其输出电压。

[0020] 可用于本发明的方法装置之一为：由可环绕包覆于铝电解槽上部通风排气管道上的内层玻璃纤维布层、热电模块层、金属管层、绝热材料层、外层玻璃纤维布层依次连接而成；热电模块层中的热电模块的热端固定在内层的玻璃纤维布上；金属管层由数个通有导热介质的金属管与热电模块的冷端紧密接触，数个金属管沿通风排气管道轴向平行排列。

[0021] 可用于本发明的方法装置之二为：铝电解槽上部通风排气管道外壁上设有热电模块，热电模块的热端与通风排气管道外壁相连，热电模块的冷端连接有热管散热器件，鼓风管连接鼓风机，鼓风管喷气口安装在热管散热器件正对位置。连接鼓风机的鼓风管，可以是多根鼓风管围绕通风排气管道，或一根鼓风管呈螺线管型围绕通风排气管道。

[0022] 本发明的铝电解槽风管的废热利用方法可有效地铝电解槽风管内的热能进行有效地利用，转化为电能继续用生产等其它环节中，是对能源的一种综合有效地利用，特别是目前能源短缺，最大限度的节约和利用能源是各个企业都要面对和解决的问题，而本发明的方法正在就是这一方面的创新。

附图说明

[0023] 图1为热电模块单元示意图。

[0024] 图2为铝电解槽上部的通风排气管道安装热电模块及采用导热介质冷却的装置的结构侧视图。

[0025] 图3为图2装置的安装立体图。

[0026] 图4为铝电解槽上部的通风排气管道安装热电模块及采用风冷装置的结构示意图

[0027] 图示说明

[0028] 1-内层玻璃纤维布层，2-热电模块层，3-金属管层，4-绝热材料层，5-外层玻璃纤维布层，6-通风排气管道，7-热管散热器件，8-鼓风管，9-鼓风机。

具体实施方式

[0029] 以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。本发明可以按发明内容所述的任一种方式实施。

[0030] 实施例1

[0031] 针对一台240kA预焙阳极铝电解槽，电解槽电解过程中产生大量的高温CO2等气体，由通风排气管道统一收集，通风排气管道每根3.6m，但管径0.5m开始以每根增加0.1m的幅度梯增，直到1.5m。管道表面温度150℃左右。以平均管径计算：

[0032] 通风排气管道面积：3.6*10*2*3.14*0.5＝113m2

[0033] 每片热电发电模块：40*40*4mm3

[0034] 以平均利用其表面积的70％，安装113*70％/0.0016＝4.9*104(片)[0035] 将热端工作温度为180℃的热电模块2(安阳市现代教育技术服务中心2
TECI-031100T125)的热端用环氧树脂固定于3.14～4.71*3.6m 的最内层的玻璃纤维布1上，再包覆于铝电解槽上部通风排气管道6周围，使接触良好。

[0036] 按所需设计的输出电压串联热电模块的输出线，如需要输出6～9V，则每两个块模块串联作为一个输出单元，然后并联增加其输出电流。

[0037] 耐压耐腐蚀的数个金属管3沿通风管道轴向平行排列，如图3所示，与热电模块的冷端紧密接触，使良好传热，外部包覆绝热材料4，用最外层玻璃纤维布5固定。

[0038] 金属管内通入室温水或阻燃绝缘油，根据气候环境不同，通入冷却介质温度为5～40℃。

[0039] 导热介质为水时，所得40～50℃的水可作为供生活用水，阻燃绝缘油降温后循环使用。

[0040] 热电模块采用串联并联方式达到所需直流电压范围，并联方式达到所需电流。

[0041] 输出电压采用市场成熟的稳压电路输出稳定电压，可以采用目前铝电解槽的稳流装置稳定其电流。输出电能可储存于二次电池或直接用于铝电解使用。