CN101606036A - 热量回收方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种用于在阳极环状炉(10)中生产阳极时回收热量的方法，该阳极环状炉包括至少一个含有一个加热区(13)，一个燃烧区(14)和一个冷却区(15)的炉单元(“炉火”)(11)，每个区域分别具有数个用加热通道(17)互相连接的炉室(12)，这些炉室被设计成热交换器并用于容纳阳极，在这种方法中，为了加热区的工作，借助于第一抽吸装置(23)将在冷却区内通过阳极余热形成的热空气的第一部分量输送到加热区内，并借助于第二抽吸装置(21)将在冷却区内形成的热空气的第二部分量输送到独立于阳极环状炉的其它热交换器(27)中，其中，用于使热交换器工作的载热介质的加热主要是通过从冷却区抽出的热空气实现。

Description

热量回收方法及设备

技术领域

本发明是关于一种用于在阳极环状炉中生产阳极时回收热量的方法，该阳极环状炉包括至少一个带有一个加热区，一个燃烧区和一个冷却区的炉单元，每个区都各自有多个用加热通道互相连接的室，这些室被设计为热交换器并用于容纳阳极，在该方法中，为了加热区的工作，借助于第一抽吸装置，将在冷却区内通过阳极余热产生的热空气的第一部分量输送到加热区内，并借助于第二抽吸装置，将在冷却区形成的热空气的第二部分量输送到独立于阳极环状炉的其它热交换器中。此外，本发明还涉及到一种用于实施上述方法的装置。

背景技术

这个方法可以用在对于用于制造原铝的熔融电解所需的阳极的生产中。这些阳极先是在一种成型工艺中由加入了作为胶合材料的沥青的石油焦炭制成，作为所谓的“绿阳极”或“生阳极”，它们在成型工艺之后在阳极环状炉中进行烧结。此烧结过程在一个确定流程的热处理过程中进行，在此过程中阳极经历三个阶段：加热阶段，烧结阶段和冷却阶段。在此过程中，生阳极处在由加热区，燃烧区和冷却区所组成的，在阳极环状炉上旋转的“炉火(Feuer)”的加热区中，并且在预热的阳极在焙烧区或燃烧区被加热到大约1050℃的烧结温度之前，生阳极由已经烧结完的阳极在冷却区所产生的余热进行预加

热。根据如在EP 1 785 685 A1中公开的现有技术，通过对炉室上面的不同装置的交替旋转的布置来限定前面所提到的各个不同的区域，这些炉室容纳阳极并作为热交换器发生作用。通过将燃烧装置设置在所选的炉室上面来限定设在加热区和冷却区之间的焙烧区或燃烧区。而刚刚焙烧过的，即加热到烧结温度的已完成的阳极位于冷却区。在冷却区上面设有鼓风装置，利用此鼓风装置可将空气输入到冷却区的室内，该空气通过设置在加热区上面的抽吸装置，通过冷却区将小室相互连接的加热通道，经过燃烧区被输送至加热区并从这作为烟气通过烟气清洁装置被排放到周围环境当中。

EP 1 785 685 A1中建议，将温度还在150℃和250℃之间的借助于加热区的抽吸装置抽出的烟气量输送给一个热交换器，该热交换器可以使石油焦炭的温度在绿阳极在混合及成型装置中成形之前达到150℃，以保证在接下来的混合过程中与液体沥青的润湿性更好。用于使石油焦炭升温的热交换器建议采用流化床或移动床热交换器，该热交换器为了获得期望的石油焦炭温度必须具有250℃的烟气温度，并可取代在传统设备中使用的设计成“预热螺旋管(Vorwaermschnecke)”的热交换器，该热交换器利用温度为300℃左右的载热油作为载热介质进行工作。

因此从EP 1 785 685 A1已知的方法不可能应用于现有的设备。而是，该方法的应用要以明显改变用于生产生阳极的设备技术为前提。这种设备技术的改变不仅包含了要将大家熟知的预热螺旋管换成前面所提到的流化床或移动床热交换器，而且包含通过生产生阳极将烟气从加热区排出，因为对于烟气的温度将不足以使热交换器工作的情况进行如下设计：通过一个抽吸装置将热空气从阳极环状炉的冷却区抽出并同烟气混合。利用这两种不同温度的两个体积流量的合并来获得热交换器的载热介质的期望温度的前提是用相应的设备技术进行相应复杂的调整。

发明内容

因此，本发明的任务是，给出一种方法和装置，这种方法和这种装置可以在最大可能的保留现有设备技术的情况下，将在阳极环状炉的运行中释放的余热用于生产生阳极。

通过具有权利要求1的特征的方法或者具有权利要求9的特征的装置，可以完成上述任务。

在本发明的方法中，独立于阳极环状炉的热交换器的加热主要是通过从冷却区抽出的热空气来实现。

本发明是基于这样的构思：即只需要在为了冷却炉室及阳极而吹入到冷却区且在冷却区中被加热到950℃的冷空气中的一部分作为预热燃烧空气供给燃烧区使用。剩下的冷却热量以前都是通过在冷却区的废气口被排放到周围环境中，即炉子所在的车间。在本发明中现在这部分废气所携带的热能被用于使一个独立于阳极环状炉的热交换器工作，该交换器在这里所示的应用情况中用于在生产生阳极时加热石油焦炭。

相应的热平衡表清楚地表明，至今为止一直被作为余热从冷却区排放到周围环境中的热量足够用于确保对于设计成预热螺旋管的热交换器所需的载热介质温度。因为用作载热介质的载热油对于热螺旋管的工作所需的温度为300℃，以及那些在冷却区中释放的不需要用于在燃烧区中预热阳极的热能无论如何足以获取足够的具有为调节载热油的温度所需的大约400℃的最低温度的热空气量，因此本发明的方法不仅实现使设计成热螺旋管的热交换器工作，除此之外，至今一直在使用的，运行时耗费高的，用油或煤气进行工作的，用于调节载热油温度的加热锅炉也可以被取代。

除此之外，通过以前所未有的范围利用冷却热量也在很大程度上防止了迄今不可避免且不被希望的炉子车间变热。

总之，本发明的方法使得下面的做法成为可能，放弃利用加热区排出的烟气来使用于加热石油焦炭的热交换器工作，而是在最大程度上保留已有的设备技术的情况下，借助于刚从冷却区抽出的与那些含有有害气体的烟气不同而没有被污染的热空气来实施热交换器的温度调节。

当在冷却区的多个连续的炉室中存在向燃烧区方向的温度梯度时，可以通过为抽吸装置的设置选择合适的一个或多个炉室来影响冷却区抽取的热空气量。

因为在热空气离开用于使热螺旋管工作的热交换器时的温度仍高于300℃，因此有利的是，使该热空气流过一个或多个其它热交换器，以在必要时由此满足在阳极工厂中的其它热量需求。

当根据上述一个或多个其它热交换器所需的温度，热空气的温度或体积流量过大时，可以将输送到热交换器中的热交换流中的一个部分量从热交换器旁经过引导到旁路。因此，可以影响输送到热交换器中的热量的多少。

尤其，为了除对石油焦炭预热之外，还能够对要和石油焦炭混合的沥青或者参与混合过程的装置实施预热，可证明是有利的是，将从热交换器排出的热流和/或旁路流输送到一个或多个其它热交换器中。

另外，对于调节输送至热交换器的热流的期望温度，可证明是有利的是从冷却区抽出的第二部分量热空气与环境空气或新鲜空气混合。同样，对于影响热流的温度，有利的是，从冷却区抽出的第二部分量在进入其它热交换器之前或从其它热交换器排出之后借助加热装置被加热。

这在如下情况中可特别有利应用于生产生阳极的设备刚刚启动时，即当阳极环状炉中还没有热空气可用时，或者当暂时或长时间没有足够的热量供使用来加热石油焦炭时。

为了保证从冷却区排出总的可用余热或冷却热量，比较有利的做法是，使由加热区，燃烧区和冷却区所组成的炉单元(“炉火”)在流体技术上与其它炉单元隔离的条件下工作。

另一种影响从冷却区排出的热量的有利做法是，对于每个加热通道，对通过抽吸装置对从冷却区抽出的部分量进行单独调节。

在根据权利要求9所述的本发明的装置中，在冷却区设有抽吸装置，该抽吸装置通过抽气管道与一个独立于阳极环状炉的其它热交换器直接相连。

抽吸装置与热交换器的这种“直接”连接使得将仅仅从阳极环状炉的冷却区产生的热能输送到热交换器成为可能。

其它从属权利要求涉及到设备的特别有优越性的实施形式，这些实施方式的优点已经从因此实现的前述的方法实施变形方案中产生。

接下来，借助于附图详细描述设备的一种优选的实施形式，以说明可实施的方法。

附图说明

附图示出了本发明的设备的一种优选实施形式。

具体实施方式

在附图中示出了一个阳极环状炉10，它由多个炉单元11按一定规则所构成。在本实施例中，每个炉单元11包含12个炉室12，这些炉室按不同的数量组成加热区13，燃烧区14和冷却区15。所有的炉单元11的构造都相同，并具有数个槽16，每个槽16从炉单元11纵向方向看两边都以加热通道17为边界。槽16用于容纳阳极，这些阳极沿与绘图平面相垂直的方向延伸并按顺序容纳在槽16中。炉室的加热通道17在炉单元11的纵向方向上在流体技术上相互连接。

炉室12上面设有数个不同的装置，这些装置相对于炉室12的位置在旋转方向18上可以进行变化并且如下面所介绍的那样，通过它们各自的分配也确定了加热区13，燃烧区14和冷却区15的位置，这些区域与这些装置一起沿旋转方向18向前移动。

在附图中所描绘的配置中，炉单元11在燃烧区14中配备有3个也被称为所谓的“炉火”的燃烧装置19。每个燃烧装置19分别被分配给一个炉室12，该炉室的槽16中都装有生阳极，这些生阳极借助于通过燃烧装置19实现的温度加载被加热到大约1050℃并为了生产可以用来进行熔融电解的阳极而进行烧结。在这里，阳极并不直接通过燃烧装置19进行加温，而是热量从输送至热通道17内的空气通过加热通道壁20传递到放在槽16中的阳极。因此炉室12用作热交换器。

如附图所示，在燃烧区14的右侧是冷却区15，该冷却区在此例中包含了6个炉室12，在这些炉室中，在前面两个加热阶段(在这些阶段中，燃烧装置19位于相应的位置)，生阳极在高温加载的条件下完成烧结。在附图中描绘的配置中，在冷却区15的中间炉室上方设有一个抽吸装置21。在抽吸装置21的右方还设有一个仍位于冷却区15内的鼓风装置22，借助这个鼓风装置，新鲜空气或环境空气可被吹入到加热通道17中。

在燃烧区14的左方，在加热区13中，在未通过燃烧装置19进行高温加载的未烧结的生阳极所处的炉室12上面设有另一个烟气抽吸装置23。

另外，从附图中还可看出，在加热区13中设有一个测量装置24，该测量装置包含了这里没有进一步描述的用于检测加热区13的压力和温度的传感器，以对在阳极环状炉中的流程进行控制或调节。另一个测量装置26位于冷却区15中且紧挨在燃烧区14之后，用于检测燃烧区14后面的加热通道压力。

在阳极环状炉10的运作中，阳极在燃烧区14被高温加载，与此同时，在设置在冷却区15内且事先通过燃烧装置19被高温加载的阳极中所储存的热量被释放。在通过鼓风装置22输入新鲜空气的条件下，相应的余热借助于设在加热区13中的抽吸装置23被输送至加热区13，并在阳极随后用燃烧装置19加热之前，这些余热用于预热阳极。在这里，通过合适的节流装置和调节装置使鼓风装置22和抽吸装置23的功能互相协调，从而在那些在槽16之间延伸的加热通道中，作为补充地通过控制燃烧装置19中的燃料输入，得出预设的温度-时间曲线。

如附图所示，设在冷却区15的抽吸装置21与一个抽气管道26相连，该抽气管道将冷却区15与一个热交换装置27直接相连，该热交换装置在本例中包括两个热交换单元28和29。作为按照附图中描述的这两个热交换单元的串联连接的结果是，在流动方向上较前面的热交换单元28比后面的热交换单元29被加热到相较而言更高的温度。在按照附图所示，将抽气装置设置在冷却区15的中间炉室12上面的情况下，则要假定输送到抽气管道26中的热空气的温度大概为450℃。利用一个设置在抽气装置21上的节流装置41可以通过输入新鲜空气来影响空气温度。

在阳极环状炉10的正常运作下，通过控制在抽气管道26中输送的气体量，在任何情况下都可以得到足够的热能，例如用以为了将通过热交换单元28输送的石油焦炭流加热到至少150℃，而将在热交换单元28中作为载热介质所使用的载热油加热到足够高的温度。而在热交换单元28的出口处在抽气管道26中的热空气流中的残余热能一般情况下也足够将通过热交换单元29输送的载热油流31预热，使得石油焦炭在混合和成型装置32中可以达到对于生阳极生产所需的与液体沥青的润湿性。从第二个热交换单元29中排出的热空气紧接着可以通过一个鼓风装置33释放到周围环境中或者用于对例如用于加热房间的其它耗热器进行加热。

从附图中还可以看出，在本例中还进行如下设计：热交换单元28和29设有旁路管道34，35，这些旁路管道分别配备有节流装置36，37。因此，可以实现对通过从冷却区15产生的热空气而引入热交换单元28，29中的热量进行控制。此外，在热交换装置27的上游还设有一个节流装置38，这个节流装置可以调节新鲜空气的输入，以便比如降低进入到抽气管道中的热空气的温度或增加体积流量。对于输入热交换装置27的热空气的温度不够高的情况，在热交换装置27的上游配有一个加热装置39。

为了尽可能充分的利用在冷却区15中废弃的余热，在附图中所描绘的实施例中，在从逆流方向看最后的炉室12上设有一个截止装置40，作为与邻接的炉室12隔开的流体技术上的边界，该截止装置与抽吸装置21共同作用，以保证总的冷却热从设置在它们之间的炉室中排出。

Claims (20)

1.用于在阳极环状炉(10)中生产阳极时回收热量的方法，该阳极环状炉包括至少一个炉单元(“炉火”)(11)，此炉单元带有一个加热区(13)，一个燃烧区(14)和一个冷却区(15)，每个区域分别具有数个用加热通道(17)互相连接的炉室(12)，这些炉室被设计成热交换器并用于容纳阳极，在该方法中，为了加热区的工作，借助于第一抽吸装置(23)将在冷却区内通过阳极余热形成的热空气的第一部分量输送到加热区内，并借助于第二抽吸装置(21)将在冷却区内形成的热空气的第二部分量输送到独立于阳极环状炉的其它热交换器(27)中，其特征在于，用于使热交换器工作的载热介质的加热主要是通过从冷却区抽出的热空气来实现。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二抽吸装置(21)在冷却区内的位置是根据其它热交换器(27)所需的温度来确定。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据对于其它热交换所需的温度，将从冷却区(15)抽出的第二部分量划分成一个输送到热交换器(27)中的热交换流和一个在热交换器旁边被输送的旁路流。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，从热交换器(28)排出的热流和/或旁路流被输送到一个或多个其它热交换器(29)中。

5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将环境空气掺入所述从冷却区(15)抽出的第二部分量中。

6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在进入热交换器(27)之前，借助于加热装置(39)对从冷却区(15)抽出的第二部分量进行加热。

7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，由所述加热区(13)，燃烧区(14)和冷却区(15)所组成的炉单元(“炉火”)(11)是在流体技术上与其它炉单元隔离的条件下进行工作。

8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于每个加热通道(17)，通过抽吸装置(21，23)从冷却区(5)抽取的部分量是能够单独调节的。

9.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过鼓风装置(22)向冷却区(15)输入一个空气量，该空气量在加热通道(17)中的分配是可单独调节的。

10.用于在阳极环状炉(10)中生产阳极时回收热能的设备，该阳极环状炉包括至少一个炉单元(“炉火”)(11)，该炉单元带有一个加热区(13)，一个燃烧区(14)和一个冷却区(15)，每个区域分别具有多个用加热通道(17)互相连接的炉室(12)，这些炉室被设计成热交换器并用于容纳阳极，该设备包括设置在加热区内的第一抽吸装置(23)和设置在冷却区内的第二抽吸装置(21)，其特征在于，所述第二抽吸装置通过抽气管道(26)与独立于阳极环状炉的其它热交换器(27)直接相连接。

11.按照权利要求10所述的设备，其特征在于，所述抽吸装置(21)能够与冷却区(15)的不同的炉室(12)相连接。

12.按照权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述热交换器(27)设有旁路管道(34，35)。

13.按照权利要求10到12所述的设备，其特征在于，所述热交换器(27)具有多个互相连接的热交换单元(28，29)。

14.按照权利要求13所述的设备，其特征在于，所述热交换单元(28，29)至少部分设有旁路管道(34，35)。

15.按照权利要求10到14中任一项所述的设备，其特征在于，所述抽吸装置(21)或抽气管道(26)设有可调节的供风装置。

16.按照权利要求10到15中任一项所述的设备，其特征在于，所述抽气管道(26)设有加热装置(39)。

17.按照权利要求10到16中任一项所述的设备，其特征在于，将由加热区(13)，燃烧区(14)和冷却区(15)共同组成的炉单元(11)通过截止装置(40)在流体技术上与其它的炉单元隔开。

18.按照权利要求10到17中任一项所述的设备，其特征在于，所述抽吸装置(21)具有多个节流装置，这些节流装置分别分配给多个加热通道(17)。

19.按照权利要求10到17中任一项所述的设备，其特征在于，冷却区(15)配有鼓风装置(22)，该鼓风装置具有多个分别分配给加热通道(17)的节流装置。

20.按照权利要求10到19中任一项所述的设备，其特征在于，所述抽吸装置(21)具有多个分别分配给多个加热通道(17)的通风机。

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