本發(fā)明屬于鋁電解槽，具體涉及一種全自動(dòng)高效清潔的鋁電解系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1886年，美國(guó)人hall和法國(guó)人héroult各自獨(dú)立發(fā)明了冰晶石-氧化鋁熔鹽電解煉鋁法，即hall-héroult煉鋁法，揭開(kāi)了現(xiàn)代鋁電解工業(yè)的序幕，該工藝以al2o3顆粒為原料，采用na3alf6熔鹽為電解質(zhì)，炭素材料作為陽(yáng)極和陰極，在直流電的作用下，在950℃的高溫下，通過(guò)電解得到金屬鋁。

hall-héroult煉鋁法是迄今工業(yè)生產(chǎn)金屬鋁的唯一方法，當(dāng)前工業(yè)鋁電解工藝先后經(jīng)歷了小型預(yù)焙槽、側(cè)部導(dǎo)電自焙槽、上部導(dǎo)電自焙槽、大型不連續(xù)預(yù)焙及連續(xù)預(yù)焙槽、中間下料預(yù)焙槽幾個(gè)發(fā)展階段，大致可劃分為以下幾個(gè)階段：

第一階段，自1980年開(kāi)始，通過(guò)母線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)，再配合以點(diǎn)式下料及電阻跟蹤的過(guò)程控制技術(shù)，鋁電解系列電流強(qiáng)度突破175ka的壁壘，電解槽能在更合理的氧化鋁濃度范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)電解溫度的降低，為最終獲得高電流效率和低電耗創(chuàng)造了條件。

第二階段，80年代中葉起，電解槽更加大型化，點(diǎn)式下料可達(dá)到2公斤氧化鋁/次，采用單個(gè)或多個(gè)廢氣的捕集系統(tǒng)，并應(yīng)用微機(jī)的過(guò)程控制系統(tǒng)，對(duì)電解槽能量參數(shù)每5秒鐘進(jìn)行采樣，通過(guò)自動(dòng)供料系統(tǒng)，減少了灰塵對(duì)環(huán)境的影響。

第三階段，90年代至今，電解槽的技術(shù)發(fā)展日漸繁榮，主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：高電流效率、低能耗(電解過(guò)程的能量效率接近50％，其余的能量成為電解槽的熱損失而耗散)、長(zhǎng)壽命及高穩(wěn)定性。

我國(guó)電解鋁工業(yè)可自1954年第一家鋁電解廠(撫順?shù)X廠)投產(chǎn)算起，而上世紀(jì)80年代，貴州鋁廠從日本引進(jìn)全套160ka中間下料預(yù)焙鋁電解技術(shù)給我國(guó)鋁工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新機(jī)遇，可視為我國(guó)現(xiàn)代鋁電解技術(shù)的起點(diǎn)。此后，相繼自主研制成功了180ka～600ka數(shù)十種類型電解技術(shù)，在槽型規(guī)模、節(jié)能降耗與自動(dòng)控制上取得了較大的突破。

盡管如此，目前我國(guó)鋁電解工業(yè)仍然存在系列難題，主要表現(xiàn)如下：1)目前電解的能耗依然維持在較高的水平，平均交流電耗仍然高達(dá)13000kwh/t-al，能源利用率尚在50％左右徘徊，其中大部分浪費(fèi)在低溫(300℃左右)海量的煙氣中；2)由于陽(yáng)極中的硫含量日益增加，煙氣中的污染物也日益增多，但其大多濃度十分低，治理極為困難，鋁電解的環(huán)保壓力日益增大；3)電解過(guò)程還存在諸多必須電解工介入的人工操作環(huán)節(jié)，如出鋁和換極操作等，這些過(guò)程不但勞動(dòng)環(huán)境惡劣，還會(huì)給電解槽的正常穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)長(zhǎng)時(shí)間的影響，目前尚無(wú)自動(dòng)化解決方案；4)現(xiàn)有鋁電解控制系統(tǒng)尚為對(duì)電解槽的一個(gè)獨(dú)立控制單元，缺乏對(duì)鋁電解全流程的感知與控制，其水平較低。

這些難題產(chǎn)生的原因大致可歸納如下：首先，一直以來(lái)，電解槽上部為氧化鋁與電解質(zhì)構(gòu)成的一層厚實(shí)覆蓋料和結(jié)殼體，且由于近年來(lái)工藝條件的苛刻，上部覆蓋料非常厚(部分企業(yè)甚至將覆蓋料蓋到了陽(yáng)極鋼爪處)，這直接導(dǎo)致?lián)Q極操作過(guò)程復(fù)雜、環(huán)境惡劣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其自動(dòng)化亦難以實(shí)現(xiàn)；其次，槽上部為一個(gè)半開(kāi)放式系統(tǒng)，盡管有蓋板，但大多密封極差，漏氣嚴(yán)重，且由于經(jīng)常的打殼換極操作，無(wú)法做到良好的密封，這導(dǎo)致大量的空氣被吸入到煙氣中(比例高達(dá)90％以上)，從而大幅沖淡了污染物的濃度、降低了煙氣的溫度，這是電解槽最大的能源浪費(fèi)點(diǎn)及污染物難處理的根源。為此，有必要對(duì)電解槽上部覆蓋料進(jìn)行革新，甚至取消上部覆蓋料，進(jìn)而用一個(gè)代替的可快速操作的覆蓋解決方案，既可以讓電解能夠在一個(gè)密閉體系內(nèi)進(jìn)行，又可以加速換極過(guò)程(無(wú)打殼等過(guò)程)，并提升煙氣溫度及富集污染物濃度，實(shí)現(xiàn)煙氣中損耗熱量的集中回收及污染物的集中處理，最終達(dá)成電解槽工藝中原鋁生產(chǎn)的大幅降低及污染物的超低排放。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有的鋁電解槽存在的上述缺陷，提供一種新型的全自動(dòng)高效清潔的鋁電解系統(tǒng)，消除上部結(jié)殼對(duì)電解過(guò)程的妨礙作用，從而在大幅縮短換極時(shí)間的同時(shí)顯著提高煙氣溫度并富集煙氣中的污染物，在此基礎(chǔ)上通過(guò)鋁電解的全流程自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)鋁冶煉全流程的高能效(能量利用率>70％，噸鋁能耗<10000kwh)、超低排放(主要污染物排放降低90％以上)及車間減員80％以上。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種全自動(dòng)高效清潔的鋁電解槽，包括設(shè)置在鋁鋁電解槽的槽殼上的陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)，所述陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)包括支撐框架和若干陽(yáng)極包覆單元，所述支撐框架罩裝在鋁鋁電解槽的槽殼上方，所述支撐框架的側(cè)面與鋁鋁電解槽的槽殼側(cè)面通過(guò)側(cè)部擋板密封固定，所述陽(yáng)極包覆單元為罩殼結(jié)構(gòu)，活動(dòng)嵌裝在支撐框架的頂部，將陽(yáng)極炭塊的上部分進(jìn)行包覆，并對(duì)支撐框架頂部形成密封；

所述支撐框架內(nèi)部設(shè)有氧化鋁下料系統(tǒng)；

所述支撐框架上還固定設(shè)有煙氣收集系統(tǒng)；

所述鋁鋁電解槽的槽殼與高溫?zé)煔夂弯X包組合輸送系統(tǒng)連接。

將鋁電解槽的上部空間進(jìn)行有效地密封，通過(guò)對(duì)進(jìn)入電解槽的外界空氣進(jìn)行精準(zhǔn)控制，一方面可以獲得大量的高溫?zé)煔?600～800℃)，解決電解過(guò)程煙氣中的余熱無(wú)法回收的難題，另一方面可以對(duì)污染物進(jìn)行集中處理，大幅降低污染物排放。此外，由于鋁電解槽內(nèi)上部的高度密封，則無(wú)需覆蓋氧化和電解質(zhì)作為保溫材料，也即無(wú)結(jié)殼的存在，還可以大幅度縮短換極時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述氧化鋁下料系統(tǒng)包括固定在支撐框架內(nèi)壁的氧化鋁輸送管和若干設(shè)有下料口的下料支管，所述下料支管之間與氧化鋁輸送管并聯(lián)連接，所述氧化鋁輸送管為直通的管道，所述下料支管和氧化鋁輸送管的連接處設(shè)置氧化鋁料室，所述氧化鋁輸送管的側(cè)面設(shè)置溢出口與氧化鋁料室連通。

將下料系統(tǒng)的下料點(diǎn)分散在電解槽的陽(yáng)極間縫和中縫中，前提條件是采用上述的陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)，氧化鋁必須直接加入到熔融電解質(zhì)的表面，即不能有上部覆蓋料和結(jié)殼，也不需要復(fù)雜的氣缸和打殼系統(tǒng)。在全槽的陽(yáng)極間縫和中縫的密封系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置多組氧化鋁的連續(xù)下料口(10～30個(gè))，實(shí)現(xiàn)電解槽的氧化鋁連續(xù)分布式精準(zhǔn)下料，徹底解決槽內(nèi)氧化鋁濃度分布不均勻及自動(dòng)下料的難題。

進(jìn)一步的，所述煙氣收集系統(tǒng)包括若干組煙氣管道和煙氣收集室，所述煙氣收集室密封罩裝在支撐框架上，并通過(guò)支撐框架上的通道與鋁鋁電解槽的槽殼內(nèi)部連通，所述煙氣管道與煙氣收集室連接，向外輸出鋁電解槽內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔狻?/p>

進(jìn)一步的，所述高溫?zé)煔夂弯X包組合輸送系統(tǒng)包括分別輸送管高溫?zé)煔夂弯X包的輸送管道，所述輸送管道為內(nèi)外兩層管道，其中內(nèi)管道為鋁包輸送管道，分別連接鋁鋁電解槽的槽殼和熔鑄車間，內(nèi)管道內(nèi)設(shè)有與鋁電解槽下部的出鋁口對(duì)接的出鋁管，其內(nèi)設(shè)有自動(dòng)出鋁包和鋁包自動(dòng)輸送組件；外管道套設(shè)在內(nèi)管道外，并與內(nèi)管道外壁形成用于輸送高溫?zé)煔獾沫h(huán)形截面管腔，所述煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道與外管道連通。

利用煙氣的余熱維持出鋁后的鋁水的溫度，并實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)輸運(yùn)，即提出高溫?zé)煔馀c鋁包綜合自動(dòng)輸運(yùn)系統(tǒng)，通過(guò)將煙氣匯集傳輸管道為兩層設(shè)計(jì)，內(nèi)層為一個(gè)圓形或方形的空間，其內(nèi)部裝有鏈?zhǔn)捷斶\(yùn)系統(tǒng)，用于小型自動(dòng)出鋁包的輸運(yùn)，從而實(shí)現(xiàn)槽內(nèi)高溫?zé)煔?600～800℃)與熔融鋁液(850～950℃)相互保溫。

進(jìn)一步的，所述鋁鋁電解槽的槽殼的外壁還貼設(shè)有若干串聯(lián)連接的熱交換器，所述熱交換器通過(guò)支煙管與煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道并聯(lián)形成回路，所述支煙管上設(shè)有流量控制閥，通過(guò)鋁電解產(chǎn)生的高溫?zé)煔?600～800℃)對(duì)鋁電解槽內(nèi)部進(jìn)行保溫。

進(jìn)一步的，所述鋁鋁電解槽的槽殼的上方還設(shè)有自動(dòng)換極系統(tǒng)，包括具有豎直升降自由度和水平面內(nèi)任意位置直線運(yùn)動(dòng)自由度的自動(dòng)換極機(jī)械臂；

所述自動(dòng)換極機(jī)械臂的執(zhí)行終端設(shè)有第一定位元件和用于固定夾持陽(yáng)極導(dǎo)桿的夾緊元件、用于鎖緊或解鎖陽(yáng)極卡具的套筒扳手，所述套筒扳手通過(guò)伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)置在自動(dòng)換極機(jī)械臂上，所述夾緊元件、伸縮機(jī)構(gòu)以及套筒扳手均為電動(dòng)控制的自動(dòng)執(zhí)行件。

進(jìn)一步的，所述陽(yáng)極包覆單元通過(guò)自動(dòng)開(kāi)啟裝置設(shè)置在支撐框架上，所述自動(dòng)開(kāi)啟裝置包括電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件固定安裝在鋁鋁電解槽的槽殼上，所述陽(yáng)極包覆單元與支撐框架滑動(dòng)裝配，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件的輸出端與陽(yáng)極包覆單元連接，驅(qū)動(dòng)陽(yáng)極包覆單元沿支撐框架向外滑動(dòng)露出陽(yáng)極。

在將陽(yáng)極覆蓋料取消后，通過(guò)活動(dòng)的陽(yáng)極覆蓋單元，將現(xiàn)有天車與自動(dòng)換極機(jī)械臂結(jié)合，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)換極機(jī)械臂，結(jié)合陽(yáng)極精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)殘極進(jìn)行自動(dòng)定位，快速的進(jìn)行陽(yáng)極自動(dòng)更換，整個(gè)過(guò)程可縮短到2～5分鐘，通過(guò)槽控機(jī)實(shí)現(xiàn)換極過(guò)程的快速無(wú)人化。

進(jìn)一步的，所述煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道與高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)連接，所述高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)包括余熱回收模組、發(fā)電模組、有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器和除塵凈化模組；其中，所述余熱回收模組的進(jìn)氣端與高溫?zé)煔膺M(jìn)口連接，出氣端與除塵凈化模組連接，余熱回收模組內(nèi)部的換熱介質(zhì)管道出口與發(fā)電模組連接，所述發(fā)電模組與有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器串聯(lián)連接，所述有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器通過(guò)冷凝器回流分離后分別連接至余熱回收模組與有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器的換熱介質(zhì)管道進(jìn)口。

高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)利用高溫?zé)煔馑缓臒崃?，?duì)其熱量進(jìn)行煙氣的余熱回收，進(jìn)而應(yīng)用煙氣凈化系統(tǒng)對(duì)其中的高濃度雜質(zhì)(如二氧化硫等、含氟粉塵)進(jìn)行集中處理與回收，實(shí)現(xiàn)煙氣的深度凈化。

在本發(fā)明中的一種全自動(dòng)高效清潔的鋁電解槽中還包括槽控機(jī)，所述槽控機(jī)與布置在鋁電解槽內(nèi)部的陽(yáng)極電流檢測(cè)單元、槽溫分布檢測(cè)單元及煙氣溫度檢測(cè)單元通過(guò)信號(hào)連接，同時(shí)還與氧化鋁下料系統(tǒng)、高溫?zé)煔夂弯X包組合輸送系統(tǒng)、熱交換器、自動(dòng)換極系統(tǒng)、高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)的傳感元件及電動(dòng)執(zhí)行元件通過(guò)信號(hào)連接。

由于現(xiàn)有鋁電解工藝的控制系統(tǒng)被切割成一個(gè)個(gè)孤立的部分，其槽控機(jī)僅僅控制鋁電解槽，僅對(duì)出鋁計(jì)劃等進(jìn)行控制，也就是說(shuō)電解的全流程的自動(dòng)化程度是較低的。造成這種狀況的主要原因一方面在于現(xiàn)有鋁電解工藝的特點(diǎn)，即部分操作必須人工完成，如出鋁和換極等；另一方面在于電解槽感知系統(tǒng)的缺乏，導(dǎo)致控制算法難以實(shí)現(xiàn)全流程整體控制與優(yōu)化。

本發(fā)明提出的陽(yáng)極密封覆蓋系統(tǒng)將所有操作的機(jī)械自動(dòng)化變成可能，同時(shí)結(jié)合在電解槽關(guān)鍵部位安裝感知系統(tǒng)，完成電解槽的全數(shù)字化感知，再結(jié)合分布式氧化鋁下料算法、自動(dòng)精準(zhǔn)出鋁及換計(jì)算法、煙氣流量與熱平衡控制算法，實(shí)現(xiàn)電解槽的全流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)鋁電解生產(chǎn)全流程的自動(dòng)化。

由上所述，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明通過(guò)對(duì)鋁電解槽上部覆蓋保溫體系的創(chuàng)新，同時(shí)配合性的開(kāi)發(fā)全自動(dòng)換出鋁、換極、煙氣余熱回收體系，實(shí)現(xiàn)煙氣中損耗熱量的大幅回收及污染物的集中高效處理，有利于取得超低電耗、超低排放的運(yùn)行效果，同時(shí)大幅度降低車間人員需求，解決了煙氣所攜帶巨額能量與煙氣回收缺乏手段(低溫)的矛盾、污染物總量巨大與污染物濃度低難以治理的矛盾、大量的人工在惡劣環(huán)境下操作與自動(dòng)化手段缺乏的矛盾，實(shí)現(xiàn)鋁電解過(guò)程高溫?zé)煔獾母患c煙氣能量的高效回收，同時(shí)實(shí)現(xiàn)煙氣內(nèi)污染物的富集與集中處置，最終可實(shí)現(xiàn)鋁冶煉全流程的超高能效(能量利用率>70％，噸鋁能耗<10000kwh)、超低排放(主要污染物(如pfc等)排放降低90％以上)及全自動(dòng)化(車間減員80％以上)。

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中的一種可控鋁電解槽陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為實(shí)施例中的支撐框架的具體示意圖。

圖3a為實(shí)施例中的陽(yáng)極包覆單元頂面示意圖。

圖3b為實(shí)施例中的陽(yáng)極包覆單元底面示意圖。

圖4a為實(shí)施例中的陽(yáng)極包覆單元頂部和陽(yáng)極導(dǎo)桿之間的裝配示意圖。

圖4b為實(shí)施例中的陽(yáng)極包覆單元底部和陽(yáng)極炭塊之間的裝配示意圖。

圖5為實(shí)施例中的支撐框架和煙氣收集系統(tǒng)的裝配示意圖。

圖6a為實(shí)施例中的煙氣收集系統(tǒng)的頂部示意圖。

圖6b為實(shí)施例中的煙氣收集系統(tǒng)的底部示意圖。

圖7為實(shí)施例中的煙氣收集系統(tǒng)的分解示意圖。

圖8為實(shí)施例中的煙氣收集室的側(cè)板板材結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為實(shí)施例中的一種鋁電解槽全覆蓋分布式氧化鋁下料系統(tǒng)與鋁電解槽的骨架連接示意圖。

圖10為實(shí)施例中的下料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為實(shí)施例中的下料系統(tǒng)的氧化鋁料室局部示意圖。

圖12為實(shí)施例中的氧化鋁輸送管和下料送風(fēng)管外部示意圖。

圖13為實(shí)施例中的氧化鋁料室內(nèi)部示意圖。

圖14為實(shí)施例中的氧化鋁輸送管和下料送風(fēng)管截面示意圖。

圖15為實(shí)施例中的下料系統(tǒng)氧化鋁和空氣流動(dòng)示意圖。

圖16為實(shí)施例中的輸送管道連接鋁電解槽和熔鑄車間的示意圖。

圖17為實(shí)施例中的輸送管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖18為實(shí)施例中的鋁電解槽保溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖19為實(shí)施例中的煙氣管路和進(jìn)氣支煙管、回流支煙管之間的位置關(guān)系示意圖。

圖20為實(shí)施例中的熱交換器和鋁電解槽的槽殼之間的安裝示意圖。

圖21為實(shí)施例中的熱交換器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖22為實(shí)施例中的自動(dòng)換極機(jī)械臂的示意圖。

圖23為實(shí)施例中的槽蓋板自動(dòng)開(kāi)啟裝置示意圖。

圖24為實(shí)施例中的陽(yáng)極輸送裝置示意圖。

圖25為實(shí)施例中的陽(yáng)極在陽(yáng)極輸送裝置上的示意圖。

圖26為實(shí)施例中的天車、陽(yáng)極輸送裝置相對(duì)鋁電解槽的布置示意圖。

圖27為實(shí)施例中的一種高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)連接示意圖。

圖28為實(shí)施例中的鋁電解槽的自動(dòng)流程控制示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

參見(jiàn)圖1至圖8，圖示中的可控鋁電解槽陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)為設(shè)置在本實(shí)施例的鋁電解槽上的優(yōu)選是方案，包括支撐框架12以及若干陽(yáng)極包覆單元11(圖示中為了展現(xiàn)支撐框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)，僅表示其中的一個(gè)陽(yáng)極包覆單元)，其中，支撐框架12為若干不銹鋼桿件焊接形成的罩裝在鋁電解槽上方的框架結(jié)構(gòu)，在支撐框架12的側(cè)面與鋁鋁電解槽的槽殼的側(cè)面之間通過(guò)側(cè)部擋板密封固定，支撐框架12的頂部由若干平行分布的不銹鋼桿件焊接形成，陽(yáng)極炭塊8分布在支撐框架12頂部的間隙之間，連接的陽(yáng)極導(dǎo)桿81從支撐框架12的間隙之間伸出與陽(yáng)極母線連接，陽(yáng)極包覆單元11罩裝在陽(yáng)極炭塊8上，同時(shí)嵌裝在支撐框架的頂部，將陽(yáng)極炭塊8的上部分進(jìn)行包覆，并對(duì)支撐框架12的頂部形成密封。陽(yáng)極包覆單元11可相對(duì)于陽(yáng)極炭塊8自動(dòng)打開(kāi)，用于對(duì)陽(yáng)極進(jìn)行自動(dòng)換極，具體的打開(kāi)方式參見(jiàn)下方的自動(dòng)換極系統(tǒng)。

具體結(jié)合圖1和圖2，在支撐框架12的側(cè)面分別焊接固定有大面?zhèn)炔繐醢?3和小面?zhèn)炔繐醢?4，并在支撐框架12的內(nèi)部沿平行于大面的中心線平行對(duì)稱設(shè)置兩組中縫擋板15，其中，大面處的支撐框架12下半側(cè)與大面?zhèn)炔繐醢?3固定，小面處的支撐框架12側(cè)面完全與小面?zhèn)炔繐醢?4密封固定，即小面?zhèn)炔繐醢?4的高度與支撐框架12的頂面平齊，大面?zhèn)炔繐醢?4的高度低于支撐框架12的頂面，留出的高度差通過(guò)陽(yáng)極包覆單元的罩殼側(cè)面填補(bǔ)，完成對(duì)支撐框架12側(cè)面整體的密封設(shè)置。中縫擋板15將支撐框架12內(nèi)部分為對(duì)稱的兩組陽(yáng)極炭塊布置空間，鋁電解槽內(nèi)的陽(yáng)極對(duì)稱分布在中縫擋板15的兩側(cè)。

支撐框架12焊接固定在鋁電解槽的槽殼上方，完全覆蓋鋁電解槽的槽殼上方。支撐框架12的高度為0.8-1.5米，根據(jù)下料等其他具體部分調(diào)整，支撐框架12的頂面高度要不能低于放置在鋁電解槽內(nèi)部的陽(yáng)極炭塊的高度，保證完全覆蓋陽(yáng)極上方。陽(yáng)極炭塊放8入鋁電解槽后，陽(yáng)極炭塊的內(nèi)側(cè)緊靠中縫擋板15，陽(yáng)極包覆單元11從大面?zhèn)炔繐醢迳戏絺?cè)插嵌入支撐框架12的頂部，在外側(cè)包裹住陽(yáng)極炭塊8的上部，使煙氣無(wú)法進(jìn)入陽(yáng)極包覆單元的罩殼內(nèi)，同時(shí)保證了該系統(tǒng)的密封性。

結(jié)合參見(jiàn)圖3a和圖3b，本實(shí)施例中的陽(yáng)極包覆單元11為一罩殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)不銹鋼板材拼裝設(shè)置，陽(yáng)極包覆單元11的罩殼內(nèi)部空間與陽(yáng)極炭塊8匹配，在陽(yáng)極包覆單元11的底部設(shè)有供陽(yáng)極炭塊穿過(guò)的陽(yáng)極炭塊孔112，在陽(yáng)極包覆單元11的頂部設(shè)有供陽(yáng)極導(dǎo)桿81穿過(guò)的陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111，保證陽(yáng)極炭塊8和陽(yáng)極導(dǎo)桿81的正常安裝。

在陽(yáng)極包覆單元11靠近中縫擋板15的一側(cè)面開(kāi)口，并且將陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111和陽(yáng)極炭塊孔112向該側(cè)面延伸至開(kāi)口，便于在安裝陽(yáng)極包覆單元11時(shí)，通過(guò)開(kāi)口將陽(yáng)極包覆單元罩裝在陽(yáng)極炭塊上。在設(shè)置開(kāi)口的陽(yáng)極包覆單元側(cè)邊上設(shè)有中縫擋板插銷113，在中縫擋板15上設(shè)有對(duì)應(yīng)的中縫擋板插孔151，在將陽(yáng)極包覆單元11從外向內(nèi)罩裝在陽(yáng)極炭塊上后，將中縫擋板插銷113和中縫擋板插孔151插裝，通過(guò)陽(yáng)極包覆單元11的罩殼結(jié)構(gòu)與中縫擋板15圍成相對(duì)于陽(yáng)極炭塊8上部的密封空間，中縫擋板15在安裝時(shí)應(yīng)保證其與陽(yáng)極炭塊8之間相距0.1-0.3cm。

在不設(shè)置自動(dòng)換極的鋁電解槽上，可直接在陽(yáng)極包覆單元11的兩側(cè)和支撐框架12框架之間分別設(shè)有導(dǎo)向和支撐的定位臺(tái)階114、121，陽(yáng)極包覆單元11的頂面整體略寬于支撐框架頂部的間隙，保證陽(yáng)極包覆單元不會(huì)掉入電解槽中，同時(shí)在陽(yáng)極包覆單元11與支撐框架12嵌裝后，還能保持支撐框架12頂部的平整。

如圖4a和4b所示，在將陽(yáng)極包覆單元11包覆罩裝在陽(yáng)極炭塊8上后，頂部的陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111仍有部分開(kāi)口，外部空氣會(huì)通過(guò)該處混入鋁電解槽內(nèi)，本實(shí)施例在此蓋設(shè)陽(yáng)極導(dǎo)桿孔蓋板16，將露出的陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111封閉。

陽(yáng)極包覆單元11在陽(yáng)極炭塊8放入鋁電解槽后，從支撐框架12的大面?zhèn)惹恫迦朊芊庀到y(tǒng)，陽(yáng)極炭塊8底部通過(guò)陽(yáng)極炭塊孔112伸入電解槽中參與電解反應(yīng)，陽(yáng)極導(dǎo)桿81通過(guò)陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111與陽(yáng)極母線相連，陽(yáng)極包覆單元11與中縫擋板15共同包裹住陽(yáng)極炭塊上部，陽(yáng)極包覆單元11的底部與中縫擋板15共同構(gòu)成的空間內(nèi)壁與距陽(yáng)極炭塊8之間保持0.1-0.4cm的間隙，保證陽(yáng)極可上下移動(dòng)，并且煙氣難以進(jìn)入陽(yáng)極包覆結(jié)構(gòu)中，保護(hù)鋼爪，隨后將陽(yáng)極導(dǎo)桿孔蓋板16覆蓋在陽(yáng)極導(dǎo)桿孔111。陽(yáng)極包覆單元11應(yīng)保證陽(yáng)極炭塊8在消耗至最低高度時(shí)，其底部陽(yáng)極炭塊孔112與陽(yáng)極炭塊8之間仍保持良好密封，陽(yáng)極包覆單元11的高度應(yīng)根據(jù)不同電解槽所使用的陽(yáng)極炭塊尺寸確定。

本實(shí)施例中的中縫擋板15之間的支撐框架12頂部，可采用蓋板覆蓋，也可安裝鋁電解槽的煙氣收集系統(tǒng)、下料系統(tǒng)。

本實(shí)施例以設(shè)置有上述可控鋁電解槽陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)的鋁電解槽為例，對(duì)在支撐框架12上設(shè)置煙氣收集系統(tǒng)2進(jìn)行說(shuō)明。

結(jié)合參見(jiàn)圖5、圖6a和圖6b，本實(shí)施例中的煙氣收集系統(tǒng)2包括若干組煙氣管道21和煙氣收集室22，其中煙氣收集室22密封罩裝在中縫擋板之間的支撐框架12上，通過(guò)中縫擋板之間的通道與鋁電解槽內(nèi)部連通，煙氣收集室22再通過(guò)煙氣管道21與鋁電解廠主煙氣管道連接，通過(guò)煙氣收集處理系統(tǒng)對(duì)煙氣中的余熱進(jìn)行回收利用后進(jìn)行處理排放。

具體如圖7所示，煙氣收集室22包括可拼裝的收集室長(zhǎng)邊側(cè)擋板221、收集室短邊側(cè)擋板222和收集室頂部擋板223，其中收集室長(zhǎng)邊側(cè)擋板221的側(cè)邊和收集室短邊側(cè)擋板222的側(cè)邊之間設(shè)置相互配合的連接螺柱224和連接孔225進(jìn)行固定拼裝，收集室長(zhǎng)邊側(cè)擋板221的頂邊以及收集室短邊側(cè)擋板222的頂邊分別與收集室頂部擋板223的側(cè)邊之間設(shè)置相互配合的連接螺柱224和連接孔225進(jìn)行固定拼裝。

煙氣收集室22的底部不設(shè)置擋板，形成圖6b中的收集室底部通道孔226，收集室底部通道孔226的寬度與中縫擋板之間的寬度一致，煙氣收集室22通過(guò)收集室底部通道孔226與鋁電解槽內(nèi)部對(duì)接，收集室底部通道孔226的側(cè)邊焊接在支撐框架的不銹鋼結(jié)構(gòu)骨架上，并且與中縫擋板無(wú)縫對(duì)接。在收集室頂部擋板223上設(shè)有煙氣收集管道連接孔2231，對(duì)應(yīng)的在煙氣管道21端部設(shè)置煙氣管道連接法蘭211，煙氣管道21通過(guò)法蘭連接與煙氣收集管道連接孔2231固定連通。

在煙氣管道21與主煙氣管道的相連處設(shè)有流速電子閥門(mén)，用于控制煙氣流速，該電子閥門(mén)與鋁電解槽控制系統(tǒng)連接，通過(guò)煙氣流速、溫度的監(jiān)控與建模計(jì)算，獲得電解槽內(nèi)熱評(píng)和狀態(tài)信息，從而對(duì)該閥門(mén)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，煙氣管道21和煙氣收集室22的數(shù)目與鋁電解的容量、陽(yáng)極數(shù)目有關(guān)，對(duì)于大型鋁電解槽，需保證但不限制于4-8個(gè)煙氣收集室，以保證煙氣排出效果。

如圖8所示，煙氣收集室22的收集室長(zhǎng)邊側(cè)擋板221、收集室短邊側(cè)擋板222和收集室頂部擋板223采用復(fù)合板材，包括有三層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部與煙氣接觸，采用耐高溫、耐腐蝕的鎂鋁尖晶石材料的內(nèi)襯層2201，中間為支撐層2202，可采用不銹鋼板材作為支撐，外部與空氣接觸，采用普通保溫材料支撐的保溫層2203。

支撐框架12上固定的大面?zhèn)炔繐醢?3、小面?zhèn)炔繐醢?4同樣可采用上述復(fù)合板材，對(duì)應(yīng)的支撐框架12的本體骨架以及中縫擋板15則可采用不銹鋼材質(zhì)，并在外表面涂設(shè)鋁鎂尖晶石結(jié)構(gòu)層，以防止高溫?zé)煔饧半娊赓|(zhì)對(duì)不銹鋼的侵蝕。

在安裝煙氣收集系統(tǒng)時(shí)，首先將氣體收集室22組裝完成，擋板之間采用螺絲固定，在相互接觸處設(shè)有溝槽以保證密封性。然后將氣體收集室22整體焊接在可控鋁電解槽陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)的支撐框架12的中縫處不銹鋼結(jié)構(gòu)骨架之上，在氣體收集室22裝完成之后，再將煙氣管道21與氣體收集室22相連，每個(gè)氣體反應(yīng)室都采用獨(dú)立的煙氣管道與主煙氣管道相連，保證電解槽每個(gè)區(qū)域煙氣排出效果良好。

參見(jiàn)圖9至圖15，對(duì)本實(shí)施例采用圖1中的陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)的鋁電解槽設(shè)置的全覆蓋分布式氧化鋁下料系統(tǒng)5進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，下料系統(tǒng)5具體包括氧化鋁輸送管51、下料送風(fēng)管52、氧化鋁料室53、下料支管54、主氧化鋁送風(fēng)管55、下料支管送風(fēng)管56等管道組成，其中，氧化鋁輸送管51和下料支管54為氧化鋁粉的主要輸送管道，若干下料支管54的一端分別通過(guò)氧化鋁料室53與氧化鋁輸送管51連通，氧化鋁輸送管51和下料支管54均采用超濃相氣態(tài)輸送方式，氧化鋁輸送管51一端封閉，另一端與電解鋁廠的氧化鋁輸送系統(tǒng)相連，氧化鋁粉從外部通過(guò)氧化鋁輸送管51進(jìn)入氧化鋁料室53，在壓力作用下均勻從氧化鋁料室53輸送進(jìn)入下料支管54，經(jīng)下料口59進(jìn)入電解槽的電解質(zhì)中，完成下料。氧化鋁的下料可通過(guò)槽控機(jī)對(duì)鋁電解槽內(nèi)部的電介質(zhì)液面進(jìn)行反饋控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)下料。

下料支管54一端通過(guò)氧化鋁料室53與氧化鋁輸送管連接，另一端延伸鋁電解槽內(nèi)部，若干下料支管54之間與氧化鋁輸送管并聯(lián)連接，下料支管54延伸分布在鋁電解槽內(nèi)部陽(yáng)極之間的間縫內(nèi)，同時(shí)，在同一陽(yáng)極間縫中設(shè)置一長(zhǎng)一短兩組下料支管54，一長(zhǎng)一短兩組下料支管54之間并排設(shè)置，并通過(guò)同一氧化鋁料室與氧化鋁輸送管連通，兩組下料支管54的下料口分別位于下料支管遠(yuǎn)離氧化鋁輸送管的端部，提高陽(yáng)極間縫內(nèi)的下料均勻性。

考慮到不同槽型容量不同，大容量電解槽在設(shè)置陽(yáng)極密封系統(tǒng)的電解槽框架1內(nèi)，沿電解槽的中間長(zhǎng)度方向設(shè)置集氣罩，同時(shí)在集氣罩的兩側(cè)排布陽(yáng)極，為了保證下料的均勻，如本實(shí)施例的圖9和圖10中所示，應(yīng)在集氣罩的兩端安裝兩套下料系統(tǒng)5以保證下料的均勻，即在該種電解槽框架的結(jié)構(gòu)中，采用兩組平行的氧化鋁輸送管51分別沿集氣罩兩側(cè)平行對(duì)稱布置，每組氧化鋁輸送管51連接的下料支管向集氣罩兩側(cè)的鋁電解槽空間延伸。

具體如圖11和圖12所示，氧化鋁輸送管51為一直通管，其側(cè)壁上設(shè)有若干溢出口58，氧化鋁料室53設(shè)置在氧化鋁輸送管51的外壁，通過(guò)溢出口58與氧化鋁輸送管51內(nèi)部連通，氧化鋁輸送管51內(nèi)的氧化鋁粉在氣流輸送作用下從溢出口58進(jìn)入到氧化鋁料室5中，下料支管54與氧化鋁料室53的底部連通，這樣即使其中一個(gè)氧化鋁料室發(fā)生了堵塞，也不會(huì)造成整個(gè)氧化鋁輸送管51內(nèi)部氧化鋁粉輸送的停滯。

氧化鋁粉在氧化鋁輸送管和下料支管中均采用氣流輸送，本實(shí)施例的氧化鋁輸送管51和下料支管54還分別設(shè)置有送風(fēng)管，結(jié)合圖13和圖14所示，氧化鋁輸送管51內(nèi)部通過(guò)帶孔隔板57分層設(shè)有主氧化鋁送風(fēng)管55，主氧化鋁送風(fēng)管55與送風(fēng)系統(tǒng)連接，通入的空氣氣流與氧化鋁輸送管51內(nèi)的氧化鋁粉進(jìn)行氣態(tài)輸送。由于主氧化鋁送風(fēng)管55和氧化鋁輸送管51之間通過(guò)帶孔隔板57分層，主氧化鋁送風(fēng)管55和氧化鋁料室53之間不用連通設(shè)置。另外還單獨(dú)設(shè)置一個(gè)下料送風(fēng)管52，下料送風(fēng)管52與氧化鋁輸送管51之間平行布置，其上并聯(lián)連接若干下料支管送風(fēng)管56，下料支管送風(fēng)管56位于下料支管54下側(cè)，下料支管54和下料支管送風(fēng)管56之間同樣通過(guò)帶孔隔板57隔開(kāi)設(shè)置，由下料送風(fēng)管56內(nèi)部的氣流推送下料支管54內(nèi)的氧化鋁粉由下料口59進(jìn)入電解槽中。

如圖15所示，圖15中的虛線箭頭為氧化鋁粉的流動(dòng)方向，實(shí)線箭頭為空氣氣流流動(dòng)方向，氧化鋁粉從氧化鋁輸送管51側(cè)壁的溢出口58進(jìn)入到氧化鋁料室53中，然后進(jìn)入下料支管54內(nèi)，通過(guò)下料支管54從下料口59進(jìn)入電解槽，氣流分為兩部分，其中一部分氣流沿主氧化鋁送風(fēng)管55將氧化鋁輸送管51內(nèi)氧化鋁吹入氧化鋁料室53內(nèi)，另一部分氣流沿下料送風(fēng)管52吹入下料支管送風(fēng)管56，對(duì)送入到下料支管54內(nèi)的氧化鋁粉進(jìn)行吹送。

本實(shí)施例中下料系統(tǒng)5的管道全部采用不銹鋼管，通過(guò)焊接固定在不銹鋼框架1的下方，下料支管54的下料口59等距離的分布在鋁電解槽小面?zhèn)?，下料支?4應(yīng)該分布覆蓋全部陽(yáng)極間縫，實(shí)現(xiàn)下料口全面覆蓋并且均勻地分布在鋁電解槽內(nèi)。由于下料系統(tǒng)與電解槽內(nèi)的高溫電解質(zhì)的距離較近，因此下料系統(tǒng)的管道外表面均設(shè)有耐腐蝕耐高溫的鎂鋁尖晶石材料覆蓋層。

由于需要固定安裝在電解槽可控陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)的電解槽框架1下方，因此需要先行安裝鋁電解槽可控陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)。安裝本系統(tǒng)時(shí)需要分批次安裝，焊接固定。首先將氧化鋁輸送管51安裝在可控鋁電解槽陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)中縫處的長(zhǎng)不銹鋼骨架下方，在氧化鋁輸送管51相應(yīng)位置安裝氧化鋁料室53，安裝下料送風(fēng)管52，在每個(gè)間縫的不銹鋼骨架下方安裝下料支管54，并與氧化鋁料室53之間固定完成，檢查連接處的密封性和通暢性，隨后與電解鋁廠的氧化鋁輸送管道相連，檢查每個(gè)下料口的氧化鋁下料量即可完成安裝。

以下結(jié)合圖16至圖17，對(duì)本實(shí)施例的鋁電解槽的高溫?zé)煔夂弯X包組合輸送方案進(jìn)行說(shuō)明，其中包括用于輸送鋁包和高溫?zé)煔獾妮斔凸艿?以及自動(dòng)出鋁包3、出鋁管31、出鋁軌道32，其中，輸運(yùn)管道4為兩層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)外套裝的內(nèi)管道41和外管道42，其中內(nèi)管道41內(nèi)部用于鋁包輸送的管道，分別連接鋁電解槽1和熔鑄車間100，內(nèi)部設(shè)有鋁包自送輸送組件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出鋁包將鋁電解槽1中的熔融鋁液自動(dòng)輸送至熔鑄車間100，外管道42套設(shè)在內(nèi)管道41外，與內(nèi)管道外壁之間形成用于輸送高溫?zé)煔獾沫h(huán)形截面管腔。

關(guān)于輸送管道4與電解槽之間的連接關(guān)系如下：外管道42與煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道21相連接，煙氣管道21與鋁電解槽上部的集氣罩相連接，用于將鋁電解槽內(nèi)部的高溫?zé)煔廨斔椭镣夤艿?2和內(nèi)管道41之間的環(huán)形管腔；內(nèi)管道41與出鋁管31相連接，出鋁管31一端與鋁電解槽下部的出鋁口相連接，另一端延伸至出內(nèi)管道內(nèi)部，內(nèi)管道41內(nèi)設(shè)有若干自動(dòng)出鋁包3以及用于自動(dòng)出鋁包輸送的鋁包自動(dòng)輸送組件，自動(dòng)出鋁包3通過(guò)鋁包自動(dòng)輸送組件移動(dòng)至出鋁管31下方與之對(duì)接，電子閥門(mén)打開(kāi)將鋁電解槽中的熔融鋁液輸出到自動(dòng)出鋁包3中，然后自動(dòng)出鋁包3通過(guò)鋁包自動(dòng)輸送組件移動(dòng)至熔鑄車間實(shí)現(xiàn)熔融鋁液的轉(zhuǎn)運(yùn)，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，外管道42和內(nèi)管道41之間充斥的高溫?zé)煔馀c內(nèi)管道41輸送的熔融鋁液形成相互保溫的作用。

輸送管道4的外部通過(guò)支架等固定裝置設(shè)置，以便穩(wěn)定并固定管道，在輸送管道4的外管道42外包裹著一定厚度的保溫棉，這樣一方面能進(jìn)一步的減少熱損失，另一方面也能很好地保護(hù)管道減少人為或自然破壞。輸送管道4遠(yuǎn)離熔鑄車間的一端設(shè)有封閉門(mén)，使內(nèi)管道和外管道的內(nèi)部基本上呈封閉狀態(tài)，封閉門(mén)也為檢修提供便利，另一端與連至熔鑄車間，這樣自動(dòng)出鋁包便能直接的將鋁液從電解車間運(yùn)送至熔鑄車間，降低了人力人本。

在實(shí)際生產(chǎn)中，輸送管道4可將多組鋁電解槽進(jìn)行并聯(lián)，輸送管道4可采用多節(jié)拼裝，每一節(jié)輸送管道4對(duì)應(yīng)一組鋁電解槽，每節(jié)輸送管道(包括內(nèi)管道和外管道)的拼接處做好密封處理，防止高溫?zé)煔庀蛲庑孤痘蛘呦騼?nèi)管道內(nèi)泄露。具體關(guān)于管道的拼接及密封處理為常規(guī)技術(shù)，本實(shí)施例在此不做贅述。

具體的，本實(shí)施例中的外管道42的殼體采用金屬外殼，其管道內(nèi)部設(shè)有由耐火保溫材料繞管壁鋪設(shè)而成的內(nèi)襯，外管道42與煙氣管道21相連通，而煙氣管道21與鋁電解槽上部的集氣罩連接，這樣鋁電解槽排出的高溫?zé)煔獗隳軐?duì)內(nèi)管道41進(jìn)行保溫作用，另外內(nèi)襯鋪設(shè)的耐火保溫材料也能減少煙氣的熱量散失，鋁電解產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)煙氣管道21、外管道42最后排至高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)，對(duì)煙氣進(jìn)行進(jìn)一步地處理。

內(nèi)管道41的殼體同樣采用金屬外殼，在內(nèi)管道41與外管道42之間設(shè)有一定數(shù)量的支架，以對(duì)內(nèi)管道41和外管道42之間進(jìn)行固定支撐。內(nèi)管道41的內(nèi)部設(shè)有自動(dòng)出鋁包3、鋁包自動(dòng)輸送組件和出鋁管31，出鋁管31與鋁電解槽下部的出鋁口相連接，出鋁管31的外端設(shè)置電子閥門(mén)以控制自動(dòng)出鋁，電子閥門(mén)與鋁電解槽的槽控機(jī)通過(guò)信號(hào)連接，可根據(jù)鋁電解槽內(nèi)部的熔融鋁液的液位進(jìn)行反饋控制。

本實(shí)施例中的自動(dòng)出鋁包3為金屬外殼，內(nèi)壁設(shè)有由耐火材料制成的內(nèi)襯，這樣可防止高溫的熔融鋁液對(duì)自動(dòng)出鋁包3造成損傷。鋁包自動(dòng)輸送組件包括鋪設(shè)在內(nèi)管道底部的出鋁軌道以及設(shè)置在自動(dòng)出鋁包底部的行走機(jī)構(gòu)和定位傳感器，可由槽控機(jī)控制自動(dòng)完成出鋁及鋁液輸送過(guò)程。出鋁軌道32沿內(nèi)管道41的長(zhǎng)度方向水平鋪設(shè)，由鋁電解槽所在車間鋪至熔鑄車間，其主要為自動(dòng)出鋁包3提供運(yùn)動(dòng)路徑。

本實(shí)施例的自動(dòng)出鋁及輸送鋁液的過(guò)程如下：當(dāng)鋁電解槽中的熔融鋁液達(dá)到一定液位時(shí)，槽控機(jī)控制電子閥門(mén)，打開(kāi)出鋁管31，同時(shí)槽控機(jī)也控制自動(dòng)出鋁包3底部的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將自動(dòng)出鋁包3運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)的出鋁管位置進(jìn)行對(duì)接出鋁，當(dāng)鋁電解槽鋁液液位低于一定液位時(shí)，槽控機(jī)控制電子閥門(mén)關(guān)閉，出鋁結(jié)束，然后傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將自動(dòng)出鋁包3沿出鋁軌道32運(yùn)至熔鑄車間進(jìn)行進(jìn)一步加工，自動(dòng)出鋁包3通過(guò)定位傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位出鋁，關(guān)于自動(dòng)出鋁包的行走機(jī)構(gòu)和定位傳感器均為常規(guī)的鋁電解自動(dòng)出鋁控制技術(shù)，本實(shí)施例在此不做贅述。

結(jié)合參見(jiàn)圖18至圖21，本實(shí)施例中的鋁電解槽外部還設(shè)有利用電解產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾谋匮b置，具體包括由進(jìn)氣支煙管101、回流支煙管102以及若干熱交換器104形成的保溫回路，該保溫回路利用電解槽的高溫排放煙氣通過(guò)鋁電解槽1的槽殼的外側(cè)壁對(duì)電解槽內(nèi)部進(jìn)行保溫。

進(jìn)氣支煙管101和回流支煙管102采用長(zhǎng)度不小于1-2米的直管與煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道21連接，其具體的連接設(shè)置方式如圖19所示，順著煙氣管道21的煙氣排放方向引出進(jìn)氣支煙管101，進(jìn)氣支煙管101內(nèi)的煙氣流動(dòng)方向與煙氣管道內(nèi)的煙氣流動(dòng)方向之間的夾角α小于30°，為了便于煙氣管道21內(nèi)的高溫排放煙氣能夠順利進(jìn)入到進(jìn)氣支煙管101內(nèi)，進(jìn)氣支煙管101設(shè)有一截進(jìn)氣支煙管伸出段1011位于煙氣管道21內(nèi)；回流支煙管102同樣順著煙氣管道內(nèi)的煙氣排放方向與煙氣管道21引入連接，回流支煙管102內(nèi)的煙氣流動(dòng)方向與煙氣管道內(nèi)的煙氣流動(dòng)方向之間的夾角β小于30°，避免回流的煙氣對(duì)煙氣管道內(nèi)的煙氣形成擾動(dòng)，同樣的，回流支煙管102設(shè)有一截回流支煙管伸出段1021位于煙氣管道21內(nèi)。

進(jìn)氣支煙管101上設(shè)有流量控制閥102，該流量控制閥102與電解槽控制系統(tǒng)的熱平衡監(jiān)控模塊通過(guò)信號(hào)反饋連接，通過(guò)電解槽內(nèi)部的溫度及能耗監(jiān)控信號(hào)，在鋁電解控制系統(tǒng)的作用下，基于電解槽的熱平衡動(dòng)態(tài)計(jì)算，對(duì)進(jìn)入熱交換器的高溫排放煙氣流量大小進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)利用煙氣的余熱對(duì)電解槽內(nèi)部的熱平衡進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)作用。

具體的，本實(shí)施例中的熱交換器104主要布置在鋁電解槽1的槽殼的兩個(gè)大面，兩個(gè)大面的熱交換器104之間依次串聯(lián)連通，兩個(gè)大面端部的熱交換器104分別與進(jìn)氣支煙管101和回流支煙管102固定連通。如圖20和圖21所示，本實(shí)施例中的熱交換器104采用板式熱交換器，板式熱交換器為具有內(nèi)部空腔的平板式金屬殼體，采用耐高溫(800℃以上)、抗氧化、耐腐蝕、導(dǎo)熱迅速的金屬材質(zhì)，該金屬殼體一側(cè)外壁通過(guò)焊接緊貼鋁電解槽1的槽殼的側(cè)面上，其上均設(shè)有熱交換器氣體入口1041和熱交換器氣體出口1042，排放煙氣從熱交換器氣體入口1041進(jìn)入熱交換器，從熱交換器氣體出口1042流出，流經(jīng)熱交換器內(nèi)部腔體的高溫排放煙氣通過(guò)熱交換器的殼體與鋁電解槽的槽殼進(jìn)行熱交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽的保溫。同一大面的相鄰熱交換器的熱交換器氣體入口和熱交換器氣體出口依次通過(guò)熱交換器連接管105固定串聯(lián)，兩個(gè)大面的同一端熱交換器的熱交換器氣體入口和熱交換器氣體出口通過(guò)端部連接管106連通，兩個(gè)大面另一端熱交換器的熱交換器氣體入口和熱交換器氣體出口分別與進(jìn)氣支煙管101和回流支煙管102固定連通。煙氣通過(guò)進(jìn)氣支煙管101流入靠近電解槽進(jìn)電端或出電端的的第一個(gè)熱交換器氣體入口，流過(guò)熱交換器內(nèi)腔后由該熱交換器氣體出口再經(jīng)過(guò)熱交換器連接管105進(jìn)入到下一個(gè)熱交換器，換熱后的排放煙氣由此流經(jīng)電解槽兩個(gè)大面的所有熱交換器后再由回流支煙管102回流輸送到煙氣管道21，隨電解槽的排放煙氣統(tǒng)一排放。實(shí)際應(yīng)用中，也可將經(jīng)過(guò)換熱器換熱后的排放煙氣經(jīng)過(guò)單獨(dú)的煙氣處理系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)排放。

本實(shí)施例中的板式熱交換器的中間殼體設(shè)有寬為0.5～1cm的豎直狹縫1043，該狹縫1043將板式熱交換器形成n型或u型內(nèi)腔，同一熱交換器的熱交換器氣體入口1041和熱交換器氣體出口1042分別設(shè)置在狹縫1043的兩側(cè)，這樣設(shè)置用于控制熱交換器內(nèi)煙氣的流經(jīng)路線，使煙氣充滿整個(gè)熱交換器，延長(zhǎng)了高溫排放煙氣在熱交換器內(nèi)腔停留的時(shí)間，提高了與鋁電解槽的槽殼的換熱效率。

考慮到鋁電解槽1的槽殼的外壁還設(shè)有陰極鋼棒1001并且需要與搖籃架1002等外部固定支架連接，在實(shí)際應(yīng)用中，在鋁電解槽1的槽殼連接的每?jī)蓚€(gè)相鄰搖籃架1002之間、陰極鋼棒1001上部的側(cè)部槽殼區(qū)域設(shè)置一個(gè)熱交換器104，不與搖籃架1002和陰極鋼棒1001發(fā)生接觸，相鄰的熱交換器之間的熱交換器連接管105采用u型連接管，熱交換器連接管105和端部連接管106均采用耐高溫(800℃以上)、抗氧化、耐腐蝕的金屬管，分別與熱交換器氣體入口1041和熱交換器氣體出口1042焊接密封。本發(fā)明的熱交換器的數(shù)量和尺寸大小均根據(jù)電解槽的實(shí)際情況而制作，相鄰熱交換器之間的熱交換器連接管105形狀不受圖5所限制，連接管只需繞過(guò)搖籃架上部，并且保證與熱交換器的進(jìn)口和出口能密封對(duì)接即可。

由于電解槽排放煙氣中存在少量的粉塵，本實(shí)施例將熱交換器的底部設(shè)置成兩邊向中間傾斜向下的漏斗結(jié)構(gòu)，在漏斗結(jié)構(gòu)的底端連接降塵室1044，用于積累收集排放煙氣中夾帶的少量粉塵。

上述保溫裝置使得部分煙氣的熱量合理地用于對(duì)電解槽側(cè)部的保溫，減少鋁電解槽的槽殼散熱，有利于電解槽的低能耗穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)在進(jìn)氣支煙管上裝有流量控制閥，用于控制進(jìn)入熱交換器的煙氣流量大小，在對(duì)電解槽側(cè)部進(jìn)行保溫、使電解槽低能耗穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽的熱平衡調(diào)節(jié)。

以下結(jié)合圖22至圖26對(duì)本實(shí)施例中的鋁電解槽設(shè)置的自動(dòng)換極系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。該自動(dòng)換極系統(tǒng)具體包括由第一定位元件61、夾緊元件62、伸縮機(jī)構(gòu)63、套筒扳手64、機(jī)架65構(gòu)成的自動(dòng)換極機(jī)械臂，驅(qū)動(dòng)自動(dòng)換極機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)豎直升降自由度和水平面內(nèi)任意位置直線運(yùn)動(dòng)自由度的天車67，由第二定位元件66、輸送機(jī)68、托盤(pán)69、陽(yáng)極堆垛區(qū)611、擋邊613構(gòu)成的陽(yáng)極輸送裝置，由陽(yáng)極包覆單元11、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件612構(gòu)成的槽蓋板自動(dòng)開(kāi)啟裝置。

具體如圖22所示，自動(dòng)換極機(jī)械臂通過(guò)機(jī)架65與天車的起吊端連接，通過(guò)天車67帶動(dòng)自動(dòng)換極機(jī)械臂升降和平移，在機(jī)架65上設(shè)有夾緊元件62，夾緊元件62采用電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)控制的夾爪，用于夾緊陽(yáng)極炭塊8上的陽(yáng)極導(dǎo)桿81，通過(guò)夾緊陽(yáng)極導(dǎo)桿81對(duì)陽(yáng)極炭塊8進(jìn)行升降移動(dòng)。

在機(jī)架65上還設(shè)有第一定位元件61，通過(guò)第一定位元件61可準(zhǔn)確的將自動(dòng)換極機(jī)械臂移至陽(yáng)極導(dǎo)桿81的正上方。第一定位元件61可采用反射式位置傳感器。

在機(jī)架65上還通過(guò)伸縮機(jī)構(gòu)63設(shè)置套筒扳手64，在夾緊元件62夾緊陽(yáng)極導(dǎo)桿后，通過(guò)伸縮機(jī)構(gòu)63移動(dòng)套筒扳手64對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)極導(dǎo)桿81上固連的陽(yáng)極卡具82，陽(yáng)極卡具82為將陽(yáng)極與鋁電解槽連接的固定裝置，其通過(guò)螺栓連接將陽(yáng)極卡具82和陽(yáng)極導(dǎo)桿81固定，伸縮機(jī)構(gòu)63采用電動(dòng)伸縮桿、液壓伸縮桿或氣動(dòng)伸縮桿，套筒扳手64同樣采用電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)套筒，在夾緊元件62夾緊陽(yáng)極導(dǎo)桿81后，設(shè)定好伸縮機(jī)構(gòu)63的伸縮運(yùn)動(dòng)方向，能夠直接將套筒扳手64對(duì)準(zhǔn)陽(yáng)極卡具上的螺栓進(jìn)行鎖緊或解鎖。

夾緊元件62、伸縮機(jī)構(gòu)63以及套筒扳手64的均通過(guò)電信號(hào)與鋁電解槽的槽控機(jī)連接，通過(guò)槽控機(jī)發(fā)出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，依次控制夾緊元件63的夾緊和松開(kāi)、伸縮機(jī)構(gòu)63的伸縮動(dòng)作以及套筒扳手64對(duì)螺栓的鎖緊和解鎖，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)控制自動(dòng)換極機(jī)械臂對(duì)陽(yáng)極和電解槽之間的連接和分離。

為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)換極，本實(shí)施例還在陽(yáng)極上方設(shè)置有槽蓋板自動(dòng)開(kāi)啟裝置，具體如圖23所示，鋁電解槽上方陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)陽(yáng)極包覆單元11滑動(dòng)嵌裝在其支撐框架12上，在鋁電解槽1的側(cè)壁槽殼上方通過(guò)機(jī)座設(shè)置電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件612，電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件612采用直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如絲桿機(jī)構(gòu)或齒輪齒條機(jī)構(gòu))，其驅(qū)動(dòng)端與陽(yáng)極包覆單元11連接，操控陽(yáng)極包覆單元11沿支撐框架12向外側(cè)滑動(dòng)，將其包覆的陽(yáng)極炭塊8露出，實(shí)現(xiàn)在換極前打開(kāi)陽(yáng)極包覆單元、在換極后關(guān)閉陽(yáng)極包覆單元。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件612可采用減速電機(jī)，減速電機(jī)的輸出軸連接直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的主動(dòng)端(如絲桿機(jī)構(gòu)的絲桿或齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒輪)，通過(guò)直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的從動(dòng)端(如絲桿機(jī)構(gòu)的螺母或齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條)直線驅(qū)動(dòng)陽(yáng)極包覆單元滑動(dòng)。

為了實(shí)現(xiàn)新陽(yáng)極和殘陽(yáng)極的自動(dòng)輸送，本實(shí)施例還在鋁電解槽的一側(cè)設(shè)有陽(yáng)極輸送裝置，具體如圖24和圖25所示，陽(yáng)極輸送裝置主體為輸送機(jī)68，輸送機(jī)68設(shè)置在鋁電解槽的一側(cè)，輸送機(jī)68的兩端分別連接陽(yáng)極堆垛區(qū)，可分別用于堆放新陽(yáng)極和換下的殘陽(yáng)極。本實(shí)施例中的輸送機(jī)68采用鱗板式輸送機(jī)，在輸送機(jī)上設(shè)有若干用于盛放陽(yáng)極的鋼質(zhì)托盤(pán)69，陽(yáng)極放置在托盤(pán)69上通過(guò)輸送機(jī)進(jìn)行輸送。在輸送機(jī)的兩側(cè)固定設(shè)有擋邊613，輸送機(jī)的輸送帶寬度要比托盤(pán)及陽(yáng)極寬度寬0.2-1m，避免陽(yáng)極在輸送過(guò)程中與擋邊613發(fā)生碰撞，擋邊613上設(shè)有第二定位元件66，第二定位元件66與第一定位元件61采用同樣的位置傳感器，在將殘陽(yáng)極下降放置托盤(pán)上時(shí)，以第二定位元件66所在的水平面為基準(zhǔn)，通過(guò)第二定位元件66檢測(cè)到殘陽(yáng)極下降的高度，并結(jié)合天車的初始高度計(jì)算出殘陽(yáng)極的實(shí)際高度。

在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)施例可對(duì)同一車間的多組鋁電解槽進(jìn)行統(tǒng)一換極管理，如圖26所示，若干組鋁電解槽1平行布置在車間內(nèi)，車間內(nèi)的天車67平行與鋁電解槽設(shè)置，陽(yáng)極輸送裝置的輸送機(jī)68垂直于鋁電解槽1設(shè)置在一側(cè)，并與鋁電解槽的平行布置方向的長(zhǎng)度相等，保證能夠?qū)θ我馕恢玫匿X電解槽1進(jìn)行陽(yáng)極輸送，陽(yáng)極堆垛區(qū)611布置在輸送機(jī)68的兩端。天車、自動(dòng)換極機(jī)械臂及輸送機(jī)上還設(shè)有位置標(biāo)識(shí)和距離檢測(cè)設(shè)備，所述位置標(biāo)識(shí)包括條形碼、二維碼、反光標(biāo)識(shí)中的至少一種，如條形碼和二維碼可記錄對(duì)應(yīng)的鋁電解槽或陽(yáng)極的編號(hào)，便于天車、自動(dòng)換極機(jī)械臂及輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)定位動(dòng)作，所述距離檢測(cè)設(shè)備包括激光測(cè)距儀、紅外測(cè)距儀、超聲測(cè)距儀、視覺(jué)控制攝像頭的至少一種，通過(guò)距離檢測(cè)設(shè)備能夠?qū)μ燔嚒⒆詣?dòng)換極機(jī)械臂的各部件以及輸送機(jī)的移動(dòng)距離進(jìn)行反饋檢測(cè)，并且對(duì)位置標(biāo)識(shí)進(jìn)行識(shí)別。本實(shí)施例中，選用長(zhǎng)寬為5cm×5cm的反光標(biāo)識(shí)作為位置標(biāo)識(shí)，選用激光測(cè)距儀作為距離檢測(cè)設(shè)備。關(guān)于距離檢測(cè)設(shè)備和位置標(biāo)識(shí)在移動(dòng)設(shè)備上的設(shè)置為自動(dòng)控制領(lǐng)域常用技術(shù)手段，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)鋁電解槽車間的實(shí)際情況進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，本實(shí)施例在此不對(duì)其具體工作原理進(jìn)行贅述。

本實(shí)施例中的第一定位元件61、第二定位元件62以及多組距離檢測(cè)設(shè)備作為信號(hào)輸入模塊與槽控機(jī)的控制模塊通過(guò)信號(hào)連接，夾緊元件62、伸縮機(jī)構(gòu)63、套筒扳手64、天車67、輸送機(jī)68以及電動(dòng)驅(qū)動(dòng)元件612作為輸出執(zhí)行模塊分別與槽控機(jī)的控制模塊通過(guò)信號(hào)連接，槽控機(jī)為鋁電解槽的控制系統(tǒng)，具體用于鋁電解槽在電解生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)，如何將本實(shí)施例中的自動(dòng)換極系統(tǒng)中的上述部件通過(guò)信號(hào)連接至槽控機(jī)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過(guò)現(xiàn)有的信號(hào)通信自動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，本實(shí)施例在此不做贅述。

本實(shí)施例的自動(dòng)換極方法包括如下步驟：

1)預(yù)備工作，槽控機(jī)發(fā)出換極命令，首先通過(guò)陽(yáng)極輸運(yùn)裝置，將陽(yáng)極堆垛區(qū)的新陽(yáng)極運(yùn)送到對(duì)應(yīng)所需換極的鋁電解槽的輸送機(jī)位置上，通過(guò)陽(yáng)極輸運(yùn)裝置上的位置標(biāo)識(shí)及距離檢測(cè)設(shè)備輔助控制輸送，以確保新陽(yáng)極到達(dá)對(duì)應(yīng)鋁電解槽的位置；

2)定位殘陽(yáng)極與移出殘陽(yáng)極，移動(dòng)天車及自動(dòng)換極機(jī)械臂，通過(guò)第一定位元件找到需要更換殘陽(yáng)極的陽(yáng)極導(dǎo)桿頂端位置，記錄此時(shí)天車高度為h0，使用夾緊元件卡緊陽(yáng)極導(dǎo)桿，然后操控伸縮機(jī)構(gòu)，通過(guò)套筒扳手松開(kāi)該陽(yáng)極導(dǎo)桿上的陽(yáng)極卡具螺栓，操控槽蓋板自動(dòng)開(kāi)啟裝置，開(kāi)啟該殘陽(yáng)極上方的槽蓋板，通過(guò)天車提升殘陽(yáng)極，并將殘陽(yáng)極平移至陽(yáng)極輸運(yùn)裝置對(duì)應(yīng)的空托盤(pán)上，當(dāng)殘陽(yáng)極底面向下接近托盤(pán)時(shí)，通過(guò)第二定位元件測(cè)定天車下降的距離，結(jié)合天車相對(duì)于第二定位元件之間的固定高度，計(jì)算得到殘陽(yáng)極的底面與陽(yáng)極導(dǎo)桿頂端的實(shí)際高度h1；

3)定位新陽(yáng)極與安裝新陽(yáng)極，移動(dòng)天車至新陽(yáng)極的陽(yáng)極導(dǎo)桿處，通過(guò)第一定位元件定位，使用夾緊元件卡緊并提升新陽(yáng)極，新陽(yáng)極底面與陽(yáng)極導(dǎo)桿頂端的高度為固定值h2，則天車應(yīng)到達(dá)的高度為h＝h0+(h2-h1)+a，其中a為工藝控制參數(shù)，將新陽(yáng)極平移至原陽(yáng)極坑位置，控制天車緩慢下降至高度h處即停止，操縱伸縮機(jī)構(gòu)，通過(guò)套筒扳手鎖緊陽(yáng)極卡具螺栓，夾緊陽(yáng)極導(dǎo)桿上的陽(yáng)極卡具，松開(kāi)夾緊元件，移走天車，通過(guò)槽蓋板自動(dòng)開(kāi)啟裝置關(guān)閉對(duì)陽(yáng)極坑的槽蓋板。

關(guān)于工藝控制參數(shù)a，是指新陽(yáng)極溫度較低，在剛放入的時(shí)候會(huì)對(duì)高溫電解質(zhì)(960℃)產(chǎn)生熱沖擊，所以新陽(yáng)極位置一般比原陽(yáng)極位置稍微高一點(diǎn)，預(yù)熱一段時(shí)間再下移，如沒(méi)有該參數(shù)，新陽(yáng)極放入的位置將和原有陽(yáng)極完全一致，容易造成大面積溫度降低、電解質(zhì)發(fā)粘，不利于穩(wěn)定槽況。工藝控制參數(shù)a即為新陽(yáng)極相對(duì)于原有陽(yáng)極位置的高度。

4)結(jié)束工作，向槽控機(jī)發(fā)送換極完成命令，通過(guò)陽(yáng)極輸運(yùn)裝置將殘陽(yáng)極運(yùn)送到陽(yáng)極堆垛區(qū)域，完成換極流程。

以下結(jié)合圖27對(duì)本實(shí)施例的鋁電解槽連接的高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，該高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)由余熱回收模組72、集氣箱77、發(fā)電模組78、有機(jī)朗肯循壞換熱器79、冷凝器712、工質(zhì)分離器713、儲(chǔ)液罐714、除塵凈化模組716等部分構(gòu)成。其中余熱回收模組72的進(jìn)氣端設(shè)置高溫?zé)煔膺M(jìn)口71，與煙氣收集系統(tǒng)的煙氣管道21連接，余熱回收模組72的出氣端與除塵凈化模組716連接，余熱回收模組72的換熱介質(zhì)管道出口76連接至集氣箱77，集氣箱77通過(guò)調(diào)節(jié)閥717連接至發(fā)電模組78，發(fā)電模組78的出氣端連接有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79的進(jìn)氣端，有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79的出氣端與冷凝器712連接，同時(shí)有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79的有機(jī)工質(zhì)管道出口711與換熱介質(zhì)管道出口76一同連接至集氣箱77，通過(guò)水蒸汽和有機(jī)蒸汽的混合蒸汽對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，冷凝器712則工質(zhì)分離器713與有機(jī)工質(zhì)管道進(jìn)口710連接，分離循環(huán)利用有機(jī)工質(zhì)，同時(shí)工質(zhì)分離器713還與余熱回收模組72的換熱介質(zhì)管道進(jìn)口75連接，分離循環(huán)利用余熱回收模組的水介質(zhì)。

具體的，余熱回收模組72中設(shè)有兩組不同排列方向的列管式換熱器，沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向，第一列管式換熱器74a排布在第二列管式換熱器74b前一級(jí)，第一列管式換熱器74a靠近余熱回收模組進(jìn)氣端，從高溫?zé)煔膺M(jìn)口71進(jìn)入的高溫?zé)煔馀c第一列管式換熱器74a中的水工質(zhì)有很大的溫度差，具有大的傳熱推動(dòng)力，因此可以將第一列管式換熱器74a的換熱介質(zhì)管道垂直于高溫?zé)煔獾倪M(jìn)氣方向布置，直接高效回收煙氣中的余熱。而第二列管式換熱器74b靠近余熱回收模組出氣端，此時(shí)的煙氣溫度經(jīng)過(guò)第一列管式換熱器的熱交換后，溫度已經(jīng)降低，為了進(jìn)一步提高該部分煙氣中的余熱回收效率，在第二列管式換熱器74b的區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干折流板73，折流板垂直于高溫?zé)煔膺M(jìn)氣方向交替分布，形成一個(gè)s形的迷宮氣流通道，第二列管式換熱器74b的換熱介質(zhì)管道垂直s形迷宮氣流通道設(shè)置，通過(guò)延長(zhǎng)氣流通道，提高煙氣與換熱介質(zhì)管道接觸的時(shí)間，使換熱介質(zhì)管道內(nèi)的水工質(zhì)充分吸收煙氣余熱，深度回收煙氣中的余熱。

考慮到第一列管式換熱器74a和第二列管式換熱器74b之間的換熱效率存在差別，將兩組列管式換熱器的換熱介質(zhì)管道分開(kāi)設(shè)置，并分別將兩組換熱介質(zhì)管道出口并聯(lián)連接至集氣箱，另外，工質(zhì)分離器713分離后的水介質(zhì)可只回流至第一列管式換熱器74a中，第二列管式換熱器74b的換熱介質(zhì)通道進(jìn)口則從系統(tǒng)外部補(bǔ)充新的水介質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的水工質(zhì)進(jìn)行補(bǔ)充。

鋁電解槽內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥筛邷責(zé)煔膺M(jìn)口71進(jìn)入余熱回收模組72內(nèi)，與分布不同的兩組列管式換熱器進(jìn)行熱交換，將高溫?zé)煔獾臒崃總鹘o列管式換熱器中的液態(tài)水工質(zhì)，液態(tài)水工質(zhì)在換熱介質(zhì)管道內(nèi)折返流動(dòng)，吸收高溫?zé)煔獾臒崃恐饾u升溫，形成介質(zhì)蒸汽由換熱介質(zhì)管道出口76排出，并儲(chǔ)存至集氣箱77中，至此，高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱回收模組72回收余熱后，達(dá)到工藝溫度要求的冷卻煙氣，然后由余熱回收模組72的出氣端送入除塵凈化模組716進(jìn)行深度凈化后排放。

集氣箱77分別收集從余熱回收模組72的兩組列管式換熱器和有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器產(chǎn)生的混合蒸汽包括水蒸汽和有機(jī)蒸汽，通過(guò)調(diào)節(jié)閥717輸出連續(xù)穩(wěn)定的蒸汽到達(dá)發(fā)電模組78，用于帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)余熱的利用。針對(duì)混合蒸汽的特性，發(fā)電機(jī)組78采用透平發(fā)電機(jī)組，由高壓透平和發(fā)電機(jī)組成。

有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79中采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)作為熱交換的介質(zhì)，對(duì)發(fā)電機(jī)組輸出的較低溫蒸汽熱量進(jìn)行再次回收利用。如圖1中的箭頭所示，發(fā)電機(jī)組78輸出的低溫混合煙氣進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79，該低溫混合煙氣與有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79內(nèi)的有機(jī)工質(zhì)管道接觸，與管道內(nèi)部的有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行熱交換，由于有機(jī)工質(zhì)的沸點(diǎn)較低，有機(jī)工質(zhì)吸收熱量后迅速形成有機(jī)蒸汽，然后通過(guò)有機(jī)工質(zhì)管道出口711進(jìn)入到集氣箱77內(nèi)，與水蒸汽混合再次進(jìn)行發(fā)電，而經(jīng)過(guò)熱交換后的低溫混合蒸汽從有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79輸出進(jìn)入冷凝器712冷凝，然后進(jìn)入工質(zhì)分離器713，工質(zhì)分離器713中裝有有機(jī)物/水分離薄膜，該薄膜具有選擇透過(guò)性，達(dá)到分離冷凝后的液態(tài)有機(jī)工質(zhì)和水工質(zhì)的目的。

工質(zhì)分離器713的兩個(gè)分離出口分別通過(guò)連接至兩個(gè)儲(chǔ)液罐714存儲(chǔ)液態(tài)水工質(zhì)和液態(tài)有機(jī)工質(zhì)，相應(yīng)的儲(chǔ)液罐714中的液態(tài)水工質(zhì)和液態(tài)有機(jī)工質(zhì)然后分別經(jīng)過(guò)加壓泵715提供動(dòng)力，分別循環(huán)輸入到第一列管式換熱器74a的換熱介質(zhì)管道進(jìn)口75和有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79的有機(jī)工質(zhì)管道進(jìn)口710，作為新的換熱工質(zhì)循環(huán)使用。其中還在液態(tài)水工質(zhì)的加壓泵715出口處設(shè)置流量閥718，利用流量閥718控制水工質(zhì)進(jìn)入換熱介質(zhì)管道的流速，依據(jù)列管換熱面積、對(duì)流傳熱系數(shù)、煙氣流量與溫度，確定最佳的水流速。實(shí)際運(yùn)行中，混合蒸汽冷凝后進(jìn)入工質(zhì)分離器713，將兩種工質(zhì)分離后進(jìn)入余熱回收模組和有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器，對(duì)工質(zhì)進(jìn)行分類循環(huán)利用，減少有機(jī)工質(zhì)對(duì)其他設(shè)備的腐蝕，保證操作的穩(wěn)定運(yùn)行。

凈化除塵系統(tǒng)716由布袋除塵器和干法凈化器組成，在干法凈化器中，選用比表面積大的砂狀氧化鋁作為吸附劑，吸附煙氣中的hf等大氣污染物，得到的含氟氧化鋁可回收后再返回鋁電解槽中使用，提高鋁電解效率。此時(shí)電解排放的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱回收利用后，煙氣溫度大幅降低，再對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理，可最大限度的脫除煙氣中的有害雜質(zhì)，減少高溫?zé)煔鈱?duì)后續(xù)凈化除塵設(shè)備的破壞。

以下詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例的具體工作過(guò)程：

通過(guò)鋁電解槽集氣系統(tǒng)收集到的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)高溫?zé)煔膺M(jìn)口71進(jìn)入到余熱回收模組72，液態(tài)水工質(zhì)通過(guò)換熱介質(zhì)管道進(jìn)口75進(jìn)入到兩組列管式換熱器中，高溫?zé)煔庀扰c豎排設(shè)置的第一列管式換熱器74a中的液態(tài)水工質(zhì)進(jìn)行熱交換，得到的水蒸汽通過(guò)換熱介質(zhì)管道出口76進(jìn)入到集氣箱77中，初步降溫得到的中高溫?zé)煔庠倥c橫排設(shè)置的第二列管式換熱器74b進(jìn)行熱交換，在其中設(shè)有折流板73，煙氣沿著折流板的導(dǎo)向往返流動(dòng)，增大了煙氣的停留時(shí)間，最后得到的低溫?zé)煔馑腿氤龎m凈化模組716，吸附劑砂狀氧化鋁對(duì)含氟等物質(zhì)進(jìn)行吸附，得到的載氟氧化鋁返回電解槽中利用，煙氣通過(guò)布袋除塵器進(jìn)行除塵處理后排入大氣。由集氣箱77輸出的混合蒸汽通過(guò)調(diào)節(jié)閥717輸出連續(xù)穩(wěn)定的蒸汽進(jìn)入發(fā)電機(jī)組78發(fā)電，對(duì)發(fā)電后的煙氣余熱通過(guò)有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79，與由有機(jī)工質(zhì)管道進(jìn)口710進(jìn)入的低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行再次熱交換，輸出的有機(jī)蒸汽進(jìn)入集氣箱77中與水蒸汽一同進(jìn)行發(fā)電，從有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79輸出的低溫蒸汽通過(guò)冷凝器712冷凝后進(jìn)入工質(zhì)分離器713，對(duì)液態(tài)水工質(zhì)/有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行分離，然后輸入到各自的儲(chǔ)液罐714中，通過(guò)加壓泵分別循環(huán)輸入到第一列管式換熱器74a和有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器79中，對(duì)水工質(zhì)和有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行循環(huán)利用。

參見(jiàn)圖28，以下對(duì)本實(shí)施例的鋁電解槽的自動(dòng)控制流程進(jìn)行說(shuō)明。

鋁電解槽1上方設(shè)置陽(yáng)極覆蓋密封系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氧化鋁的下料系統(tǒng)5、煙氣收集系統(tǒng)2以及自動(dòng)換極系統(tǒng)6的自動(dòng)化設(shè)置，通過(guò)高溫?zé)煔馐占到y(tǒng)2和自動(dòng)出鋁包3的出鋁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔夂弯X水的保溫組合輸送，再將組合輸送的鋁水及高溫?zé)煔夥謩e送至熔鑄車間100和高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)7，整個(gè)流程通過(guò)槽控機(jī)9實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流程控制，包括對(duì)電解過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制下料、自動(dòng)控制出鋁、自動(dòng)控制煙氣處理等。

具體的，本實(shí)施例的槽控機(jī)9通過(guò)通信模塊91分別與布置在鋁電解槽1內(nèi)部的陽(yáng)極電流檢測(cè)單元、槽溫分布單元及煙氣溫度檢測(cè)單元連接，同時(shí)還通過(guò)通信模塊91與下料系統(tǒng)5、用于輸送鋁包和高溫?zé)煔獾妮斔凸艿?以及自動(dòng)出鋁包3、保溫裝置的熱交換器10、自動(dòng)換極系統(tǒng)6、高溫?zé)煔庥酂峄厥占吧疃葍艋到y(tǒng)7的傳感元件及電動(dòng)執(zhí)行元件通過(guò)信號(hào)連接，具體的傳感元件和電動(dòng)執(zhí)元件包括出鋁管的電子閥門(mén)、輸送管道內(nèi)的鋁包自動(dòng)輸送組件、自動(dòng)換極系統(tǒng)的換極機(jī)械手及各個(gè)定位元件等。關(guān)于槽控機(jī)通過(guò)通信模塊與傳感元件及電動(dòng)執(zhí)行元件的信號(hào)傳遞方案屬于常用的自動(dòng)控制技術(shù)，本實(shí)施例在此不做贅述。

在某500ka鋁電解系列中，通過(guò)全套實(shí)施本實(shí)施例的鋁電解槽方案，對(duì)現(xiàn)有鋁電解的陽(yáng)極覆蓋料進(jìn)行全新替換，通過(guò)理論計(jì)算，其主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可如下：

槽工作電壓：由于極距、電解槽其他材料均未改變，故槽工作電壓可與傳統(tǒng)電解槽基本一致，本實(shí)施例中為3.85v；

電解溫度：電解溫度可與傳統(tǒng)電解槽一樣，也可以采用由鈉-鉀-鋰復(fù)合冰晶石構(gòu)成的低溫電解體系，即電解溫度可在900～950℃之間選擇；

過(guò)熱度：可與傳統(tǒng)電解槽一樣，同時(shí)由于物料平衡與熱平衡控制效果得以改進(jìn)，因此也可以更為苛刻，即可以在4～8℃之間選擇；

氧化鋁濃度：由于分布式下料系統(tǒng)以及控制算法的更新，可精準(zhǔn)控制在最優(yōu)濃度的±0.5％wt.；

陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)：可降低至≤0.01次/槽·日；

電流效率：由于氧化鋁濃度控制精度與均勻性大幅改進(jìn)、換極后的不穩(wěn)定狀態(tài)所處時(shí)間大幅縮短，電解槽的平均電流效率完全可以達(dá)到目前鋁工業(yè)的最好電流效率，即95％，而現(xiàn)有工藝中的平均電流效率一般難以超過(guò)93％

電解槽的能耗可計(jì)算如下：

(1)使用傳統(tǒng)工藝

噸鋁直流電耗為2980*3.85/0.93＝12337kwh/t-al

(2)使用本發(fā)明的工藝

噸鋁直接直流電耗為2980*3.85/0.95＝12077kwh/t-al；

由于鋁電解的理論能耗為5990kwh/t-al計(jì)算，則總損失的熱量達(dá)到6087kwh/t-al，能量利用率僅為49.6％；

而高溫?zé)煔馑N(yùn)含的熱量占電解槽總熱損失的60％，即3653kwh/t-al；

此部分高溫?zé)煔獾挠酂嵝拾凑?0％計(jì)算，則此部分可發(fā)電為：2557kwh/t-al。

最終，噸鋁的綜合直流耗電量為：12077-2557＝9520kwh/t-al，能量利用率為63％。

此外，由于煙氣的集中處理且由于陽(yáng)極效應(yīng)系數(shù)較傳統(tǒng)工藝可大幅降低，pfc及含氟顆粒物的排放量可大幅降低；更重要的是，煙氣中的so2可以得到凈化處理。同時(shí)，由于自動(dòng)化出鋁和自動(dòng)換極系統(tǒng)的應(yīng)用，整個(gè)電解過(guò)程的人員數(shù)量可大幅降低(預(yù)計(jì)降低80％以上)。