專利名稱：生產(chǎn)鋁的電解池和保持側(cè)壁的硬殼層并回收電力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)鋁的電解池，一種用于保持生產(chǎn)鋁所用的電解池的側(cè)壁上的硬殼層的方法，以及一種用于從生產(chǎn)鋁所用的電解池回收電力的方法。
電解槽包括鋼外殼，該外殼在底部中具有碳塊。這些塊連接到電母線，從而使碳塊用作陰極。電解槽的側(cè)壁一般以靠著鋼外殼的耐火材料為內(nèi)襯，并且一層碳塊或碳膠形成在耐火材料的內(nèi)側(cè)上。有幾種類型的內(nèi)襯材料和布置側(cè)壁內(nèi)襯的方法。
在電解池的操作期間，凝固的電解液的硬殼層或突出部形成在電解槽的側(cè)壁上。在電解池的操作期間，這個層可以改變厚度。這個硬殼層的成型和其厚度對于電池的操作來說很關(guān)鍵。如果硬殼層變得太厚，當(dāng)接近壁的電解液的溫度變得比大部分電解液中的溫度更冷時，該硬殼層將會干擾電池的操作，由此干擾氧化鋁在該電解液中的溶解。在另一方面，如果凝固的硬殼層變得太薄或者不存在，電解液將會侵蝕電解槽的側(cè)壁內(nèi)襯，這最終可以導(dǎo)致該槽的失效。如果該電解液侵蝕側(cè)壁，電解池就必須關(guān)閉，必須將電解槽拆下來并且必須安裝一個新的。這是減少電解槽的平均壽命的一個主要原因。
為了保持側(cè)壁內(nèi)襯上的電解液的凝固層的適當(dāng)厚度，需要以這樣的方式設(shè)計側(cè)壁內(nèi)襯，使得從該電解液通過側(cè)壁內(nèi)襯的熱流足夠高以便保持側(cè)壁內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)上的凝固硬殼層。通過電解槽的側(cè)壁的熱量損失因此可能占到高達(dá)來自電解池的總熱量損失的40％。然而，即使利用側(cè)壁內(nèi)襯的適當(dāng)設(shè)計，也不可能在這個側(cè)壁內(nèi)襯上得到和保持凝固池的薄的穩(wěn)定層，這是由于電解液成分的變化和不在操作者控制下的其他過程變化。
因此，本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)鋁的電解池，其包括陽極和電解槽，其中該電解槽包括由鋼制成的外殼和形成電解池的陰極的位于該槽底部中的碳塊，該電解池的特征在于，電解槽的側(cè)壁的至少一部分包括一個或多個蒸發(fā)冷卻的板，并且其中高溫、耐熱和絕熱的材料布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，電解池的所有側(cè)壁都裝備有蒸發(fā)冷卻的板。
根據(jù)另一個實施例，蒸發(fā)冷卻的板用于包含第一冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)在大氣壓力下的沸點為850-950℃，優(yōu)選為900-950℃。
合適的是，蒸發(fā)冷卻的板包含作為冷卻介質(zhì)的熔融鈉、熔融鈉鋰合金或熔融鋅。
根據(jù)本發(fā)明的再一個實施例，每個蒸發(fā)冷卻的板在其上部中具有用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的裝置以便對流除熱，從而使冷卻介質(zhì)在蒸發(fā)冷卻的板中冷凝。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的裝置是第一封閉回路，并且該第一封閉回路的一部分通過電解池中的每個蒸發(fā)冷卻的板的上部。
不在蒸發(fā)冷卻的板的上部內(nèi)的用于第二冷卻介質(zhì)的第一封閉回路的部分優(yōu)選布置在耐熱和絕熱的材料中，該材料布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間。
用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路優(yōu)選連接到熱交換器，以便將熱量從第二冷卻介質(zhì)傳遞到包含在第二封閉回路內(nèi)的第三冷卻介質(zhì)。在熱交換器中被加熱之后，第三冷卻介質(zhì)被泵送通過發(fā)電機(jī)以便產(chǎn)生電能。熱交換器優(yōu)選布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間的耐熱和絕熱的材料中。
用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的第二封閉回路優(yōu)選連接到用于多個電解池的熱交換器，并且更優(yōu)選地連接到用于電解池列中的所有電解池的熱交換器。
當(dāng)操作根據(jù)本發(fā)明的帶有多個電解池的電解池列時，各個電池中的每個蒸發(fā)冷卻的板設(shè)定成這樣操作，使得面對電解池內(nèi)部的板的該側(cè)上的溫度稍低于熔融電解液的溫度，優(yōu)選比電解液的溫度低2到50℃。因此，由于蒸發(fā)冷卻的板和熔融電解液之間的小的溫度降，電解液的薄的固態(tài)和穩(wěn)定的硬殼層就將形成在面對熔融電解液的蒸發(fā)冷卻的板的該側(cè)上。這個硬殼層將保護(hù)面對熔融電解液的蒸發(fā)冷卻的板的該側(cè)。作為實例，如果電解液的溫度是940℃，蒸發(fā)冷卻的板就被設(shè)定在920℃下操作。另外，由于布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間的耐熱和絕熱的材料，通過側(cè)壁的熱流是可以忽略的。
熱量將從電解液傳遞到每個蒸發(fā)冷卻的板，并且蒸發(fā)冷卻的板的下部中的第一液體冷卻介質(zhì)通過該第一液體冷卻介質(zhì)的一部分的蒸發(fā)將該熱量傳遞到蒸發(fā)冷卻的板的上部。在蒸發(fā)冷卻的板的上部中，當(dāng)蒸汽與用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一冷卻回路接觸時，該蒸汽將會冷凝，并且冷凝熱將會傳遞到第二冷卻介質(zhì)。冷凝的第一冷卻介質(zhì)將向下流入蒸發(fā)冷卻的板的下部。
傳遞到第二冷卻介質(zhì)的熱量將導(dǎo)致第二冷卻介質(zhì)的溫度升高，當(dāng)?shù)诙鋮s介質(zhì)通過熱交換器時，該溫度升高被傳遞給第二封閉回路中的第三冷卻介質(zhì)。
從電解液傳遞到電解池中的各個蒸發(fā)冷卻的板的熱量可以從板到板地變化并且還可以隨時間變化。為了能夠?qū)⒄_量的熱量從每個單獨的蒸發(fā)冷卻的板傳遞出來，根據(jù)本發(fā)明，在第一封閉冷卻回路中布置一裝置，以便調(diào)節(jié)通過每個蒸發(fā)冷卻的板的上部的第二冷卻介質(zhì)的溫度或量。這可以用多種方式實現(xiàn)。因此用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路的部分裝備有電加熱元件，以便剛好在第二冷卻介質(zhì)進(jìn)入每個蒸發(fā)冷卻的板的上部之前加熱第二冷卻介質(zhì)。在另一個實施例中，布置有用于旁通第二冷卻介質(zhì)的一部分的閥和管道，以便調(diào)節(jié)進(jìn)入每個蒸發(fā)冷卻的板的上部內(nèi)的第一封閉回路的第二冷卻介質(zhì)的量。
在第三實施例中，可以在用于第二冷卻介質(zhì)的第一冷卻回路的部分上布置有可調(diào)節(jié)的閥，以便調(diào)節(jié)流入位于每個蒸發(fā)冷卻的板的上部內(nèi)的第一封閉冷卻回路的部分的第二冷卻介質(zhì)的量。
對每個蒸發(fā)冷卻的板的熱傳遞的單獨控制保證了熱量傳輸總是以這樣的方式控制，使得電解液的薄的凝固層保持在每個電解池中的所有蒸發(fā)冷卻的板的面對電解液的該側(cè)上。
第一封閉回路中的第二冷卻介質(zhì)優(yōu)選為氣體，例如二氧化碳、氮、氦或氬，這些氣體在比第一冷卻介質(zhì)的溫度更低的溫度下操作。
如上所述，來自用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的第二封閉回路的熱量循環(huán)通過熱交換器，該熱交換器與多個電解池的熱交換器相關(guān)聯(lián)。第三冷卻介質(zhì)優(yōu)選為氣體，例如氦、氖、氬、一氧化碳、二氧化碳或氮，這些氣體在已經(jīng)循環(huán)通過用于電解池列中的所有電解池的熱交換器之后逐漸提高溫度和壓力。加熱過的第三冷卻介質(zhì)前進(jìn)到連接于發(fā)電機(jī)的氣渦輪，以便產(chǎn)生電流，此后離開渦輪的冷卻的氣體回收到第二封閉回路中。這個封閉回路的熱能傳遞可以使熱能以45％或更高的效率轉(zhuǎn)換為電力。根據(jù)這種電能回收，電解池的總的電流效率顯著地改善了。
由于本發(fā)明可以控制蒸發(fā)冷卻的板和熔融電解液之間的邊界的溫度，所以由此將電解液的薄的固態(tài)層固定在面對該電解液的板的該側(cè)上，破壞電解池的側(cè)壁的危險就沒有了。電解池的平均壽命因此顯著地增加。
另外，避免了側(cè)壁上的固態(tài)電解液的常規(guī)的大硬殼層，這得到了更好的效率和電池操作控制，這是因為熔融電解液沿著側(cè)壁的溫度將與大部分該電解液的溫度無明顯差異。至少在使用索德伯格自焙陽極時，當(dāng)氧化物被供應(yīng)到電解池的側(cè)壁附近時，這將使添加的氧化鋁更快溶解。
最后，在本發(fā)明的電解池中，因為可以通過蒸發(fā)冷卻的板調(diào)節(jié)側(cè)壁溫度而與電解液溫度無關(guān)，以便保持對電解液的理想的溫度差，所以電解液的操作溫度和成分可以更自由地選擇以便優(yōu)化電池效率。因此，例如，電解液的氟化物含量可以增加，結(jié)果是添加到電解液中的氧化鋁更快溶解，并且每個電池的電流密度可以最優(yōu)化，而無須考慮到可能的側(cè)壁侵蝕。
本發(fā)明還涉及一種保持用于生產(chǎn)鋁的電解池的側(cè)壁上的硬殼層的方法，該方法的特征在于一個或多個蒸發(fā)冷卻的板布置在電解池的內(nèi)側(cè)上，使得該板的一側(cè)與該電池內(nèi)的熔體接觸，并且另一側(cè)與高溫、耐熱和絕熱的材料接觸，絕熱材料與電池的鋼外殼接觸。蒸發(fā)冷卻的板具有第一冷卻介質(zhì)，其中該冷卻介質(zhì)的溫度被保持為這樣，使得該板的一側(cè)的溫度稍低于熔體的溫度，由此在該板的一側(cè)上形成硬殼層。
如上所述，優(yōu)選的是，該板的一側(cè)上的溫度比熔體的溫度低大約2℃到大約50℃。以這種方式，保持了硬殼層的適當(dāng)厚度，即，既不太厚也不太薄。
通過第二冷卻介質(zhì)保持第一冷卻介質(zhì)的溫度，該第二冷卻介質(zhì)通過第一冷卻回路循環(huán)，使得熱量在第一冷卻介質(zhì)和第二冷卻介質(zhì)之間交換。為了冷卻第二冷卻介質(zhì)，熱量通過熱交換器在第二冷卻介質(zhì)和第三冷卻介質(zhì)之間交換。
為了控制第一冷卻介質(zhì)的溫度，以及同樣地控制面對熔體的板的該側(cè)的溫度，利用閥或者利用加熱單元來控制與第一冷卻介質(zhì)交換熱量的第二冷卻介質(zhì)的量或第二冷卻介質(zhì)的溫度。
最后，為了對總體方法提供能量有效性，通過連接到發(fā)電機(jī)上的氣渦輪將熱量從第三冷卻介質(zhì)回收成為電能。
本發(fā)明還教導(dǎo)了一種方法，用于從生產(chǎn)鋁所用的電解池回收電力。該方法的特征在于一個或多個蒸發(fā)冷卻的板與該電池內(nèi)的熔體接觸，并且另一側(cè)與高溫、耐熱和絕熱的材料接觸，絕熱材料與電池的鋼外殼接觸。蒸發(fā)冷卻的板具有第一冷卻介質(zhì)，并且該第一冷卻介質(zhì)的溫度使得該板的一側(cè)的溫度稍低于熔體的溫度，由此在該板的一側(cè)上形成硬殼層。來自第一冷卻介質(zhì)的熱量被回收并轉(zhuǎn)換為電能。
更具體地說，通過第二冷卻介質(zhì)保持第一冷卻介質(zhì)的溫度，該第二冷卻介質(zhì)通過第一封閉回路循環(huán)，使得熱量在第一冷卻介質(zhì)和第二冷卻介質(zhì)之間交換。熱量還通過熱交換器在第二冷卻介質(zhì)和第三冷卻介質(zhì)之間交換。通過連接到發(fā)電機(jī)上的氣渦輪將熱量從第三冷卻介質(zhì)中排除以便產(chǎn)生電力。
圖3表示了通過根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選電解池的一部分的垂直截面。
在鋼外殼3內(nèi)部，在電解槽的側(cè)壁上布置有一層絕熱耐火材料6，并且在該層絕熱耐火材料6的內(nèi)側(cè)上布置有面對著電解池的內(nèi)側(cè)的蒸發(fā)冷卻的板7。該蒸發(fā)冷卻的板優(yōu)選由非磁性鋼制成。該蒸發(fā)冷卻的板7包括用于包含液體狀態(tài)的第一冷卻介質(zhì)的下部8，該第一冷卻介質(zhì)的熔點低于電解池的操作溫度，并且其沸點大約為電解池的操作溫度。優(yōu)選的冷卻介質(zhì)是鈉，但是也可使用滿足以上要求的其他冷卻介質(zhì)。
蒸發(fā)冷卻的板7具有上部9，用于使從蒸發(fā)冷卻的板7的下部8蒸發(fā)的冷卻液體冷凝。蒸發(fā)的冷卻介質(zhì)在蒸發(fā)冷卻的板7的上部9中的冷凝通過這樣的方式發(fā)生，即，使得溫度比包含在蒸發(fā)冷卻的板7中的第一冷卻介質(zhì)更低的第二冷卻介質(zhì)循環(huán)，通過形成第一封閉冷卻回路10的管道10C，穿過蒸發(fā)冷卻的板7的上部9的內(nèi)部。
當(dāng)操作時，電解池包含熔融鋁的下層11和以冰晶石為基礎(chǔ)的熔融電解液12的上層12。
氧化鋁以常規(guī)的方式供應(yīng)到電解液12，并且溶解在該電解液12中。
在圖2中，示意地表示了帶有冷卻電路的結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明的電解池的頂視圖。
蓋住側(cè)壁的全部面積的蒸發(fā)冷卻的板7被表示為P1到P14。為了使附圖
更易于理解，耐火的絕熱材料和鋼外殼在圖2中并未示出。圖2中所示的陽極5是索德伯格自焙陽極。
用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路由參考標(biāo)記10表示，該第二冷卻介質(zhì)優(yōu)選為二氧化碳、氮、氦或氬。泵13布置在第一封閉回路中以便使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)，并且布置有熱交換器14，使第二冷卻介質(zhì)通過該熱交換器循環(huán)。第一封閉回路10具有進(jìn)入和退出每個蒸發(fā)冷卻的板7的上部9的支路15和16。只有少數(shù)支路15和16示于圖2中。在進(jìn)入蒸發(fā)冷卻的板7的上部9的每個支路15上布置有加熱元件17。
用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路10以下列方式工作當(dāng)?shù)诙鋮s介質(zhì)通過熱交換器14時，熱量從第二冷卻介質(zhì)傳遞到第三冷卻介質(zhì)，以便在其通過熱交換器時獲得第二冷卻介質(zhì)的預(yù)設(shè)定溫度。第三冷卻介質(zhì)在第二封閉回路18中。為了進(jìn)一步控制第二冷卻介質(zhì)的溫度，優(yōu)選布置有旁通線路21，使其可以繞過熱交換器14外部的一部分第二冷卻介質(zhì)。
一部分第二冷卻介質(zhì)通過支路15流入蒸發(fā)冷卻的板P1，在該支路15中由于蒸發(fā)冷卻的板P1中的第一冷卻介質(zhì)的冷凝熱，第二冷卻介質(zhì)被加熱。此后，第二冷卻介質(zhì)通過支路16流出蒸發(fā)冷卻的板P1并進(jìn)入主導(dǎo)管10。對于所有的蒸發(fā)冷卻的板P1到P14都是這樣。已經(jīng)在每個蒸發(fā)冷卻的板P1到P14中加熱的第二冷卻介質(zhì)接著流過熱交換器14，在該熱交換器中第二冷卻介質(zhì)的溫度被再次降低。
從一個蒸發(fā)冷卻的板7到另一個蒸發(fā)冷卻的板7，在蒸發(fā)冷卻的板的上部9中的第一冷卻介質(zhì)的冷凝期間傳遞到第二冷卻介質(zhì)的熱量可以改變，并且對于每個蒸發(fā)冷卻的板7來說，傳遞到第二冷卻介質(zhì)的熱量也可以隨時間而改變。因此優(yōu)選的是包括這種裝置，其用于單獨地控制進(jìn)入每個蒸發(fā)冷卻的板7內(nèi)部的管道10C的第二冷卻介質(zhì)的溫度或者量。在一個實施例中，通過將電加熱元件17布置在每個支路15上來實現(xiàn)這種情況。優(yōu)選根據(jù)布置在每個蒸發(fā)冷卻的板7中的熱電偶所測量的溫度，單獨地控制加熱元件17。
在另一個實施例中，在每個支路15中布置有單獨控制的閥，該閥根據(jù)每個單獨的蒸發(fā)冷卻的板7中的溫度增加或減少在支路15中流動的第二冷卻液體的量。
以這種方式，每個蒸發(fā)冷卻的板7的下部8中的第一冷卻介質(zhì)中的溫度鎖定在預(yù)設(shè)定溫度或者在預(yù)設(shè)定溫度間隔中。
為了在第二冷卻介質(zhì)通過熱交換器14的時候?qū)崃繌牡诙鋮s介質(zhì)中排除，布置有第二封閉回路18以便輸送第三冷卻介質(zhì)，該第三冷卻介質(zhì)的溫度低于在第二冷卻介質(zhì)通過熱交換器14時的第二冷卻介質(zhì)的溫度。在封閉回路18中循環(huán)的第三冷卻介質(zhì)優(yōu)選是氣體。在已經(jīng)于熱交換器14中加熱之后，該氣體前進(jìn)到連接于發(fā)電機(jī)20的渦輪19以便發(fā)電。離開渦輪19的冷卻的氣體接著返回到熱交換器14。氣體中的熱能以45％或者更高的效率在發(fā)電機(jī)20中轉(zhuǎn)換為電能。
用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的第二封閉回路18優(yōu)選連接到用于多個電解池的熱交換器14，并且更優(yōu)選地連接到用于電解池列中的所有電解池的熱交換器14。這在圖2中示出，其中表示了用于第二電解池的第二熱交換器14A。
發(fā)電機(jī)20中產(chǎn)生的電的結(jié)果是，在電解池中生產(chǎn)出每噸鋁所消耗的有效能量大大降低。
第二封閉回路18具有用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的泵22和常規(guī)的排放結(jié)構(gòu)23。
如上所述，優(yōu)選的是，第一封閉回路10和熱交換器14的大部分部件布置在耐熱和絕熱材料6中。這個優(yōu)選實施例示于圖3中，其中每個電解槽具有入口和出口以便與第二封閉回路18的管道相連接。第一封閉回路10的流出管道10A和流入管道10B以及蒸發(fā)冷卻的板7的上部9中的管道部分10C都如圖所示。這些連接器使得第三冷卻介質(zhì)循環(huán)通過熱交換器14。然后在電池的側(cè)壁上形成凝固的電解液的硬殼層24。
權(quán)利要求
1.一種用于生產(chǎn)鋁的電解池，其包括陽極和電解槽，其中該電解槽包括由鋼制成的外殼和形成電解池的陰極的位于該槽底部中的碳塊，其特征在于，電解槽的側(cè)壁的至少一部分包括一個或多個蒸發(fā)冷卻的板，并且其中高溫、耐熱和絕熱的材料布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解池，其特征在于，電解池的所有側(cè)壁都裝備有蒸發(fā)冷卻的板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解池，其特征在于，蒸發(fā)冷卻的板用于包含冷卻介質(zhì)，該冷卻介質(zhì)在大氣壓力下的沸點為850-950℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電解池，其特征在于，蒸發(fā)冷卻的板用于包含作為冷卻介質(zhì)的熔融鈉、熔融鈉鋰合金或熔融鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解池，其特征在于，每個蒸發(fā)冷卻的板在其上部中具有用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的裝置以便對流冷卻，從而使冷卻介質(zhì)在蒸發(fā)冷卻的板中冷凝。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解池，其特征在于，用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的裝置是第一封閉回路，所述第一封閉回路通過電解池中的每個蒸發(fā)冷卻的板的上部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解池，其特征在于，不在蒸發(fā)冷卻的板的上部內(nèi)的用于第二冷卻介質(zhì)的第一封閉回路的部分布置在耐熱和絕熱的材料中，該材料布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電解池，其特征在于，用于使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路連接到熱交換器，以便將熱量從第二冷卻介質(zhì)傳遞到包含在第二封閉回路內(nèi)的第三冷卻介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解池，其特征在于，熱交換器布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間的耐熱和絕熱的材料中。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電解池，其特征在于，布置在第二冷卻介質(zhì)進(jìn)入每個蒸發(fā)冷卻的板的上部之前用于調(diào)節(jié)第二冷卻介質(zhì)的溫度的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解池，其特征在于，用于調(diào)節(jié)第二冷卻介質(zhì)的溫度的裝置是電加熱元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解池，其特征在于，用于調(diào)節(jié)第二冷卻介質(zhì)的溫度的裝置是可調(diào)節(jié)的閥。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電解池，其特征在于，用于調(diào)節(jié)第二冷卻介質(zhì)的溫度的裝置是帶有可調(diào)節(jié)的閥的旁通導(dǎo)管。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電解池，其特征在于，用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的第二封閉回路連接到渦輪和發(fā)電機(jī)以便將熱能轉(zhuǎn)換為電能。
15.一種具有多個用于生產(chǎn)鋁的電解池的電解池列，其特征在于a)每個電解池包括陽極和電解槽，其中該電解槽具有由鋼制成的外殼；形成電解池的陰極的位于該槽底部中的碳塊；布置在該槽的所有側(cè)壁上的耐熱和絕熱的材料；以及一個或多個蒸發(fā)冷卻的板，該蒸發(fā)冷卻的板定位在至少一部分形成側(cè)壁的耐熱和絕熱的材料上，使得蒸發(fā)冷卻的板面對該槽的內(nèi)部；包含在所述蒸發(fā)冷卻的板內(nèi)的第一冷卻介質(zhì)；使第二冷卻介質(zhì)循環(huán)的第一封閉回路，第一封閉回路的一部分通過蒸發(fā)冷卻的板的上部以便冷卻第一冷卻介質(zhì)，并且不在蒸發(fā)冷卻的板的上部內(nèi)的第一封閉回路的部分布置在耐熱和絕熱的材料中；以及熱交換器，該熱交換器連接到第一封閉回路并且定位在耐熱和絕熱的材料中；以及b)第二封閉回路，該第二封閉回路連接到電解池列中的每個電解池的熱交換器上；在第二封閉回路中循環(huán)的第三冷卻介質(zhì)，熱交換器將熱量從第二冷卻介質(zhì)傳遞到第三冷卻介質(zhì)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電解池列，其特征在于，用于使第三冷卻介質(zhì)循環(huán)的第二封閉回路連接到渦輪和發(fā)電機(jī)以便將熱能轉(zhuǎn)換為電能。
17.一種保持用于生產(chǎn)鋁的電解池的側(cè)壁上的硬殼層的方法，其特征在于(a)一個或多個蒸發(fā)冷卻的板布置在電解池的內(nèi)側(cè)上，使得該板的一側(cè)與該電池內(nèi)的熔體接觸，并且另一側(cè)與高溫、耐熱和絕熱的材料接觸，絕熱材料與電池的鋼外殼接觸，該板在其中具有第一冷卻介質(zhì)；以及(b)蒸發(fā)冷卻的板中的第一冷卻介質(zhì)的溫度被保持為這樣，使得該板的一側(cè)的溫度稍低于熔體的溫度，由此在該板的一側(cè)上形成硬殼層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該板的一側(cè)上的溫度比熔體的溫度低大約2℃到大約50℃。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，通過第二冷卻介質(zhì)保持第一冷卻介質(zhì)的溫度，該第二冷卻介質(zhì)通過第一封閉回路循環(huán)，使得熱量在第一冷卻介質(zhì)和第二冷卻介質(zhì)之間交換；并且熱量還通過熱交換器在第二冷卻介質(zhì)和第三冷卻介質(zhì)之間交換，由此冷卻第二冷卻介質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，與第一冷卻介質(zhì)交換熱量的第二冷卻介質(zhì)的量或第二冷卻介質(zhì)的溫度有效地控制第一冷卻介質(zhì)的溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，熱量從第三冷卻介質(zhì)回收成為電能。
22.一種方法，用于從生產(chǎn)鋁所用的電解池回收電力，并且用于保持電解池的側(cè)壁上的硬殼層，其特征在于(a)一個或多個蒸發(fā)冷卻的板布置在電解池的內(nèi)側(cè)上，使得該板的一側(cè)與該電池內(nèi)的熔體接觸，并且另一側(cè)與高溫、耐熱和絕熱的材料接觸，絕熱材料與電池的鋼外殼接觸，該板在其中具有第一冷卻介質(zhì)；(b)蒸發(fā)冷卻的板中的第一冷卻介質(zhì)的溫度被保持為這樣，使得該板的一側(cè)的溫度稍低于熔體的溫度，由此在該板的一側(cè)上形成硬殼層；以及(c)來自第一冷卻介質(zhì)的熱量被回收并轉(zhuǎn)換為電能。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，通過第二冷卻介質(zhì)保持第一冷卻介質(zhì)的溫度，該第二冷卻介質(zhì)通過第一封閉回路循環(huán)，使得熱量在第一冷卻介質(zhì)和第二冷卻介質(zhì)之間交換；熱量還通過熱交換器在第二冷卻介質(zhì)和第三冷卻介質(zhì)之間交換，由此冷卻第二冷卻介質(zhì)；并且通過氣渦輪和發(fā)電機(jī)將熱量從第三冷卻介質(zhì)中排除以便產(chǎn)生電力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)鋁的電解池，其包括陽極和電解槽，其中該電解槽包括由鋼制成的外殼和形成電解池的陰極的位于該槽底部中的碳塊。電解槽的側(cè)壁的至少一部分包括一個或多個蒸發(fā)冷卻的板，并且其中高溫、耐熱和絕熱的材料布置在蒸發(fā)冷卻的板和鋼外殼之間。本發(fā)明還包括一種方法，用于保持該槽的側(cè)壁上的硬殼層，并且用于從板內(nèi)的冷卻介質(zhì)回收熱量以便轉(zhuǎn)換為電能。
文檔編號C25C3/00GK1434881SQ01810829
公開日2003年8月6日 申請日期2001年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者J·A·奧尼, K·約翰森, P·O·諾斯 申請人:埃爾凱姆公司