对铝生产电解池通风的方法 |
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| 申请号 | CN201180015256.4 | 申请日 | 2011-01-11 | 公开(公告)号 | CN102803571B | 公开(公告)日 | 2016-06-01 |
| 申请人 | 阿尔斯通技术有限公司; | 发明人 | G.维德; | ||||
| 摘要 | 一种 铝 生产 电解 池(4)包括带有浴槽内容物(8a)的浴槽(8)、与所述内容物(8a)相 接触 的至少一个 阴极 电极 (10)、与所述内容物(8a)相接触的至少一个 阳极 电极(6)，以及护罩(16)，所述护罩(16)限定内部区域(16a)， 覆盖 所述浴槽(8)的至少一部分。 电解池 (4)装备成以便从所述内部区域(16a)中抽出排气。电解池(4)还包括至少一个 热交换器 (52)，用于在从内部区域(16a)抽出的排气的至少一部分循环至内部区域(16a)之前对其进行冷却。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种对铝生产电解池通风的方法，所述铝生产电解池包括带有内容物的浴槽、与所述内容物相接触的至少一个阴极电极、与所述内容物相接触的至少一个阳极电极，以及护罩，所述护罩限定内部区域，覆盖所述浴槽的至少一部分，所述方法的特征在于包括： |
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| 说明书全文 | 对铝生产电解池通风的方法技术领域[0001] 本发明涉及对铝生产电解池通风的方法，铝生产电解池包括带有内容物的浴槽、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阴极电极、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阳极电极，以及覆盖所述浴槽的至少一部分的护罩。 [0002] 本发明还涉及用于上面所述类型的铝生产电解池的通风装置。 背景技术[0003] 铝通常通过电解工艺利用一个或多个铝生产电解池来生产。在US2009/0159434中公开了一种这样的工艺。这种电解池典型地包括浴槽，其用于容纳浴槽内容物，浴槽内容物在熔融铝的顶部上包括包含矿物质的氟化物。浴槽内容物与阴极电极块和阳极电极块相接触。氧化铝按照有规律的间隔通过沿着池中心且在阳极排之间的若干位置处的开口而供应到浴槽。 [0004] 如此生产的铝产生排放气(effluent gas)，其包括氟化氢、二氧化硫、二氧化碳等等。这些气体必须以环保的方式进行移除和处置。此外，由这种电解工艺所产生的热量必须以一些方式进行控制，以避免与定位在浴槽附近的设备的过热有关的问题。如US2009/0159434中所述，一个或多个气体导管可用于从若干并行的电解池中抽出排放气和尘粒，并且从池中移除所产生的热量以冷却池设备。为了实现此目的，在气体导管中通过加压空气供应装置产生吸力。该吸力然后产生穿过电解池的环境通风空气流。穿过电解池的环境通风空气流冷却电解池设备，并从中抽出所产生的排放气和尘粒。这种加压空气流同样产生了穿过电解池和气体导管的合适的气流，以将所产生的排放气和尘粒携带至气体处理装置。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种从铝生产电解池中移除气态污染物、尘粒和热量的方法，其在所需要的资本投资和发生的运营成本方面比现有技术方法更高效。 [0006] 上面提到的目的通过一种对铝生产电解池通风的方法来实现，其不需要环境空气或需要减少体积的环境空气。这种铝生产电解池包括浴槽、浴槽内容物、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阴极电极、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阳极电极，以及覆盖所述浴槽的至少一部分的护罩。该主题方法包括： [0007] 从所述护罩的内部区域抽出排气； [0008] 冷却所述排气的至少一部分，以获得冷却排气；以及 [0009] 使冷却排气的至少一部分返回至所述护罩的内部区域。 [0010] 上述方法的一个优点是，需要清洁的排气的体积比现有技术显著地少，因为不会对其增加大体积的环境空气。类似地，在没有大体积的环境空气的稀释效果下，抽出的用于清洁的排气携带更高浓度的污染物，例如氟化氢、二氧化硫、二氧化碳、尘粒等等。具有更高浓度的污染物的排气使得下游设备(诸如例如排出气处理单元、二氧化碳移除装置等等)更高效地工作。此外，基于减少了穿过下游设备的排气体积，下游设备由于减少了容量需求而在尺寸上可被制作得更小。这种在设备尺寸和容量要求上的减少降低了系统所需要的资本投资和发生的运营成本。另一优点是，通过将排气移除、冷却和返回至护罩的内部区域，减少或甚至消除了所需要的环境空气的体积。减少或甚至消除系统中的环境空气的使用会减少由排气输送至下游设备(诸如例如下游气体处理单元)的湿气的数量。已经知晓湿气极强地影响与排气接触的设备上的硬结垢和硬皮形成的速率。因此，在减少排气中的湿气数量的情况下，减少了结垢和硬皮的形成。减少结垢、硬皮和沉淀物的形成将减少设备阻塞的风险，例如阻塞在排气循环中所利用的热交换器和风扇。 [0011] 根据一个实施例，从护罩的内部区域抽出的排气的总量的10-80%将在冷却排气的至少一部分之后返回至内部区域。这个实施例的一个优点是，护罩和定位在护罩的上部部分中的电解池设备通过冷却排气而得到充分的冷却。类似地，在下游设备中对其进行清洁之前，排气中的污染物将达到合适浓度。利用冷却排气冷却电解池会减少或消除冷却所需要的环境空气的体积。这个实施例的又一优点是，从内部区域抽出以用于冷却的热排气为热交换器提供了高的热值，这可用于其它系统工艺。 [0012] 根据另一实施例，该方法还包括通过第一热交换器冷却从护罩内部区域抽出的全部排气体积。在其至少一部分返回护罩的内部区域之前，一部分冷却排气然后流向第二热交换器，以用于进一步冷却。这个实施例的一个优点是，在第一热交换器中冷却至第一温度对于从护罩内部区域抽出的整个排气体积是在商业上可行的。这种通过第一热交换器对排气进行的冷却适合于针对下游设备(例如气体处理单元)的温度需求而充分冷却排气。利用第二热交换器将一部分排气进一步冷却至第二较低温度对于返回至护罩内部区域的排气是特别有用。因此，用于冷却内部区域的部分排气被高效地冷却至比流向下游设备(例如气体处理单元)的排气部分更低的温度。 [0013] 根据一个实施例，冷却介质首先穿过第二热交换器，然后穿过第一热交换器。因此，返回至护罩的内部区域的排气部分首先在第一热交换器中进行冷却，然后在第二热交换器中进行冷却，而冷却介质首先穿过第二热交换器，然后穿过第一热交换器，使得冷却介质在第一和第二热交换器中以逆流模式冷却部分排气。这个实施例的一个优点是，以逆流模式进行的返回排气的冷却和冷却介质的加热是非常高效的。 [0014] 根据另一实施例，返回至护罩内部区域的冷却排气首先流过气体处理单元，以便移除里面存在的至少一些氟化氢和/或二氧化硫和/或尘粒。这个实施例的一个优点是，冷却排气是相对清洁的，即，相对无排放气和/或尘粒，这可减少护罩内部区域中的设备腐蚀和磨损的风险，即与冷却排气相接触的导管、闸门、热交换器、风扇等等。冷却排气的这种清洁还可减少与暴露于未处理的“肮脏”排气相关联的健康风险。 [0015] 根据另一实施例，冷却排气的至少一部分以这样的方式返回至护罩的内部区域：即，造成返回的冷却排气在将氧化铝粉末供应到浴槽所处的氧化铝粉末馈送位置周围形成冷却“气帘”。这个实施例的一个优点是，在氧化铝馈送到浴槽期间所产生的热量和气体及尘粒在使用很少环境空气或不使用环境空气的情况下受到高效的控制和管理。 [0016] 根据一个实施例，冷却排气的至少一部分返回至护罩内部区域的上部部分中。这个实施例的一个优点是，减少了护罩内部区域的上部部分处由于热气体的上升而产生过高温度的风险，因而减轻了布置在护罩内部区域的上部部分中的电解池设备上的热负荷。 [0017] 根据一个实施例，在第一热交换器中冷却排气之前，从排气中移除排气的尘粒的至少一部分。这个实施例的一个优点是，其减少由于排气的尘粒而引起的热交换器或相似的冷却装置或风扇的磨损和/或阻塞。 [0018] 本发明的另一目的是提供一种铝生产电解池，其关于处理设备的运营成本方面比现有技术更高效。 [0019] 这个目的通过一种铝生产电解池来实现，其包括浴槽、浴槽内容物、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阴极电极、与所述浴槽内容物相接触的至少一个阳极电极、覆盖所述浴槽的至少一部分的护罩、由所述护罩限定的内部区域，以及流体地连接到内部区域以用于从所述内部区域移除排气的至少一个吸力导管，并且还包括： [0020] 至少一个热交换器，其用于冷却通过吸力导管而从所述内部区域抽出的排气的至少一部分；以及 [0021] 至少一个返回导管，其用于使由热交换器冷却的排气的至少一部分循环至护罩内部区域。 [0022] 这种铝生产电解池的一个优点是，排气的至少一部分被冷却和被重复使用，而非被丢弃和被通过增加冷却的、稀释的、湿润的环境空气而替换。因而，在减少排气流的情况下，因为很少或没有对其增加环境空气，所以清洁设备更高效地操作，并且可减少设备尺寸和容量要求。 [0023] 根据一个实施例，风扇连接到返回导管上，以使排气循环至护罩内部区域。这个实施例的一个优点是，实现了所返回的冷却排气均匀且可控地流向护罩内部区域。 [0024] 根据一个实施例，所述“至少一个热交换器”是第一热交换器，其用于冷却从护罩内部区域抽出的排气，第二热交换器定位在返回导管中，其用于进一步冷却返回至护罩内部区域的冷却排气。这个实施例的一个优点是，用于冷却用于返回到内部区域的排气可与冷却用于清洁处理的排气相结合，以用于增加效率。 [0025] 根据一个实施例，提供了第一管道，以用于使冷却介质从冷却介质源流向第二热交换器，提供了第二管道，以用于使冷却介质从第二热交换器流向第一热交换器，并且提供了第三管道，以用于使冷却介质从第一热交换器流向冷却介质容器。这个实施例的一个优点是，离开第一热交换器的冷却介质的温度可相对较高，例如，只比从护罩内部区域抽出的排气的温度低大约10℃-30℃，从而使这种冷却介质可在其它工艺部分中用于加热目的。 [0026] 根据一个实施例，返回导管是组合式维护和返回导管，返回气体风扇被布置来用于在第一操作模式下将返回的排气通过所述组合式维护和返回导管运送至护罩内部区域，所述组合式维护和返回导管被布置来用于在第二操作模式下输送来自护罩内部区域的排气。这个实施例的一个优点是，在正常操作期间可利用同一返回导管使刚刚冷却的排气返回内部区域，并且在电解池维修和维护(即，对池添加消耗材料，替换使用过的碳阳极，并用再循环的浴槽内容物和氧化铝覆盖池等等)期间用于促使增加从护罩内部区域吸出的排气。 [0027] 根据另一实施例，铝生产电解池包括布置在浴槽的上面以用于将氧化铝粉末供应到浴槽的至少一个氧化铝馈送器，以及流体地连接到氧化铝馈送器的盖子上以用于将返回的冷却排气馈送到所述盖子的返回导管。这个实施例的一个优点是，在将氧化铝粉末馈送到浴槽期间所产生的气体和尘粒的移除可以被更高效地完成，因为很少或没有为工艺添加环境空气。 [0028] 根据另一实施例，所述盖子是双壁式盖子，其具有外壁和内壁，外壁的内部和内壁的外部限定第一空间，并且内壁的内部限定第二空间，返回的冷却排气流过第一空间，排气流过第二空间。这种盖子的一个优点是，在氧化铝馈送器处可以非常高效地从池中收集和移除气体和尘粒。 [0029] 根据另一实施例，返回导管流体地连接到氧化铝馈送器的盖子的第一空间，以便将冷却排气供应到所述第一空间，并且吸力导管流体地连接到第二空间，以从第二空间抽出充满气体和尘粒的排气。 [0031] 以下将参照附图更详细地描述本发明，其中： [0032] 图1是铝生产装置的示意性侧视图； [0033] 图2是根据第一实施例的铝生产电解池的放大的示意性侧视图； [0034] 图3是根据第二实施例的铝生产电解池的示意性侧视图； [0035] 图4是根据第三实施例的铝生产电解池的示意性侧视图； [0036] 图5是根据第四实施例的铝生产电解池的示意性侧视图； [0037] 图6是根据第五实施例的铝生产电解池的示意性侧视图； [0038] 图7是根据第六实施例的铝生产电解池的示意性侧视图； [0039] 图8a是图7的铝生产电解池的氧化铝馈送器的放大的示意性侧视图；以及[0040] 图8b是沿着线B-B得到的图8a的氧化铝馈送器的横截面图。 具体实施方式[0041] 图1是铝生产装置1的示意图。铝生产装置1的主要构件是铝生产电解池室2，其中可布置若干个铝生产电解池。在图1中出于清晰和简单起见只描绘了一个铝生产电解池4，但应该懂得电解池室2可典型地包括50至200个电解池。铝生产电解池4包括若干个阳极电极6，典型地六至三十个阳极电极，它们典型地布置成沿着池4的长度而延伸的并行的两排，并延伸到浴槽8的内容物8a中。在浴槽8中还定位了一个或多个阴极电极10。发生在电解池4中的工艺可以是众所周知的霍尔-赫劳尔特工艺，在这种工艺中，溶解在包含矿物质的氟化物的熔体中的氧化铝被电解以形成铝，因此电解池4用作电解液池。粉末状氧化铝从料斗12馈送至电解池4，料斗整合在电解池4的上部结构12a中。粉末状氧化铝通过馈送器14馈送至浴槽8中。各个馈送器14可设有馈送管道14a、馈送端口14b和硬皮粉碎器14c，硬皮粉碎器14c操作来用于在时常形成于内容物8a的表面上的硬皮中形成开口。在US 5045168中描述了硬皮粉碎器的一个示例。 [0042] 发生在电解池4中的电解工艺产生大量的热量，并且还产生尘粒和排放气，包括但不局限于氟化氢、二氧化硫和二氧化碳。护罩16布置在浴槽8的至少一部分之上，并且限定了内部区域16a。吸力导管18通过护罩16而流体地连接到内部区域16a上。所有并行的电解池4的相似的吸力导管18流体地连接到一个收集导管20上。风扇22通过吸力导管24将排气从收集导管20抽出至气体处理单元26。风扇22优选定位在气体处理单元26的下游，以在气体处理单元26中产生负压。然而，风扇22还可以作为备选而定位在吸力导管24中。风扇22通过流体地连接的吸力导管18、收集导管20和吸力导管24而在护罩16的内部区域16a中产生吸力。一些环境空气将由于这种吸力而主要通过形成于侧壁门28之间的开口吸入到内部区域16a中，在图1的图示中已经去除了一些侧壁门28，以更清楚地显示阳极电极6。一些环境空气还将通过其它开口进入内部区域16a中，例如在盖子(未显示)和面板(未显示)之间的开口，盖子(未显示)和面板(未显示)组成了护罩16和电解池4的上部结构12a。通过风扇22吸入到内部区域16a中的环境空气将冷却电解池4的内部结构(包括例如阳极电极6)，并且还将夹带氧化铝的电解过程中所产生的排放气和尘粒。离开内部区域16a的排气将因此包括环境空气、铝生产工艺中所产生的排放气和尘粒的混合物。 [0043] 在气体处理单元26中，排气在接触反应器30中与吸收剂相混合，吸收剂典型地可能是后面在铝生产工艺中所利用的氧化铝。氧化铝与排气的一些成分，尤其氟化氢(HF)和二氧化硫(SO2)起反应。然后通过织物过滤器32从排气中分离出由氧化铝与氟化氢及二氧化硫的反应所形成的颗粒反应产物。除了从排气中移除氟化氢和二氧化硫之外，气体处理单元26还通过织物过滤器32分离来自内部区域16a的排气所夹带的尘粒的至少一部分。在US 5885539中更详细地描述了合适的气体处理单元26的一个示例。 [0044] 可选地，在二氧化硫移除装置27中进一步处理排放气处理单元26的排气。在经过气体处理单元26中的处理之后，二氧化硫移除装置27移除留在排气中的大多数二氧化硫。二氧化硫移除装置27例如可以是例如US 5484535中所公开的海水洗涤器、例如EP 0162536中所公开的石灰石湿式洗涤器，或者利用碱性吸收物质以便从排气中移除二氧化硫的另一个这种装置。 [0045] 可选地，从气体处理单元26或二氧化硫移除装置27(可根据情况而定)流出的排气穿过流体地连接的导管34而到达二氧化碳移除装置36，二氧化碳移除装置36从排气中移除至少一些二氧化碳。二氧化碳移除装置36可以是适合于从排气中移除二氧化碳气体的任何类型。合适的二氧化碳移除装置36的一个示例是为冷冻氨工艺装备的装置。在冷冻氨工艺中，排气在吸收器38中与例如碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料在低温(例如0℃至10℃)下相接触。溶液或浆料有选择地从排气中吸收二氧化碳气体。因此，主要包含氮气和氧气的清洁后的排气从吸收器38流过流体地连接的清洁气体导管40，并且通过流体地连接的烟囱42而释放至大气中。使用过的碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料从吸收器38输送至再生器44中，在该再生器44中将碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料加热至例如50℃至150℃的温度，以造成二氧化碳以浓缩的气体形式释放。然后使再生的碳酸铵和/或碳酸氢铵溶液或浆料返回至吸收器38中。浓缩的二氧化碳气体流从再生器44通过流体地连接的导管46而流向气体处理单元48，在气体处理单元48中压缩浓缩的二氧化碳气体。经压缩的浓缩的二氧化碳可通过例如抽送到旧矿等等而得以处置。在US 2008/0072762中公开了上述类型的二氧化碳移除装置36的一个示例。应该懂得还可利用其它二氧化碳移除装置。 [0046] 图2是铝生产电解池4的放大的示意性侧视图。出于清晰起见，图2中只描绘了两个阳极电极6。如前文参照图1所公开的那样，风扇22将排气从护罩16的内部区域16a抽出到流体地连接的吸力导管18。由于风扇22所产生的吸力原因，图2中“A”所示的环境空气通过形成于侧壁面板(未显示)和门(未显示)之间示意性所示的非气密性间隙50而被吸入到内部区域16a中。从内部区域16a吸入的排气进入吸力导管18中。吸力导管18可流体地连接到上至少一个(但更典型地至少两个)内部吸力导管19上。出于清晰起见，在图2中只描绘了一个内部吸力导管19。内部吸力导管19可具有若干个槽口或喷嘴21，以将排气从内部区域16a均匀地抽出到内部吸力导管19中。 [0047] 热交换器52布置在导管18中，以流体地连接到内部吸力导管19的下游不远处。冷却介质通常是冷却流体，例如液体或气体，例如冷却水或冷却空气，其通过供应管道54而供应到热交换器52。冷却介质可从冷却介质源中运送出来，冷却介质源可以是例如环境空气、湖或海、分区加热系统的水罐等等。因此，如果冷却介质是液体的话，那么热交换器52可以是气体-液体热交换器，或者如果冷却介质是气体的话，那么热交换器52可以是气体-气体热交换器。冷却介质例如可相对于流过热交换器52的排气流以逆流、同流或交叉流的方向循环穿过热交换器52。通常优选的是使冷却介质相对于排气以逆流的方式循环穿过热交换器52，以在其离开热交换器52之前获得对冷却介质最大的热传递。冷却介质典型地具有40℃至100℃的温度。在冷却介质是来自图1中所示的池室2的室内空气的情况下，冷却介质典型地将具有高于环境空气的温度大约10℃的温度。从内部区域16a通过吸力导管18抽出的排气典型地可具有90℃至200℃的温度，但该温度也可高达300℃，或甚至更高。在热交换器52中，排气被冷却至典型地70℃至130℃的温度。当排气被冷却时，冷却介质的温度升高至典型地60℃至110℃，或甚至更高。因此，被加热的冷却介质通过管道56离开热交换器52，其具有60℃至110℃的温度，或甚至高达例如270℃的温度。通过管道56离开的冷却介质可被运送到冷却介质受体，例如环境空气、湖或海、分区加热系统的水罐等等。然后被加热的冷却介质可进行循环，并在工艺的其它部分(例如在再生器44)中加以利用，如前文参照图1所述。被加热的冷却介质还可以其它方式加以利用，例如用于分区加热水的生产中、用于利用热水以驱动吸收式冷却器的分区冷却系统中，或者如专利申请WO2008/113496中所述用作用于除盐装置的热源。 [0048] 返回导管58在热交换器52下游流体地连接到吸力导管18上。返回导管58可使冷却排气循环到电解池4的一端，或者可使冷却排气循环至供应导管60中，供应导管60布置在内部区域16a的内部。返回气体风扇62使冷却排气循环回到电解池4和供应导管60。导管60具有喷嘴64，以使冷却排气如图2中“V”所示分布在内部区域16a中。内部吸力导管19可定位在与供应导管60相同的水平面P1中，或者如图2中所示定位在不同的水平面P2中。内部吸力导管19也可以或多或少地与导管60整合，例如以双壁式导管的形式。 [0049] 如图2中所示，导管60的喷嘴64定位在内部区域16a的上部部分66中。通过间隙50进入内部区域16a的环境空气A扫掠浴槽8和阳极6，并因而被加热。加热的环境空气朝着护罩16的顶板68沿竖向向上移动。电解池4中的设备，尤其定位在内部区域16a的上部部分66中的设备需要保护，以免暴露于非常热的排气。为了获得这种设备的安全操作和长的使用寿命，内部区域16a的上部部分66中的温度应优选小于大约200℃至250℃，以避免或最大限度地减小太高的设备热负荷。此外，铝生产工艺中所产生的排放气是热的，并且倾向于累积在护罩16的顶板68的下面。由于顶板68处非常高的温度，这种累积的排放气的泄漏风险增加。通过将冷却排气经由喷嘴64供应到上部部分66，上部部分66中的排气得以冷却。这种冷却降低了由于过高的温度和累积的热的排放气的泄漏而引起电解池4中的设备失效的风险。 [0050] 在上部部分66中所释放的冷却排气倾向于在电解池4中产生排气温度梯度。这个温度梯度在上部部分66处具有较低的温度，并且朝着池4的下部部分处的氧化铝馈送点而升高温度，在馈送点处，如图1中所示，氧化铝馈送器14将粉末状氧化铝供应到浴槽8。这种温度梯度有益于电解池4中的设备的寿命，并且明显不同于其中电解池的顶部处的温度较高的现有技术的方法和装置。 [0051] 冷却排气冷却了内部区域16a。冷却排气替换了一些环境室内空气。因此，同现有技术的池相比，通过间隙50抽到内部区域16a中的环境室内空气较少。而且，从内部区域16a循环回到内部区域16a作为冷却排气的排气的部分导致排气中的排放气(例如氟化氢、二氧化硫、二氧化碳和尘粒)的浓度增加。典型地，在热交换器52中冷却之后，从内部区域6a抽出的排气的总量的大约10%至大约80%循环回内部区域16a。结果，同现有技术方法相比减少了气体处理单元26中所清洁的总排气流。这是一个优点，因为气体处理单元26因而具有更低的容量要求(按m3/h的排气测量)，从而减少了气体处理单元26的资本投资和发生的运营成本。减少抽到内部区域16a中的环境室内空气的数量的另一优点是，减少了输送通过气体处理单元26的湿气数量。这种湿气主要源自于环境空气中的湿气。携带通过气体处理单元26的湿气的数量(按kg/h测量)具有对于与排气相接触的单元构件(例如反应器和过滤器)上的硬结垢和硬皮的形成很大的影响。通过减少携带通过气体处理单元26的湿气的数量，因此可减少与气体处理单元26中的结垢和硬皮的形成相关联的维修和运营成本。而且，基于较小的排气流，可选的二氧化碳移除装置36还可具有较低容量的设计，因而降低与之相关联的成本。气体处理单元26用于清洁具有相对较高浓度的氟化氢气体和二氧化硫气体的排气。较高浓度的这种气体使得气体处理单元26的清洁工艺更加高效。对于二氧化碳移除装置36也是这样。二氧化碳移除装置36用于处理具有相对较高浓度的二氧化碳的排气，因而使得吸收器38更高效地工作。 [0052] 可选地，除尘装置70可在热交换器52上游定位在吸力导管18中。除尘装置70例如可以是织物过滤器、旋风器或相似的除尘装置，其用于在排气流入热交换器52中之前移除排气夹带的尘粒的至少一部分。除尘装置70降低了尘粒阻塞热交换器52的风险，并且还降低了在热交换器52、风扇62、导管18、58、60和喷嘴64中由于尘粒造成磨损的风险。 [0053] 图3是根据第二实施例的铝生产电解池104的示意性侧视图。电解池104的许多特征与电解池4的特征是相似的，并且那些特征已经被赋予相同的参考标号。吸力导管118通过护罩16而流体地连接到内部区域16a上，以便从内部区域16a中抽出排气。热交换器52在护罩16下游不远处布置在导管118中。冷却介质(例如冷却水或冷却空气)通过供应管道54而供应到热交换器52，以按照与前文参照图2所公开的相似的方式冷却排气。返回到图3，使用过的冷却介质通过管道56离开热交换器52。 [0054] 排气风扇162在热交换器52下游布置在导管118中。风扇162使排气通过前文参照图1所述的导管18、收集导管20和吸力导管24而从内部区域16a循环到气体处理单元26。因此，在使排气从内部区域16a循环至气体处理单元26时，风扇162协助图1中所示的风扇22。 [0055] 返回导管158在风扇162下游流体地连接到导管118上。导管158流体地连接到导管60上，导管60布置在内部区域16a的内部。风扇162使热交换器52中经过冷却排气循环至装备有喷嘴64的导管158和导管60中，以将冷却排气V分布在内部区域16a的内部。 [0056] 同图2中所述的电解池4相比，电解池104的风扇162提供了帮助风扇22将排气输送至气体处理单元26，并使一部分冷却排气循环回内部区域16a的双重功能，以减少对环境空气的抽吸，并增加最终在气体处理单元26和二氧化碳移除装置36中进行处理的排气中的污染物浓度。 [0057] 图4是根据第三实施例的铝生产电解池204的示意性侧视图。电解池204的许多特征与电解池4的特征是相似的，并且那些特征已经被赋予相同的参考标号。吸力导管18通过护罩16而流体地连接到内部区域16a上。第一热交换器252在护罩16下游不远处布置在导管18中。返回导管258在第一热交换器252下游流体地连接到导管18上。第二热交换器259布置在导管258中。 [0058] 采用冷却流体(例如冷却水或冷却空气)的形式的冷却介质通过第一管道253而供应到第二热交换器259。经部分地使用的冷却流体通过第二管道254而离开第二热交换器259。管道254将经部分地使用的冷却流体携带至第一热交换器252。使用过的冷却流体通过第三管道256而离开第一热交换器252。 [0059] 导管258流体地连接到供应导管60，供应导管60布置在内部区域16a的内部。在第二热交换器259下游布置在导管258中的返回气体风扇262使第一和第二热交换器252、259中所冷却的排气循环至导管60。导管60装备了喷嘴64，以使冷却排气如图4中“V”所示分布在内部区域16a中。 [0060] 因此，在电解池204中，从内部区域16a中抽出的一部分排气被冷却和循环回至内部区域16a中。冷却排气分两级进行冷却，首先在第一热交换器252中，其次在第二热交换器259中。典型地，通过管道253供应到第二热交换器259的冷却流体可具有大约40℃至大约80℃的温度。通过管道254离开第二热交换器259的经部分地使用的冷却流体典型地可具有大约60℃至大约100℃的温度。通过管道256离开第一热交换器252的使用过的冷却流体典型地可具有大约80℃至大约180℃，或甚至高达270℃，或甚至更高的温度。通过导管18从内部区域16a抽出的排气典型地具有大约90℃至大约200℃，或甚至更高的温度。在第一热交换器252中，排气被冷却至典型地大约70℃至大约130℃的温度。通过导管258循环至内部区域 16a的冷却排气典型地在第二热交换器259中被冷却至典型地大约50℃至大约110℃的温度。 [0061] 同前文参照图2所公开的电解池4相比，电解池204提高了对冷却流体的热传递，因为热交换器252、259相对于冷却流体流和排气流串行地定位，并且冷却流体和待冷却排气相对于彼此以逆流方式流动。对冷却流体提高热传递增加了冷却流体的热值。此外，同前文参照图2所述的实施例相比，冷却排气被冷却至更低的温度，这使得能够利用循环的冷却排气(其具有例如80℃的温度)替换更大部分的环境室内空气(其可具有例如30℃的温度)，并且在内部区域16a中仍然获得足够低的温度。循环和使用冷却排气，而非使用添加的稀释的环境空气，这导致更低流量的排气被气体处理单元26和二氧化碳移除装置36所清洁，从而导致设备容量要求和投资成本的降低。 [0062] 作为将两个热交换器252、259相对于冷却流体流和冷却排气流串行地布置的一种备选，两个热交换器252、259均可相对于冷却流体彼此独立地操作。各个热交换器甚至可用不同类型的冷却流体来操作。 [0063] 布置两个热交换器252、259以冷却排气的一种备选是只利用一个热交换器。因此，电解池204只设有第一热交换器252，其定位在系统中，用于与电解池4的那些热交换器相似的用途。类似地，可以只使用第二热交换器259来代替第二热交换器252。在后一种情况下，只有循环回内部区域16a中的排气部分被冷却。 [0064] 图5是根据第四实施例的铝生产电解池304的示意性侧视图。电解池304的许多特征与电解池4的特征是相似的，并且那些特征已经被赋予相同的参考标号。吸力导管18通过护罩16而流体地连接到内部区域16a上，以便从内部区域16a中抽出排气。热交换器52在护罩16下游不远处布置在导管18中。冷却介质(例如冷却水或冷却空气)通过供应管道54而供应到热交换器52，以按照与前文参照图2所公开的相似的方式冷却排气。返回到图5，冷却介质通过管道56离开热交换器52。 [0065] 气体导管359在热交换器52下游流体地连接到导管18上。返回气体风扇362使一部分冷却排气从导管18循环至导管359。导管359流体地连接到组合式维护和返回导管358上。如图5中所示，在与导管359的连接部的右侧，组合式维护和返回导管358流体地连接到供应导管60上，供应导管60定位在内部区域16a中。在与气体导管359的连接部的左侧，组合式维护和返回导管358装备了闸门363和维护气体风扇365。在正常操作条件下，闸门363被关闭，并且风扇365不起作用。在这种情况下，风扇362使热交换器52中经过冷却的排气循环至导管358。因为在这种情况下闸门363被关闭，所以冷却排气循环至装备了喷嘴64的导管60，以使冷却排气V分布在内部区域16a的内部，如前文参照图2所述。 [0066] 返回图5，电解池304从前文所述的正常操作条件或模式切换至维护操作模式，即，例如用新的阳极电极替换一个或多个消耗的阳极电极6的模式。在维护操作模式中，风扇362不起作用，闸门363打开，并且风扇365起作用。风扇365通过导管60和喷嘴64而从内部区域16a中抽出环境空气。因此，在维护操作模式中，导管358用于冷却和提高内部区域16a中的通风。在这个过程中，在维护活动期间来自池中高的气体和尘粒排放物被导管60抽出，以便为执行维护(例如更换消耗的阳极电极6)的操作员改善工作环境。通常，在维护操作模式中，从内部区域16a通过导管60和358流出的空气流为正常操作模式下从内部区域16a抽出的排气的两至四倍。因而，导管358在正常操作模式下用于使一部分冷却排气循环至内部区域16a，并且在维护操作模式下用于冷却内部区域16a和提高内部区域16a的通风。在图5中，导管358中的气流方向在正常操作模式下如箭头FN所示，并且在维护操作模式下如箭头FT所示。 [0067] 导管358和18典型地将通过收集导管20而流体地连接到导管24上，以便在维护操作模式下处理来自电解池的高的气体和尘粒排放物，并且在气体处理单元26的正常操作模式下处理来自电解池的排气。 [0068] 当闸门363打开时，在导管358中通过风扇22所产生的抽吸力可在也不使用风扇365的情况下足以通过导管358抽出某些排气流，风扇22在气体处理单元26下游布置在导管 34中。在热交换器52中存在压降，并且在流体地连接的导管18中存在压降。在热交换器52和导管18中典型的压降将为大约500Pa至大约1000Pa，这类似于或大于导管358中的压降，该导管358与导管18并行。当闸门363打开且缺乏维护气体风扇365时，热交换器52和导管18中的这种压降在维护模式下将造成维护气流过导管358，这将典型地与相同速率的气流相对应，或者是这种维护模式下的导管18中的排气流的两倍。 [0069] 作为可选项，在导管24中布置了另一个热交换器372。热交换器372为循环至气体处理单元26的排气提供了进一步的冷却。热交换器372对排气的进一步冷却进一步减少了气体处理单元26的设备尺寸和容量要求。冷却介质(例如环境空气或冷却水)循环穿过另一个热交换器372。可选地，热交换器372的冷却介质也可相对于排气以逆流关系循环穿过热交换器52。 [0070] 图6是根据第五实施例的铝生产电解池404的示意性侧视图。电解池404的许多特征与铝生产电解池4的特征是相似的，并且那些特征已经被赋予相同的参考标号。吸力导管18流体地连接到内部区域16a上，以便于来自内部区域16a的排气穿过。热交换器52在内部区域16a下游不远处布置在导管18中。冷却介质(例如冷却水或冷却空气)通过供应管道54而供应到热交换器52，以按照与前文参照图2所公开的相似的方式冷却排气。返回到图6，冷却介质通过管道56离开热交换器52。 [0071] 在电解池404中，整个排气流通过风扇22经由导管18、收集导管20、气体吸力导管24和气体处理单元26而从内部区域16a中抽出。导管20、导管24和气体处理单元26都是与前文参照图1所述相同的类型。在气体处理单元26中，至少部分地从排气中移除氟化氢、二氧化硫和尘粒。因此，从气体处理单元26抽出的并非清洁的排气，其仍然包含二氧化碳，并进入定位在气体处理单元26下游的风扇22。风扇22使排气通过导管34循环至二氧化碳移除装置36中，二氧化碳移除装置36可以是与前文参照图1所述相同的类型。作为备选，风扇22可使排气循环至另一个气体处理单元，例如图1中所示类型的二氧化硫移除装置27，或循环至烟囱。 [0072] 返回导管458在风扇22下游流体地连接到导管34，即导管458在风扇22和二氧化碳移除装置36之间流体地连接到导管34上。导管458类似地流体地连接到供应导管60上，供应导管60布置在内部区域16a的内部。因此风扇22使热交换器52中经过冷却且在气体处理单元中经过清洁的排气循环至装备有喷嘴64的导管458和导管60，以将冷却排气V分布在内部区域16a的内部。 [0073] 同前文参照图2所述的铝生产电解池4相比，铝生产电解池404利用了已经在气体处理单元26中经过清洁的循环排气。因此，循环到电解池404的内部区域16a中的冷却排气包含低浓度的尘粒和排放气，例如氟化氢和二氧化硫。这有时是一个优点，因为清洁的冷却排气的使用可降低发生设备腐蚀、侵蚀、结垢等等的风险。清洁的冷却排气的使用还改善了整个工作环境。因为使冷却排气返回内部区域16a的导管458布置在二氧化碳移除装置36的上游，所以输送至二氧化碳移除装置36中的排气中的二氧化碳的浓度比冷却排气不进行循环的现有技术工艺更高。 [0074] 作为可选项，在导管24中可布置另一个热交换器472。热交换器472为循环至气体处理单元26的排气提供了进一步的冷却。热交换器472对排气的进一步冷却进一步减少了气体处理单元26的设备尺寸和容量要求。此外，通过导管458循环至内部区域16a的冷却排气通过另一个热交换器472进行进一步的冷却，同只利用热交换器52相比，这导致内部区域16a中有更低的温度。冷却介质(例如环境空气或冷却水)循环穿过另一个热交换器472。可选地，热交换器472的冷却介质还可相对于排气以逆流关系循环穿过热交换器52。而且，热交换器472可甚至用于替换热交换器52，因为循环至内部区域16a的排气通过布置在热交换器472下游的导管458而从导管34中流出。同样，在另一个热交换器472是唯一热交换器的情况下，循环至内部区域6a的排气仍然可进行冷却。 [0075] 作为另一个可选项，穿过导管458的排气可通过又一个热交换器进行进一步的冷却，该热交换器出于保持清晰图示的目的没有示出，其布置在导管458中，或者作为另一个可选项，在导管458的连接部上游布置在导管34中。 [0076] 图7显示了根据第六实施例的铝生产电解池504。护罩516布置在浴槽508的至少一部分之上，从而产生内部区域516a。吸力导管518通过护罩516而流体地连接到内部区域516a上。风扇(图7中出于简单和清晰的原因而未描绘)如前文参照图1所公开的那样将排气从导管518抽出到气体处理单元(未显示)中。电解池504包括若干个阳极电极506，典型地六至三十个阳极电极，它们典型地沿着池504的长度被布置成并行的两排。电解池504还典型地包括3至5个后文中参照图8a更详细描述的容纳氧化铝的料斗，以及沿着电解池504长度而布置的相同数量的氧化铝馈送器514。阳极电极506延伸到浴槽508的内容物508a中。一个或多个阴极电极510定位在浴槽508的内容物508a中。出于使图7简单和清晰的原因，那里只描绘了两个阳极电极506。 [0077] 第一热交换器552在护罩516下游不远处布置在导管518中。返回导管558在第一热交换器552下游流体地连接到导管518上。第二热交换器559布置在导管558中。导管558流体地连接到供应导管560上，供应导管60布置在护罩516的内部区域516a的内部。返回气体风扇562可在第二热交换器559上游或下游布置在导管558中，以使第一和第二热交换器552、559所冷却的排气循环至导管560中。 [0078] 冷却介质(典型地是冷却流体，例如冷却水或冷却空气)通过管道553而供应到第二热交换器559。冷却流体通过管道554离开第二热交换器559。管道554容许冷却流体流向第一热交换器552。冷却流体通过管道556离开第一热交换器552。 [0079] 如同前文参照图4所述的电解池304一样，作为将第一和第二热交换器552、559进行串行布置的备选，还可以使热交换器相对于冷却流体的输送而布置成彼此并联。热交换器552、559还可利用不同的冷却流体。布置两个热交换器552、559来冷却循环至内部区域516a中的排气的一种备选是只利用一个热交换器552或559。因此，电解池504可以只装备有第一热交换器552(这将导致与图2中所描述的电解池4使用的热交换器布置相似的热交换器布置)，或者只装备有第二热交换器559。在后一种情况下，只有循环至内部区域516a中的那个排气部分得以冷却。 [0080] 导管518流体地连接到收集导管519上，收集导管519定位在内部区域516a的内部。在图7中，出于保持图示清晰的目的只描绘了一个氧化铝馈送器514。馈送器514装备成从内部区域516a中抽出排气。这种排气可包含将氧化铝馈送到电解池504的浴槽508中时所产生的氟化氢、二氧化硫、二氧化碳和氧化铝颗粒材料，它被循环至流体地连接的导管519和流体地连接的导管58。冷却排气从流体地连接的导管560供应到馈送器514，如后文中更详细所述。 [0081] 图8a和图8b更详细地显示了铝生产电解池504的氧化铝馈送器514。图8a是馈送器514的竖向横截面图，并且图8b显示了沿着图8a的线B-B得到的馈送器514的横截面。 [0082] 馈送器514包括居中布置的硬皮粉碎器570，其用于打破形成于浴槽508中的熔化的铝内容物508a的表面上的硬皮572。硬皮粉碎器570包括用于穿透硬皮572的锤子部分574，以及用于挤压锤子部分574穿过硬皮572的活塞部分576。 [0083] 馈送器514还包括氧化铝馈送器管道578。管道578用于在图8a中所指示的馈送位置处使氧化铝粉末从氧化铝料斗580传送到浴槽508。所需的馈送位置是定位在两个阳极电极506之间的区域，刚好位于硬皮粉碎器570在硬皮572中形成开口之后。为此，管道578具有定位在锤子部分574附近的馈送端口582，使得受控制的且计量的氧化铝粉末可直接落入到通过锤子部分574而形成于硬皮572中的开口中。 [0084] 馈送器514包括双壁式盖子584，其具有外壁586和内壁588。如图8b中最佳所示，在外壁586的内表面586a和内壁588的外表面588a之间形成了第一空间590。内壁588大体平行于外壁586的形状。内壁588的内表面588b限定了第二空间592。如图8a中最佳所示，空间590通过导管594而流体地连接到导管560。空间592通过排气导管596而流体地连接到导管519。图7中所描绘的风扇562使冷却排气通过导管558而循环至导管560。外壁586和内壁588分别具有开口式下端586c和588c。 [0085] 如图8a中箭头所示，返回的冷却排气通过导管560和导管594而流向空间590。可选地，导管560可装备有喷嘴564。在图8a中显示了这种喷嘴564，其用于使冷却排气如图8a中的“V”所示在内部区域516a中循环。因此，冷却排气可通过导管594循环至馈送器514，并通过喷嘴564循环至内部区域516a。 [0086] 通过导管594循环至空间590的冷却排气向下流过空间590，以在区域FP周围形成冷却排气的“帘幕”，在该区域，硬皮粉碎器570起作用，并且氧化铝从管道578的馈送口582供应到浴槽508。冷却排气夹带着排放气和可能包括氧化铝粒子的尘粒，并且被抽到空间592中。如图8a中的箭头所示，具有夹带的排放气和尘粒的冷却排气将在空间590之后构成“U形转向”，并基本上沿竖向向上流过空间592。排气从空间592中通过导管596和导管519抽出内部区域516a。可选地，导管519可包括若干个喷嘴521，通过喷嘴可将内部区域516a的上部部分566中的排气抽到导管519中。 [0087] 因此，如图7、图8a和图8b中所示，来自导管518且在内部区域516a中通过导管560进行循环的冷却排气大体可用于冷却内部区域516a且尤其用于冷却例如馈送器514。应该懂得，作为图7、图8a和图8b中所示实施例的备选，可以仅仅使冷却排气循环至特定的吸入点，例如馈送器514。此外，应该懂得图7显示了如何使排气冷却和循环至内部区域516a的一个示例。应该懂得这里提供的用于使排气如图2-6的描述所公开的那样进行循环的热交换器布置和流体地连接的管道系统的示例同样可应用于电解池504。因此，作为一种备选，电解池504可以只设有一个热交换器，其具有与前文参照图2、3、5和6所述的热交换器52相似的布置。此外，作为备选，用于电解池504的冷却排气可按照与前文参照图6所述相似的方式在气体处理单元26的下游收集。 [0088] 作为另一个可选项，图7、图8a和图8b中所描绘的电解池504可装备成用于图5中所描绘的相似设计的维护操作模式。因此，在维护操作模式下，排气将从内部区域516a中通过导管519且同时通过导管560而抽出。 [0089] 应该懂得，在所附权利要求的范围内，上述实施例的许多变型是可行的。 [0090] 前文已经描述了冷却排气如图2-5和图7中所示从吸力导管18、518，或如图6中所示从导管34返回至内部区域16a、516a。应该懂得，作为备选，冷却排气可从收集导管20、从吸力导管24，或从冷却排气流过的任何其它管道系统返回至内部区域16a、516a。 [0091] 前文参照图5和图6已经描述了可在导管24中布置另外的热交换器372、472，以在进入气体处理单元26中之前使排气进一步冷却。应该懂得，在导管24或导管20或相对应的导管中可布置一个或多个另外的热交换器。对于图1-4和图7、8a和8b中所示的实施例也是这样。 [0092] 前文参照图2-5和图7已经描述了来自一个铝生产电解池4、104、204、304、504的内部区域16a的排气经过冷却，然后返回至同一池的内部区域16a中。应该懂得还可以使冷却排气从一个铝生产电解池的内部区域循环至另一铝生产电解池的内部区域。还可以使冷却排气从一个池的内部区域循环至若干个其它池的相应的内部区域。 [0093] 总之，铝生产电解池4包括带有内容物8a的浴槽8、与内容物8a相接触的至少一个阴极电极10、与内容物8a相接触的至少一个阳极电极6，以及护罩16，护罩16限定了内部区域16a，覆盖所述浴槽8的至少一部分。吸力导管18流体地连接到内部区域16a上，用于从内部区域16a移除排气。电解池4包括至少一个热交换器52和至少一个返回导管58，热交换器52用于冷却通过导管18从内部区域16a抽出的排气的至少一部分，返回导管用于使热交换器52所冷却的冷却排气的至少一部分循环至内部区域16a。 [0094] 虽然已经参照若干个优选实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该懂得，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种变化，并用等效物替代其元件。另外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，还可进行许多修改，使特定的情形或材料适应本发明的教导。因此，意图的是本发明并不局限于作为被认为是实现本发明的最佳模式而公开的特定的实施例，相反本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。此外，用语“第一”、“第二”等的使用并不表示任何顺序或重要性，相反用语“第一”、“第二”等用于将一个元件与另一元件区分开。 |
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