УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА И УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА СОДЕРБЕРГА
DEVICE FOR COLLECTING AND REMOVING GASES FROM SODERBERG ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к оборудованию для электролитического получения алюминия, а конкретно к устройствам для улавливания и удаления отходящих газов алюминиевых электролизеров Содерберга.
Улавливание и удаление газов от алюминиевых электролизеров Содерберга осуществляется в основном газосборным колоколом (ГСК), выполненным из навесных секций, укрепленных на нижней части анодного кожуха. На угловых секциях по диагонали имеются патрубки, на которых установлены горелочные устройства для сжигания анодных газов. Питание алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками проводится через отверстия в корке, образованные пробойниками устройства автоматического питания глиноземом (АПГ).
Известно устройство для удаления газов алюминиевого электролизера, содержащее газосборный колокол, выполненный из отдельных прямых и угловых навесных секций укрытия в виде камер, образующих совместно с анодом канал, по которому удаляются газообразные продукты электролиза на дожигание и очистку [А.И.Басов, Ф.П.Ельцев. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981, с.401-405].
Недостатком конструкции устройства-аналога является незначительная площадь вертикальных и горизонтальных сечений укрытия, вследствие чего скорость анодного газа и частиц пылевого потока высокая, чем обусловлено отложение частиц пылевого потока в системе организованного отсоса и в угловых секциях. Работа пробойника АПГ при подаче глинозема увеличивает содержание пыли в газовом потоке, что приводит к зарастанию каналов системы удаления газов глиноземом.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, включающее газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха и соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, горелки для сжигания газов, систему трубопроводов, а также вторую ступень улавливания газов, выполненную в виде замкнутого по всему периметру анода коллектора с патрубками. (Авторское свидетельство СССР №269494, МПК C22D 3/02, 1965).
Недостатком устройства-прототипа является то, что подколокольное пространство ГСК сообщается через канал, представляющий собой сквозную щель, которая в процессе эксплуатации забивается пылесмоляными и электролитными отложениями, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газов. В итоге камера сгорания в горелке для сжигания газов, оказывается «изолированной» от подколокольного пространства. Диффузорная (каплевидная) форма камеры сгорания делает практически невозможной ее очистку от отложений в процессе эксплуатации электролизера.
В случае разгерметизации газосборного колокола анодные газы без дожигания удаляются через вторичное укрытие. Смолистые вещества, содержащиеся в анодных газах, приведут к зарастанию газоходных каналов.
В основу изобретения положена задача разработки устройства для сбора и удаления анодных газов из алюминиевого электролизера Содерберга, которое позволяло бы снизить количество выбросов анодных газов в корпус и исключить забивание газоходных каналов системы удаления газов глиноземом при условии дожигания анодных газов в подколокольном пространстве.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, оснащенного системой автоматической подачи глинозема (АПГ), включающем газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха и соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, согласно заявляемому изобретению, на газосборном колоколе на продольных сторонах диагонально ассиметрично установлены не менее двух патрубков, соединенных между собой и газоходами системы централизованного газоудаления трубопроводами, при этом один из патрубков расположен в угловой части газосборного колокола, и патрубки выполнены с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, а в газосборном колоколе, в зоне, прилегающей к местам установки патрубков, в зоне установки системы АПГ и с торцевых сторон, выполнены отверстия для подачи воздуха.
Соотношение площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному может составлять 20÷25.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки:
- Не менее двух патрубков на продольных сторонах газосборного колокола выполнены с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному и установлены диагонально ассиметрично. Патрубки соединены между собой и с корпусной системой удаления газов трубопроводами.
- В зоне расположения патрубков и АПГ, а также с торцевых сторон электролизера, в секциях газосборного колокола выполнены отверстия, через которые под укрытие поступает воздух.
Использование патрубков, выполненных с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, т.е. ссужающихся патрубков по ходу удаления отходящих газов и установленных диагонально ассиметрично, увеличивает скорость газовых потоков в газоходных каналах и уменьшает скорость газовых потоков в зоне забора газа из-под укрытия, в результате попадание пылевидных частиц будет снижено, что приведет к уменьшению зарастания газоходных каналов.
Поступающие под газосборный колокол воздушные струи направлены перпендикулярно потоку анодных газов и выполняют две функции:
- снижение скорости газового потока в зоне работы пробойника АПГ и в зоне забора газов из-под укрытия газосборного колокола;
- дожигание анодных газов в подколокольном пространстве.
В результате большая часть частиц глинозема осядет под укрытием, трубопроводы не будут зарастать смолистыми веществами и частицами глинозема.
Соотношение площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, т.е. степень сужения патрубков, равная К=20÷25, обеспечивает под колокольным пространством величину разряжения, достаточную для исключения выбивания газов в корпус, как при полной герметизации ГСК, так и в случае частичной разгерметизации.
Выполненные в газосборном колоколе отверстия, через которые под укрытие поступает воздух, обеспечивают снижение скорости газового потока в зоне работы пробойника АПГ и в зоне забора газов из-под укрытия и используются для дожигания анодных газов в подколокольном пространстве.
Из патентной и научно-технической литературы не известно использование указанных отличительных признаков с целью увеличения эффективности сбора и удаления анодных газов. Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».
Устройство удаления газов поясняется фигурой.
На фигуре представлен общий вид устройства удаления газов алюминиевого электролизера.
Устройство для удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга включает ссужающие патрубки, установленные на продольной стороне 1 и угловой части 2 газосборного колокола 3. Основание каждого ссужающего патрубка 1, 2 представляет собой входное отверстие в секции ГСК. Патрубки 1, 2 соединены между собой трубопроводами 4, подсоединенными к выходным отверстиям патрубков. Каждая пара ссужающихся патрубков 1, 2 соединена трубопроводом с корпусной системой газоочистки 5. В газосборном колоколе 3 выполнены отверстия 6 в зоне, прилегающей к местам установки патрубков 1, 2, в зоне установки системы АПГ 7 и с торцевых сторон.
В процессе работы алюминиевого электролизера происходит выделение анодных газов, которые поступают в подколокольное пространство газосборного колокола 3, дожигаются при взаимодействии с воздухом, поступающим через отверстия 6 в газосборном колоколе, и удаляются через ссужающие патрубки 1, 2 под действием разряжения, создаваемого дымососами газоочистных сооружений. Воздушные струи, поступающие через отверстия 6 в зоне работы АПГ, установки патрубков и на торцах электролизера, создают дополнительное сопротивление для движения анодных газов, снижая скорость их движения.
Предложенная конструкция обеспечивает работу электролизера без зарастания смолистыми веществами и частицами глинозема трубопроводов устройства для удаления газов, уменьшает попадание пылевого потока в систему организованного удаления газа, обеспечивает полное дожигание анодных газов перед попаданием их в систему газоочистки.
Результаты математического моделирования, выполненные в программе StarCD, показали, что использование заявляемого устройства обеспечивает достаточную величину разряжения под ГСК для удаления анодных газов из-под газосборного колокола электролизера, как при полной герметизации ГСК, так и при частичной разгерметизации ГСК, тем самым решает проблему снижения выбросов в атмосферу корпуса электролиза.