УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Заявляемая полезная модель относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия, и предназначено для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом.
Известно устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащее горелку со щелями для подсоса воздуха и стабилизатором-смесителем, выполненным в виде огнеупорных цилиндрических блоков с выступами на внутренней поверхности, установленных внутри горелки, щели для подсоса воздуха выполнены прямоугольной формы с утолщенными стенками и направлены внутрь горелки под острым углом к касательной к ее внешней поверхности, а снаружи горелки установлено поворотное кольцо с отверстиями трапецеидальной формы для регулирования расхода воздуха [патент РФ №2345178, опубл. 27.01.2009 г.].
Недостатком известного устройства является равенство диаметров кольцевого прилива, на котом размещены воздухозаборные щели, и зоны горения, оборудованной цилиндрическими огнеупорными блоками, приводящее к увеличению давления и сопротивления горелочного устройства при воспламенении сжигаемой газовоздушной смеси и увеличении ее объема.
Известна щелевая горелка для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, устанавливаемая на приливе газосборного колокола и содержащая в нижней части посадочный патрубок со щелями для подсоса воздуха, соединенный с цилиндрической частью горелки коническим диффузором с углом расширения, близким к 90°, при этом диаметр цилиндрической части превышает диаметр посадочного патрубка в 1,4-1,7 раза [С.Г. Шахрай, В.В. Коростовенко, И.И. Ребрик. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга. Красноярск, ИПК СФУ, 2010 г., стр. 46, 47, рис. 3.16а, 3.17].
Недостатками известной щелевой горелки является наличие участка резкого расширения потока, создающего значительное сопротивление вследствие отрыва потока от стенок посадочного патрубка при входе в цилиндрическую часть горелки.
Целью заявляемой полезной модели является снижение сопротивления горелочного устройства и компенсация роста давления, возникающего при горении сжигаемой газовоздушной смеси и увеличении ее объема.
Достигаются это тем, что в устройстве для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащем горелку, посадочный патрубок со щелями для подсоса воздуха, установленную на приливе газосборного колокола, посадочный патрубок горелочного устройства, соединен с цилиндрической частью горелки коническим диффузором с углом расширения α=10÷15° а отношение площади цилиндрической части горелки к площади посадочного патрубка составляет 2,5÷3,5.
Данные пределы угла расширения обосновываются следующим: α<10° не обеспечит плавного расширения потока и компенсации роста давления, вызванного тепловым расширением сжигаемых газов, α>15° способно увеличить сопротивление диффузора вследствие отрыва пограничного слоя от стенки и связанного с этим вихреобразованием.
1
2
Пределы степени расширения, являющиеся отношением площади F цилиндрической части горелки (зоны горения) к площади F посадочного патрубка объясняется конструктивными особенностями горелочного устройства. Уменьшение диаметра цилиндрической части (зоны горения) приведет к росту скорости потока и уменьшению времени пребывания сжигаемых компонентов в зоне высоких температур, увеличение диаметра посадочного патрубка приведет, к приближению конфигурации диффузора к прямому участку. При у величении диаметра цилиндрической части (зоны горения), увеличивается угол расширения а, и возможен отрыв пограничного слоя от стенки диффузора, при уменьшении диаметра посадочного патрубка, увеличивается сопротивление посадочного патрубка и создается препятствие движению анодного газа из-под газосборного колокола в горелочное устройство.
Заявляемое устройство поясняется графически. Горелочное устройство 1 состоит из посадочного патрубка 2, оборудованного воздухозаборными щелями 3, диффузора 4, цилиндрической части (зоны горения) 5 и патрубка 6 отвода продуктов горения в систему организованного газоотсоса.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Анодные газы в посадочном патрубке 2 горелочного устройства 1 смешиваются с воздухом, подсасываемым через воздухозаборные щели 3, что сопровождается воспламенением газовоздушной смеси. Далее воспламенившаяся смесь поступает в диффузор 4, где она движется без отрыва от стенок и происходит плавное расширение потока, компенсирующее увеличение давления, возникающего вследствие теплового расширения сжигаемых газов. Окончательный дожиг анодных газов происходит в зоне горения, размещенной в цилиндрической части 5 горелки, откуда продукты горения через патрубок 6 удаляются в систему организованного газоотсоса.
Преимуществами заявляемой полезной модели являются низкое сопротивление горелочного устройства и компенсация давления, возникающего вследствие теплового расширения сжигаемых анодных газов.