ГАЗОСБОРНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ
GAS COLLECTING FACILITY OF ALUMINIUM ELECTROLYTIC CELL WITH SELF-CALCINATING ANODE

Изобретение относится к цветной металлурги, в частности к производству алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, и направлено на увеличение эффективности сбора анодных газов, образующихся в процессе электролиза.
Известен газосборный колокол, состоящий из прямых и угловых секций, подвешиваемых по всему периметру анодного кожуха электролизера [Басов А.И., Ельцев Ф.П. Справочник механика заводов цветной металлургии, М.: Металлургия, 1981. - 495 с.]. Из подколокольного пространства анодные газы направляются в горелочные устройства, где происходит дожиг их горючих компонентов - окиси углерода и смолистых веществ. Из горелочных устройств анодные газы эвакуируются в газоочистные установки.
Недостатком известного газосборного колокола является низкая эффективность сбора анодных газов при выполнении технологических операций, связанных с разрушением корки, недостаточная для достижения норм выбросов и состояния атмосферы в рабочей зоне корпуса электролиза, установленных для алюминиевых заводов. Обусловлено это тем, что из-под подошвы анода газы сходят под давлением, а разрежения, создаваемого системой газоотсоса, недостаточно для их полного увлечения при разрушении корки.
Известно устройство [а.с. №302390. Газоотсос алюминиевого электролизера], взятый за прототип. Устройство в качестве вторичного газосборника по всему периметру анодного кожуха содержит короб, нижняя кромка которого заканчивается горизонтальным листом, образующим с обечайкой анода щель переменной величины, а в вертикальной плоскости между листом и верхней кромкой газосборного колокола устанавливается зазор, постоянный по периметру анода.
Однако использование известного устройства не позволяет получить требуемую эффективность сбора анодных газов вследствие значительного внутреннего объема вторичного газосборника и невозможности обеспечения в нем разрежения, существующей системой газоотсоса, на достаточном уровне. Кроме этого, конструкция вторичного газосборника препятствует отводу тепла от корки, что приводит к росту температуры ее поверхности и более частым обвалам.
Основной задачей настоящего изобретения является повышение эффективности сбора анодных газов при выполнении технологических операций, связанных с разрушением корки.
Другой задачей настоящего изобретения является повышение эффективности дожига горючих компонентов анодного газа в горелочных устройствах, которая является производной от основной задачи и достигается сокращением объема подсасываемого в них воздуха до стехиометрического, с небольшим избытком значения, достаточного для полного дожига горючих компонентов. В настоящее время объем воздуха, подсасываемого в горелочные устройства, в 2-4 превосходит достаточный. Избыточный воздух охлаждает горелочное устройство и, как следствие, сокращает эффективность дожига горючих компонентов анодного газа.
Достигается это тем, что газосборное устройство алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, выполненное из прямых и угловых навесных секций по периметру анодного кожуха и горелочных устройств для дожига горючих компонентов анодного газа, установленных на угловых секциях газосборного колокола, дополнительно содержит вторичный газосборник, выполненный в виде вытяжного зонта, установленного на продольной стороне анодного кожуха над газосборным колоколом, при этом длина вытяжного зонта составляет 0,2÷0,8 длины продольной стороны анодного кожуха, а необходимый уровень разрежений в горелочном устройстве и во вторичном газосборнике обеспечивается регулирующими устройствами в газоотводящих патрубках, направляющих эвакуируемые газовые потоки в сборный коллектор.
Для достижения поставленных задач заявляемое газосборное устройство содержит следующую совокупность существенных признаков. Вторичный газосборник в виде вытяжного зонта не препятствует отводу тепла с поверхности корки. Расположение вторичного газосборника на продольной стороне анодного кожуха обеспечивает сбор анодных газов с участка электролизера, где разрушения корки наиболее часты, а давление и объем газов, сходящих из-под подошвы анода, максимальны. Ограничение длины вытяжного зонта по отношению к длине продольной стороны анодного кожуха обосновывается следующими соображениями. Минимальное значение длины вытяжного зонта, равное 0,2 длины продольной стороны анодного кожуха, обеспечивает сбор анодных газов при выполнении технологических операций: выливка металла и проведение инструментальных измерений. Максимальная длина вытяжного зонта, равная 0,8 длины продольной стороны анодного кожуха, обеспечивает сбор анодных газов при выполнении всех технологических операций, связанных с разрушением корки, включая съем пены с электролизера; проверка состояния подошвы анода и съем осадка. Использование регулирующих устройств обеспечивает поддержание в горелочном устройстве разрежение на уровне, достаточном для подсоса воздуха в объеме, достаточном для полного дожига горючих компонентов анодного газа.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом.
По продольной стороне анодного кожуха 1 установлен вытяжной зонт 2. Нижняя кромка зонта расположена выше газосборного колокола 3. Из-под газосборного колокола анодные газы через горелочное устройство 4 и патрубок 5 эвакуируются в сборный коллектор 6. Анодные газы, выбивающиеся из-под газосборного колокола, собираются вытяжным зонтом 2 и по патрубку 7 также эвакуируются в сборный коллектор 6. Регулирование уровней разрежений в горелочном устройстве и в вытяжном зонте осуществляют регулирующими устройствами 8, установленными в патрубках 5 и 7.
Необходимость регулирования разрежения в горелочном устройстве обусловлена следующим. Согласно результатам математического моделирования тепловых процессов в горелочном устройстве максимальная эффективность дожига горючих компонентов анодного газа достигается при уровне разрежения в нем 20-25 Па. При таком значении разрежения температура в горелочном устройстве достигает 1100°С и выше, что обеспечивает полный дожиг горючих компонентов анодного газа. В эксплуатируемых горелочных устройствах этот параметр значительно выше и достигает 80-90 Па. При таких значениях разрежения температура в горелочном устройстве находится в пределах 600-700°С вследствие его охлаждения избыточно подсасываемым воздухом и эффективность дожига горючих компонентов анодного газа не превышает 70-80%. Кроме этого, сокращение объема газоотсоса через горелочное устройство обеспечит создание необходимого разрежения в вытяжном зонте, достаточного для сбора и эвакуации анодных газов, выбивающихся из-под газосборного колокола.
Устройство работает следующим образом. Анодные газы, сходящие из-под анода, расположенного в анодном кожухе 1, собираются газосборным колоколом 3. В этом случае через вытяжной зонт 2 эвакуируются анодные газы, фильтрующиеся через корку, а уровень разрежения в зонте, на минимальном уровне, обеспечивается регулирующим устройством 8, расположенным в патрубке 7. Однако при выполнении технологических операций, связанных с разрушением корки, выбросы от электролизера в рабочую зону резко увеличиваются. При этом горелочное устройство 4 должно быть отключено от системы газоотсоса регулирующим устройством 8, расположенным в патрубке 5. Отключение горелочного устройства обусловлено тем, что при разрушении корки происходит поступление кислорода под газосборный колокол, где анодные газы сгорают и их концентрация на входе в горелочное устройство становится недостаточной для воспламенения и поддержания процесса горения. В эти периоды разрежение в вытяжном зонте регулирующим устройством устанавливается на уровне, достаточном для эффективного сбора газов. Применение регулирующих устройств обеспечивает постоянство объема газов, эвакуируемых от электролизера в сборный коллектор 6. При выполнении операций: выливка металла и проведение технологических замеров, эффективный сбор газов возможно обеспечить вытяжным зонтом минимальной длины, равной 0,2 длины анодного кожуха. Однако при выполнении операций: съем пены, удаление осадка и проверка состояния подошвы анода, предпочтительнее зонт длиной, равной 0,8 длины анодного кожуха.
Преимуществами заявляемого изобретения являются: сокращение выбросов от электролизеров в рабочую зону на 20-25% и достижение полного дожига горючих компонентов анодного газа в горелочных устройствах.