УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА И УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ СОДЕРБЕРГА
DEVICE TO COLLECT AND TO WITHDRAW GASES FROM SODERBERG ALUMINIUM CATALYTIC CELLS

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 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 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.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности, является устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, включающее сужающиеся патрубки, установленные на продольной стороне и угловой части газосборного колокола. Основание каждого сужающегося патрубка представляет собой входное отверстие в секции ГСК. Патрубки соединены между собой трубопроводами, подсоединенными к выходным отверстиям патрубков. Каждая пара сужающихся патрубков соединена трубопроводом с корпусной системой газоочистки. В газосборном колоколе выполнены отверстия в зоне, прилегающей к местам установки патрубков, в зоне установки системы АПГ и с торцевых сторон (патент на изобретение РФ №2443804, МПК С25С 3/22, 2010).
Недостатком устройства-прототипа является то, что место дожигания анодных газов под ГСК заранее не определено. При этом анодный газ во время движения к месту подачи воздуха под ГСК охлаждается и его температура в ряде случаев становится недостаточной для самовоспламенения. Кроме того, место выхода анодных газов, их состав и концентрация в процессе эксплуатации изменяются. В результате большой объем недожженного анодного газа попадает в каналы системы газоудаления, забивая их пылесмоляными и электролитными отложениями, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газов, и приводит к выбиванию анодных газов в корпус.
В основу изобретения положена задача разработки устройства для сбора и удаления анодных газов из алюминиевого электролизера Содерберга, которое позволяло бы эффективно дожигать анодные газы под ГСК, исключить забивание газоходных каналов системы удаления газов и тем самым снизить количество выбросов анодных газов в корпус.
Технический результат заключается в повышении интенсивности перемешивания и воспламенения анодных газов.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, включающем газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха и соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, не менее двух патрубков, установленных на продольных сторонах газосборного колокола и соединенных трубопроводами с газоходами системы централизованного газоудаления, при этом патрубки выполнены с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному отверстию, и в зоне газосборного колокола, прилегающей к местам установки патрубков, выполнены отверстия для подачи воздуха, согласно заявляемому решению, патрубки установлены симметрично в центральной части продольных сторон газосборного колокола в зоне максимальных температур, а в основании патрубков выполнены дополнительные отверстия для подачи воздуха.
Конструкцию дополняет частный признак, способствующий решению поставленной задачи.
Дополнительные отверстия в основании патрубков выполнены по оси симметрии патрубков, а соотношение высоты расположения отверстий над основанием патрубков к длине основания патрубков составляет 0,22÷0,27.
По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки:
- патрубки устанавливаются в зоне максимальных температур на газосборном колоколе;
- отверстия для подачи воздуха выполнены как в ГСК в зоне расположения патрубков, так и в основаниях патрубков.
Установка патрубков переменного сечения на ГСК в зоне максимальных температур обеспечивает необходимый температурный режим в зоне перемешивания и воспламенения газовой смеси и поддерживает достаточное разрежение под ГСК для удаления анодных газов по всему периметру электролизера без выбивания в корпус.
Выполнение отверстий для подачи воздуха в секциях ГСК, расположенных в зоне крепления патрубков, приводит к первичному воспламенению анодных газов. Сочетание низких скоростей перемещения анодных газов под ГСК, высоких температур в этой зоне, воздушных струй, имеющих большую скорость, способствует интенсивному перемешиванию и воспламенению анодных газов.
Подача воздуха через отверстия, выполненные в основании патрубков, приводит к вторичному воспламенению горячей газовой смеси и дожиганию CO и смолистых веществ. Таким образом, в данном устройстве патрубки выполняют две функции:
- создание разрежения под ГСК для удаления анодных газов от электролизера без выбивания в корпус;
- дожигание анодных газов.
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 чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства удаления газов алюминиевого электролизера; на фиг.2 - точки измерений температур на поверхности газосборного колокола, на фиг.3 - график изменений температур на поверхности газосборного колокола, на фиг.4 - изоповерхность распределения зон с температурой 700°C под газосборным колоколом.
В устройстве для удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга на продольной стороне газосборного колокола 1 установлены сужающиеся патрубки 2. Основание каждого сужающегося патрубка 2 представляет собой входное отверстие в секции ГСК. Патрубки соединены трубопроводом с корпусной системой газоочистки 3. В газосборном колоколе 1 в зоне, прилегающей к местам установки патрубков 2, выполнены отверстия 4. В основании каждого патрубка выполнены отверстия 5.
В процессе работы алюминиевого электролизера происходит выделение анодных газов, которые поступают в подколокольное пространство газосборного колокола 1 и воспламеняются при взаимодействии с воздухом, поступающим через отверстия 4 в зоне установки патрубков 2. Затем для интенсификации процесса горения в нижнюю область патрубков 2 вторично поступает воздух через отверстия 5. Далее обезвреженный анодный газ удаляется через патрубки 2 в корпусную газоочистку 3 под действием разрежения, создаваемого дымососами газоочистных сооружений.
Предложенная конструкция обеспечивает работу электролизера без выбивания анодных газов в корпус при условии полного дожигании анодных газов перед попаданием их в систему газоочистки и без зарастания смолистыми веществами и частицами глинозема трубопроводов устройства для удаления газов.
Результаты математического моделирования, выполненные в программе StarCD, и натурные испытания показали, что зона максимальных температур расположена в центре продольных сторон газосборного колокола (фиг.3). Из литературы известно (Исследование и усовершенствование горелочных устройств для дожигания анодных газов от электролизеров с верхним подводом тока: Отчет / ИФ ВАМИ; Руководитель работы Г.А.Павлюченко. - Иркутск. 1971. - 142 с.), что при достижении температуры сжигаемой газовой смеси 700°C и выше происходит 95% дожигания смолистых веществ. При расположении патрубков в указанных зонах под газосборным колоколом по всему периметру распространены зоны с температурой 700°C (фиг.4), что обеспечивает дожигание не только CO в анодных газах, но и смолистых веществ.
Использование заявляемого устройства обеспечивает горение под ГСК и в нижней области патрубков, а также создает достаточное разрежение 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.