УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Полезная модель относится к цветной металлургии и может быть использована при получении алюминия электролизом, а именно при удалении отходящих газов алюминиевого электролизера с обожженными анодами.
Уровень техники
Известно устройство для удаления газов алюминиевого электролизера (Патент RU 2569866, С25С 3/22, опубл. 27.11.2015 г.), в котором для снижения потерь тепла в окружающую среду элементы газосборного оборудования выполнены пустотелыми, с теплоизолирующим слоем. Целесообразность оборудования устройства для удаления газов теплоизолирующим слоем обусловлена тем, что порядка 1,5-2,5% энергии потребляемой электролизером рассеивается через поверхность укрытия в окружающую среду в виде тепла.
Недостатками известного устройства для удаления газов является то, что теплоизолирующий слой изолирует только часть укрытия, при этом значительная часть тепла выделяется через другие элементы, расположенные под укрытием.
Известно устройство для удаления газов алюминиевого электролизера, заключенного в катодный кожух, содержащее прямые и угловые секции, подвешенные по всему периметру нижней части анодного кожуха, при этом нижняя кромка секции установлена от анодного кожуха на расстоянии, равном 0,4÷0,6 расстояния между анодным кожухом и стенкой катодного кожуха (Патент RU 2324012, С25С 3/22, опубл. 10.05.2008 г.).
Недостатками известного устройства являются значительная площадь наружной поверхности и высокие потери тепла через нее в окружающую среду, на компенсацию которых затрачивается значительная часть электроэнергии, потребляемой электролизером, в удельном исчислении до 600-700 кВт⋅ч/т Al.
Известна секция колокола устройства для удаления газов алюминиевого электролизера, изготовленная из смеси порошкообразных оксида алюминия и металлического алюминия с жидким стеклом согласно способу (Авт. свид. SU 1578234, опубл. 15.07.1990 г.). Изготовленная из порошкообразных материалов секция обладает низкой теплопроводностью и меньшими, в сравнении с чугунной, потерями тепла в окружающую среду.
Недостатками известной секции являются риск пропитки порошкообразных материалов испаряющимися с поверхности расплава фтористыми солями, увеличение их объема и, как следствие, разрушение секции, а также ее хрупкость и риск поломки при воздействии инструментом (лом, скребок), применяемом при выполнении технологических операций.
Известно устройство для удаления газов алюминиевого электролизера (Патент RU 2308551, С25С 3/22, опубл. 20.10.2007 г.), представляющее балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами.
Недостатком устройства является, что стенки каналов для транспортировки газов контактируют с внешней средой. Через эти стенки часть тепла выделяется в окружающую среду.
Известные устройства удаления газов алюминиевых электролизеров для создания необходимой величины разряжения под укрытием затягивают большой объем воздуха. Объем отводимого электролизного газа приблизительно в 100-150 раз больше объема анодного газа, образуемого в электролизере. Затягиваемый объем воздуха эффективного охлаждает электролизер. Одним из возможных направлений снижения потерь тепла от электролизера с уходящими газами является уменьшение избытка воздуха в удаляемых газах.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для удаления газа, отходящего в процессе электролиза предложенное в заявке WO 2010/033037, С25С 3/22, опубл. 25.03.2010. Технические решения, в предлагаемом устройстве, направлены на уменьшение суммарного объема газа, отводимого из электролизера путем использования колпаков для удаления газов расположенных над отверстием в корке. Объем удаляемых газов регулируется путем разделения газа внутри колпака на два независимо регулируемых потока.
Недостатками известного устройства является то, что в устройстве отсутствуют элементы препятствующие образованию и распространению вихревых потоков воздуха, затягиваемого под укрытие, что увеличивают интенсивность отвода тепла от электролизера. Кроме того в предлагаемом устройстве, потери тепла через поверхность укрытия в окружающую среду будут значительными. На компенсацию этих потерь затрачивается большая часть электроэнергии, потребляемой электролизером.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническая задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является снижение потерь тепла конструктивными элементами электролизера в окружающую среду и затрат электроэнергии на их компенсацию.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для удаления газов алюминиевого электролизера с обожженными анодами, содержащем балку-коллектор с фланцем и вертикальными стенками, укрытие, закрепленное на балке коллекторе, газоходные каналы, новым является то, что оно содержит газосборные колпаки, размещенные под укрытием на высоте, равной не менее 0,5 высоты нового анода над уровнем электролита и соединенные с газоходными каналами, которые расположены с зазором между вертикальными стенками балки-коллектора и выполнены со слоем утеплительного материала на внешней поверхности, при этом укрытие имеет высоту не более двух высот нового анода и выполнено из съемных боковых и торцевых створок, причем внутренняя поверхность боковых съемных створок укрытия выполнена с горизонтальными выступами, обеспечивающими направление потоков газов в газосборные колпаки, а створки укрытия и фланец балки коллектора выполнены пустотелыми с образованием между их внутренними и внешними стенками теплоизолирующего контура, заполненного воздухом.
При увеличении высоты укрытия более двух высот нового анода, объем воздуха затягиваемого под укрытие станет сопоставим с объемами воздуха в существующих электролизерах, в результате тепловые потери с отходящими электролизными газами с электролизера станут сопоставимыми с потерями на существующих электролизерах т.е. эффект существенного сокращения тепловых потерь не будет достигнут.При уменьшении высоты укрытия менее двух высот нового анода для данного электролизера сделает невозможным выполнение операции замены анодов.
Газосборные колпаки установлены на высоте, равной не менее 0,5 высоты нового анода над уровнем электролита, что обеспечивает величину разрежения, достаточную для полного удаления горячих электролизных газов в зоне их выхода без значительного теплообмена с элементами укрытия электролизера.
Газоходные каналы размещены между вертикальными стенками балки-коллектора и установлены с зазором между ними, что дополнительно усиливает эффект сокращения тепловых потерь.
Тепловые потери с отходящими газами с электролизера составляют около 40% от общих потерь. Уменьшение высоты укрытия на 50% позволит уменьшить объем отводящих газов также на 50%. Тепловые потери в этом случае уменьшатся с 100 до 95 квт.
Уменьшение высоты укрытия позволит уменьшить площадь теплоотдачи боковых и торцевых стенок на 50%. Уменьшение площади теплоотдачи боковых и торцевых стенок, которые выполнены пустотелыми и воздух внутри которых является теплоизолятором, снизит тепловые потери с 20 до 15 кВт.
Расположение газоходных каналов в закрытом объеме между стенками балки-коллектора и утепление стенок газоходов теплоизоляционным материалом снизит тепловые потери от стенок балки-коллектора с 20 до 15 кВт.
Уменьшение объема воздуха за счет уменьшения высоты укрытия, которая не превышает две высоты нового анода в совокупности с теплоизоляцией укрытия электролизера за счет того, что боковые и торцевые створки укрытия и фланец балки-коллектора выполнены пустотелыми и образуют теплоизолирующий слой, заполненный воздухом, достигается наибольший эффект снижения теплопотерь, составляющий более 15 кВт.
Таким образом, эффект при использовании заявляемой полезной модели заключается в следующем. Потери тепла через конструктивные элементы устройства для удаления газов составляют 140 кВт, и на их компенсацию расходуется 500 кВтч электроэнергии. Теплоизоляция конструктивных элементов устройства, снижение высоты укрытия и уменьшение объема воздуха в отходящих газах позволит снизить тепловые потери до 120 кВт, а удельный расход электроэнергии на производство алюминия снизится на 250 кВтч/т Al.
Краткое описание чертежей
Заявляемое устройство поясняется чертежами: на фиг. 1 показан общий вид электролизера с газосборным устройством; на фиг. 2 представлен вертикальный разрез балки-коллектора; на фиг. 3 представлен вертикальный разрез укрытия электролизера.
Устройство для удаления газов содержит следующие конструктивные элементы: 1 - балка-коллектор; 2 - стенки балки коллектора; 3 - газаходные каналы; 4 - газосборные колпаки; 5 - боковые створки укрытия; 6 - выступ; 7 - фланец укрытия; 8 - торцевые створки укрытия.
Устройство для удаления газов алюминиевого электролизера с обожженными анодами представляет собой створчатую газосборную систему, включающею балку-коллектор 1, с вертикальными стенками 2, между которыми расположены газоходные каналы 3, удаляющие газ из-под укрытия через газосборные колпаки 4. Боковые створки укрытия 5, выполненные с выступом 6, а также фланец балки-коллектора 7 и торцевые створки укрытия 8 образуют теплоизолирующий слой.
Устройство работает следующим образом.
Корпусная газоочистка (не показано) через газоходные каналы 3 и газосборные колпаки 4 создает разрежение под укрытием для удаления электролизных газов. Электролизный газ, который поступает под укрытие через отверстия в местах разрушения корки электролита, и воздух, затягиваемый под укрытие через не плотности между боковыми створками 5, смешиваются, и затем затягиваются в зону забора газов. Далее газ удаляется через газоходные каналы 3 в корпусную систему удаления газов (не показано).
Размещение газосборных колпаков 4 под укрытием над коркой, а не над ним, позволяет уменьшить объем удаляемых газов. В результате уменьшения объема воздуха под укрытием, потери тепла вместе с удаляемым с газом уменьшатся. Боковые створки укрытия 5, торцевые створки укрытия 8 и фланец балки-коллектора 7 имеют двойные стенки, заполненное воздухом, образуют теплоизолирующий пояс, уменьшающий потери тепла через поверхности укрытия. Выступы 6, расположенные на внутренней поверхности боковых створок 5 горизонтально поверхности электролита, кроме направления потока воздуха в зону забора газов, разбивают вихревые потоки воздуха, возникающие под укрытием, тем самым снижается интенсивность потерь тепла от поверхностей укрытия. Газоходные каналы 3 расположены между стенками балки-коллектора и не имеют с ними контакта, что уменьшает потери тепла с поверхности газоходов.
Предложенное устройство для удаления газов в алюминиевом электролизере с обожженными анодами снижает потери тепла путем уменьшения высоты укрытия электролизера, кроме того устройство оборудовано теплоизолирующим слоем вокруг укрытия, для чего торцевые и боковые створки укрытия и фланец балки-коллектора имеют коробчатое сечение, выполнены пустотелыми и заполненными воздухом, образуя тем самым тепловой пояс. Кроме того, газоходные каналы расположены между стенками балки-коллектора, утеплены и не имеют контакта с окружающей средой. В результате потери тепла через конструктивные элементы устройства для удаления газов уменьшатся с 140 до 120 кВт, а расходы на компенсацию тепловых потерь уменьшатся с 500 кВтч электроэнергии до 250 кВтч/т Al.