СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
RECOVERY METHOD OF ANODE GASES FROM ALUMINIUM ELECTROLYSIS UNIT

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом, и может быть использовано для удаления анодных газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимся анодом, оснащенных системой автоматической подачи сырья.
Существующий на электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом способ колокольного газоотсоса не обеспечивает требуемой эффективности сбора и эвакуации газов, сходящих из-под подошвы анода. Эффективность колокольного газоотсоса, эксплуатируемого в настоящее время, составляет в среднем 75-85%, что недостаточно для достижения норм предельно допустимых выбросов, установленных для Российских алюминиевых заводов.
В связи с этим актуален поиск технических решений, позволяющих повысить эффективность колокольного газоотсоса до 93÷95% без существенных дополнительных затрат.
Известен способ удаления анодных газов с дожиганием в горелочном устройстве, установленном на газосборном колоколе (ГСК) электролизера, при котором воздух, поступающий в горелочное устройство, подогревается и поступает в камеру сгорания с температурой около 500°С (авторское свидетельство СССР №466296, м. кл. С25С 3/22, 1973).
Недостатком известного способа является то, что газ, попадая в менее высокий температурный режим, испытывает так называемые фазовые превращения, т.е. частично переходит в твердые частицы (пыль, смолистые), которые оседают затем на стенках укрытий, в выходном патрубке газосборника. Значительная часть их, не успев сгореть в горелочных устройствах, оседает в газоходах, очистка которых требует больших трудовых затрат.
3
С увеличением силы тока процесса электролиза до 170 кА и выше объем анодных газов, выделяющихся от электролизера, увеличился до 70÷110 м/час, при этом данный способ не способен обеспечить эффективный сбор и эвакуацию возросшего объема анодных газов, сходящих из-под подошвы анода.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ удаления отходящих газов из электролизера, включающий предварительное сжигание под газосборником путем подачи дополнительного воздуха с глиноземом и дожигание газа. Дожигание газа осуществляют путем дополнительной подачи прогретого сжатого воздуха через эжектор в горелочное устройство (патент РФ №1702717, м. кл. С25С 3/12, 1996). В алюминиевом электролизере навешен газосборник по периметру кожуха анода. Поясок кожуха анода снабжен каналом для подачи сжатого воздуха под газосборник и камерой подачи глинозема. Канал соединяет сеть сжатого воздуха и с эжектором. Под газосборник осуществляют подачу воздуха одновременно с глиноземом в соотношении объема воздуха к объему газов электролиза, равном 0,8-1-1,5-1. Одновременно в горелочное устройство подают предварительно прогретый воздух. Анодные газы перед попаданием в горелочное устройство предварительно сжигаются под газосборником путем подачи дополнительного воздуха с глиноземом при давлении 0,05-0,10 атм.
Недостатком известного способа является то, что в случае частичной разгерметизации ГСК и при выполнении технологической обработки электролизера, подача сжатого воздуха под укрытие приведет к выбиванию анодных газов в корпус.
Одновременная подача воздуха с глиноземом усилит пылеобразование под укрытием, что приведет в процессе эксплуатации к забиванию пылесмоляными и электролитными отложениями газоходных каналов, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газов.
Подача прогретого воздуха в горелку под давлением через инжектор увеличит тягу, однако ухудшит условия смешивания анодных газов и воздуха, в результате процесс горения и соответственно процесс термического обезвреживания анодных газов будет не стабильным и не эффективным.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности сбора, дожига и эвакуации анодных газов как при обычной работе электролизера, так и при выполнении технологической обработки.
Поставленная задача решается тем, что в способе улавливания анодных газов из алюминиевого электролизера, оснащенного системой автоматической подачи глинозема и снабженного газосборным колоколом, навешенным по периметру анодного кожуха, и соединенного с газоходами системы централизованного газоудаления, включающем сжигание анодного газа в подколокольном пространстве газосборного колокола при подаче воздуха и удаление анодных газов при технологическом режиме, операционных обработках электролизера и анодных эффектах, согласно заявляемому способу сжигание анодного газа осуществляют при подаче воздуха через отверстия, выполненные по периметру газосборного колокола, а удаление газов после сжигания производят через патрубки, установленные в углах газосборного колокола и соединенные с газоходами системы централизованного газоудаления.
Подачу воздуха осуществляют через отверстия, выполненные по периметру газосборного колокола суммарной площадью от 50% до 100% от суммарной площади патрубков, установленных в углах газосборного колокола.
Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в секциях газосборного колокола выполнены отверстия для организованного подсоса воздуха в подколокольное пространство для дожига анодных газов непосредственно под колоколом электролизера, а удаление отходящих газов из алюминиевого электролизера производят организованным газоотсосом со всех четырех углов газосборного колокола при помощи газоотводящих патрубков, расположенных в углах газосборного колокола (ГСК). Суммарная площадь отверстий в секциях ГСК составляет от 50% до 100% от суммарной площади четырех угловых патрубков для отсоса анодных газов.
В результате такого решения анодные газы сгорают в более полном объеме непосредственно в зоне высоких температур подколокольного пространства и установка отдельных горелок становится не нужна. Кроме того, высокие скорости воздушных потоков в щелях секций ГСК приводят к тому, что глинозем сдувается с корки и оседает на боковых поверхностях анода, предохраняя его тем самым от дополнительного выгорания. Удаление газов со всех четырех углов позволяет выровнять разрежение по всему подколокольному пространству, предотвращая местные выбивания газов из-под ГСК.
Ни из патентной, ни из научно-технической литературы не известно использование указанных отличительных признаков с целью увеличения эффективности дожига, сбора и эвакуации анодных газов.
Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».
Способ иллюстрируется фигурами, где на фиг.1 показан вариант осуществления способа для системы газоудаления электролизера Содерберга с верхним токоподводом. На фиг.2 приведена диаграмма разрежения, показывающая распределение разрежения (Па) в подколокольном пространстве и системе удаления газов электролизера.
Устройство состоит из ГСК электролизера 1, в котором выполнены отверстия для подсоса воздуха 2. Эвакуация анодных газов производится через газоотводящие патрубки 3, установленные в углах газосборного колокола 1. На ГСК выполнены отверстия 4 для установки системы автоматической подачи глинозема. Газоотводящие патрубки 3 соединены с газоходами системы централизованного газоудаления 5.
Способ осуществляется следующим образом.
В процессе работы алюминиевого электролизера происходит выделение анодных газов, которые поступают под колокольное пространство. Дожигаются анодные газы непосредственно под колоколом электролизера при взаимодействии с воздухом, поступающим через отверстия в газосборном колоколе 2, и удаляются через газоотводящие патрубки 3 в систему газоудаления корпуса 5.
Пример
В программе StarCD создана модель и проведены расчеты горения и газодинамики анодных газов с целью проверки эффективности данного способа.
3
2
Моделировалась система удаления газов из подколокольного пространства с дожигом газов в подколокольном пространстве и с дожитом в горелках. Величина разрежения на выходе системы удаления газов электролизера составляла Р=-270 Па, объем удаляемых газов 650 нм/ час. Площадь разгерметизации ГСК принята 650 см.
Результаты численных исследований приведены в таблице.
Содержание горючих составляющих
Прототип
Предлагаемый способ
Окись углерода, об. %
0,086
0,027
Водорода, об. %
0,00245
0,000832
Численные исследования показали повышение эффективности дожига анодных газов в среднем в 3 раза по отношению к прототипу. Величина разрежения под ГСК составила Р=-10 Па (фиг.2), что обеспечивает работу электролизера при частичной разгерметизации без выбивания анодных газов в корпус завода.