СПОСОБ СБОРА И ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
PROCEDURE FOR GATHERING AND AFTER-BURNING ANODE GAS OF ALUMINIUM ELECTROLYTIC CELL

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству электролитического алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами.
Известен способ сбора анодного газа в колокольном газосборнике и направления его для дожигания в горелочные устройства, расположенные на приливах угловых секций, с последующей эвакуацией продуктов дожигания в корпусную газоотсасывающую сеть [А.И.Басов, Ф.П.Ельцев. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981, с.404-405; В.Г.Терентьев и др. Производство алюминия. Иркутск, 2001, с.102].
Недостатком рассматриваемого способа является низкая эффективность термического обезвреживания вредных составляющих анодного газа вследствие зарастания отдельных секций газосборного колокола пылью и смолистыми отложениями, что приводит к снижению температуры факела горения и увеличению количества фонарных выбросов из-за увеличения частоты разгерметизации ванны электролизера.
Известен способ аспирации анодных газов алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом [заявка на изобретение RU №2007109587, МКИ C25C 3/00, опубл. 27.09.2008], включающий одновременный отсос анодных газов из газосборного колокола, одновременный отсос анодных газов из газосборного колокола, снабженного горелками для дожигания анодных газов, и из второй ступени газоулавливания, выполненной в виде коллектора равномерного всасывания, соединенного с вторичным газосборником, состоящим из откидных створок, закрепленных на анодном кожухе, и воздуховодов с всасывающими отверстиями, равномерно распределенными по площади верхней части самообжигающегося анода, в организованную систему газоочистки. При разгерметизации алюминиевого электролизера в период от начала проведения технологической обработки ванны до ее завершения отсос анодных газов осуществляют из второй ступени газоулавливания через коллектор, установленный по продольной стороне алюминиевого электролизера и дополнительный газоход с автономным источником разрежения. При перестановке анодных штырей самообжигающегося анода анодные газы отсасывают в организованную систему газоочистки из газосборного колокола, а анодные газы, собираемые над поверхностью самообжигающегося анода, отсасывают из второй ступени газоулавливания через коллектор, установленный по продольной стороне алюминиевого электролизера в дополнительный газоход с автономным источником разрежения.
При осуществлении данного способа возможно забивание подколокольного пространства газосборного колокола пылью, смолистыми веществами, угольной пеной, всплесками электролита из-за малого объема подколокольного пространства. Другим недостатком данного способа является сложность реализации дополнительного газохода с автономным источником разрежения в системе газоотсоса.
Известен способ сбора анодных газов, выделяющихся в процессе электролитического восстановления, под газовыми рубашками, выполненными по крайней мере частично из бетона, содержащего 15-30 маc. гидравлического цемента, 5-10 мас. микрокремнезема и 65-80 маc. огнеупорного наполнителя, и их дожигания вне электролитической ячейки [патент RU №2095484, МКИ C25C 3/06, опубл. 10.11.1997].
Ликвидация газосборного колокола и герметичное перекрытие пространства борт - анод жаростойкими бетонными конструкциями позволяет осуществлять непрерывный, т.е. стабильный сбор анодного газа в прианодном пространстве и его отсос в горелки с последующим дожиганием.
Однако при осуществлении способа сбора анодного газа с использованием данной конструкции газосборной рубашки сохраняется проблема накопления на поверхности электролита угольной пены, препятствующей движению анодных газов к горелочным устройствам.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ сбора анодных газов от алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, помещенным в анодный кожух [заявка на изобретение RU №2006124902, МКИ C25C 3/22, опубл. 27.01.2008], включающий сбор анодных газов в газосборном колоколе и направление их для дожигания в горелочные устройства. При этом сбор анодных газов от электролизера осуществляют с его продольных сторон и направляют их для дожигания в горелочные устройства, установленные на каждой продольной стороне газосборного колокола, на расстоянии от торцевой стенки анодного кожуха, равном 0,3-0,7 длины продольной стороны анодного кожуха. Дожигание анодных газов производят в горелочных устройствах, соединенных с вытяжным зонтом.
Недостатком рассматриваемого способа является подверженность забиванию подколокольного пространства газосборного колокола пылесмолистыми отложениями, вследствие чего возможно нарушение стабильности подвода анодных газов к горелочным устройствам. Кроме того, наличие вытяжного зонта в системе сбора анодных газов, реализующей данный способ, свидетельствует об отсутствии герметичного соединения горелочных устройств с газоотсасывающей сетью, что может привести к выбросам продуктов дожигания в рабочую зону электролизеров.
Задача изобретения заключается в повышении эффективности термического обезвреживания анодного газа и стабильности процесса горения за счет более полного дожигания вредных составляющих анодного газа в горелочных устройствах.
Поставленная задача решается тем, что в способе сбора и дожигания анодных газов алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, помещенным в анодный кожух, включающем сбор анодных газов с продольных сторон электролизера и направление их для дожигания в горелочные устройства, согласно изобретению сбор анодных газов осуществляют под газосборным укрытием, состоящим из отдельных секций, изготовленных из жаростойкого бетона или чугуна и перекрывающих пространство борт - анод по всему периметру анодного кожуха, при этом по крайней мере четыре секции газосборного укрытия имеют отверстие, расположенное в центре отдельной секции и снабженное обечайкой, анодные газы направляют для дожигания в горелочные устройства, установленные с возможностью их вертикального перемещения в обечайках, а эвакуацию продуктов дожигания в корпусную газоотсасывающую сеть при работе электролизера осуществляют через сборный коллектор, установленный на продольной стороне анодного кожуха и соединенный с горелочными устройствами. При разгерметизации алюминиевого электролизера для технологической обработки ванны эвакуацию продуктов дожигания осуществляют с помощью вытяжных зонтов, соединенных со сборным коллектором и расположенных над отдельными секциями газосборного укрытия, не имеющими отверстий.
Направление анодных газов, собранных под газосборным укрытием, состоящим из отдельных секций, в горелочные устройства, установленные с возможностью их вертикального перемещения в обечайках, которыми снабжают отверстия, расположенные в центре, по крайней мере, четырех отдельных секций газосборного укрытия, изготовленных из жаростойкого бетона или чугуна, обеспечивает непрерывный подвод анодных газов с температурой, близкой к температуре электролита, в горелочные устройства, так как отсутствуют препятствия на пути их движения в прианодном пространстве. Это приводит к увеличению эффективности термического обезвреживания вредных составляющих анодных газов и сокращению числа фонарных выбросов при работе электролизера.
Эффективность термического обезвреживания вредных составляющих анодного газа зависит прежде всего от температуры его горения, на величину которой влияют многие факторы, в том числе расход воздуха, характеризуемый коэффициентом расхода воздуха α. В реальных условиях щелевые горелки работают с коэффициентами расхода воздуха α, равными 4÷6. При этом обеспечивается температура горения анодного газа в диапазоне 650÷780°C. Более высокая температура горения анодного газа достигается при меньших значениях коэффициента расхода воздуха, которые обеспечиваются регулированием площади щелевых воздушных отверстий горелки, например, с помощью кольца с отверстиями, установленным на внешней стороне горелки.
Высокая температура анодного газа на продольной стороне анода, близкая к температуре электролита, также значительно повышает температуру горения анодного газа и эффективность термического обезвреживания вредных компонентов анодного газа.
Вследствие близкого расположения горелок к местам питания ванны глиноземом горелки служат демпферными устройствами, компенсирующими резкое повышение давления в прианодном пространстве при подаче глинозема в ванну сжатым воздухом. При этом исключается возможность всплесков электролита, локального повышения давления в зонах подачи в ванну глинозема и ее разгерметизации.
Благодаря непрерывному поступлению анодного газа в прианодное пространство и его высокой температуре стабилизируется работа горелочных устройств.
Эвакуация продуктов дожигания анодного газа при технологической обработке ванны осуществляется с помощью зонтов, соединенных с продольным коллектором.
Сущность изобретения поясняется ниже фигурами, на которых показано:
на фиг.1 - секция системы сбора, дожигания и эвакуации анодных газов в поперечном сечении электролизера;
на фиг.2. - размещение секций системы сбора, дожигания и эвакуации анодных газов на продольной стороне электролизера.
Система сбора, дожигания и эвакуации анодных газов расположена над прианодном пространством 1 и содержит секцию газосборного укрытия 2 с отверстием 3, расположенным в центре секции и снабженным обечайкой 4. Секция газосборного укрытия 2 имеет, например, куполообразную форму. Горелочное устройство 5 установлено с возможностью вертикального перемещения в обечайке 4. Внешнюю сторону нижней части горелочного устройства 5, где расположены щели для подвода воздуха, охватывает кольцо 6 с отверстиями (например, круглой или прямоугольной формы). Горелочное устройство 5 соединено со сборным коллектором 7, расположенным на продольной стороне анодного кожуха 8.
Газосборное укрытие состоит из по крайней мере четырех секций 2 и секций 12, изготовленных из жаростойкого бетона или чугуна и перекрывающих пространство борт - анод по всему периметру анодного кожуха 8. Сборный коллектор 7, установленный на продольной стороне анодного кожуха 8, соединен с корпусной газоотсасывающей сетью 9. Над секциями газосборного укрытия 12 установлен переносной зонт 10, отсекаемый от сборного коллектора 7 шибером 11.
Способ реализуют следующим образом.
В нормальном режиме работы анодные газы, выделившиеся в процессе электролиза, собирают с продольных сторон электролизера в прианодном пространстве 1 под газосборным укрытием, состоящим из отдельных секций 2 и 12, изготовленных из жаростойкого бетона или чугуна и перекрывающих пространство борт - анод по всему периметру анодного кожуха 8. Анодные газы направляют для дожигания в горелочные устройства 5, установленные с возможностью перемещения в обечайках 4, которыми снабжают отверстия 3 меньшего диаметра, расположенные в центре отдельной секции газосборного укрытия 2. При этом расход воздуха регулируют с помощью регулирующего кольца 6 с круглыми или прямоугольными отверстиями, расположенного на внешней стороне в нижней части горелочных устройств 5. Это позволяет увеличивать температуру горения анодных газов при уменьшении расхода воздуха. При смещении секций газосборного укрытия 2 в процессе работы электролизера обечайка 4 большего диаметра всегда расположена над отверстием 3, что обеспечивает непрерывное поступление анодных газов в горелочное устройство 5, соединенное со сборным коллектором 7, расположенным на продольной стороне анодного кожуха 8. Под действием разрежения, создаваемого дымососом, продукты дожигания анодного газа, поступающие в сборный коллектор 7, эвакуируют в корпусную газоотсасывающую сеть 9.
При разгерметизации алюминиевого электролизера для технологической обработки ванны эвакуацию продуктов дожигания анодных газов осуществляют с помощью вытяжных зонтов 10, установленных над секциями 12 газосборного укрытия и соединенных через шибера 11 со сборным коллектором 7.
Расчетные результаты дожигания анодного газа по заявляемому способу приведены в таблице. Расчет температуры факела выполнен при условии идеального смешения анодного газа и воздуха, поступающих в горелку, при содержании CO в анодном газе, равном 30%, и температуре окружающего воздуха, равной 20°C.
Таблица
Термическое обезвреживание анодного газа
Показатели
Предлагаемый способ
Прототип
Температура анодного газа, °C
800         800
600
Коэффициент расхода воздуха, α*
2         4
4
Температура воздуха, °C
20         20
20
Температура факела, °C
1070        755
705
Эффективность термического обезвреживания бенз(а)пирена η**, %
99,5        96,2
95,0
Примечания: *В прототипе невозможно обеспечить коэффициент расхода воздуха α=2, так как нет регулирования расхода воздуха.
**Эффективность термического обезвреживания бенз(а)пирена в зависимости от температуры факела принята по данным [Б.П.Куликов, С.П.Истомин. Переработка отходов алюминиевого электролизера. "Классик Центр", Красноярск, 2004, стр.136].
Результаты расчетов промышленной реализации предлагаемого изобретения показывают, что способ позволяет повысить эффективность термического обезвреживания бенз(а)пирена на 1,2-4,5%. Способ стабилизирует работу горелочных устройств.