УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
AFTERBURNER FOR ANODE GASES OF ALUMINIUM ELECTROLYSER

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к устройствам для дожигания анодных газов.
Известно устройство для термического обезвреживания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащее горелку, выполненную в виде верхнего и нижнего цилиндров, установленную на приливе газосборного колокола, теплообменник, вертикальный стояк с регулирующей дроссельной заслонкой для подвода в горелку нагретого воздуха и систему газоходов, при этом в верхнем цилиндре на разных по высоте уровнях расположены приливы, установленные со смещением относительно друг друга по вертикальной оси горелки, а в нижнем цилиндре выполнен лючок, предназначенный для чистки горелки [патент РФ №2338012, кл. C25C 3/22, 2008].
Недостатками известного устройства являются громоздкость конструкции и невозможность удаления отложений с приливов, расположенных в средней, по высоте, части верхнего цилиндра горелки.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера [патент РФ №2345178, кл. C25C 3/22, 2009]. Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера содержит горелку с щелями прямоугольной формы для подсоса воздуха, оборудованную стабилизатором-смесителем, выполненным в виде огнеупорных цилиндрических блоков с выступами на внутренней поверхности, установленных внутри горелки, при этом регулирование расхода воздуха, подсасываемого в зону горения, осуществляют поворотным кольцом с отверстиями трапецеидальной формы, которые при повороте кольца позволяют постепенно перекрывать отверстия для подсоса воздуха, выполненные в корпусе горелки.
Недостатками известного устройства являются сложность изготовления стабилизатора-смесителя в виде огнеупорных цилиндрических блоков и их установка внутри горелки, невозможность очистки полости горелки от отложений вследствие отсутствия лючков, обеспечивающих безопасное выполнение этой операции, а также риск невозможности регулирования объема подсасываемого воздуха в случае заклинивания кольца, вызванного его перекосом или термическим расширением нижней части горелки, содержащей щели для подсоса воздуха.
Целями настоящего изобретения являются повышение эффективности дожига горючих компонентов анодного газа - оксида углерода, смолистых веществ, в т.ч. бензапирена, обеспечение возможности регулирования разрежения в горелке и объема подсасываемого в нее воздуха, а также обеспечение возможности безопасного удаления отложений из полости горелки без использования предназначенного для этого инструмента - скребков, шумовок и прочее.
Достигаются это тем, что в устройстве для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащем горелку с щелями для подсоса воздуха и турбулизаторы для интенсификации смешивания горючих компонентов с воздухом и регулирования расхода воздуха, турбулизаторы выполнены в виде дисков, закрепленных на поворотных осях, при этом угол между проекциями этих осей на горизонтальную плоскость составляет от 0 до 90 градусов, кроме того, диски расположены на разных уровнях по высоте горелки не менее чем в два яруса, с возможностью их поворота на угол 360 градусов, при этом диски с наружной стороны имеют выступы, отношение высоты которых к диаметру диска находится в пределах h:D=0,05÷0,1:1, отношение расстояния между поворотными дисками к диаметру диска находится в пределах H:D=1:1,15÷1,25 и отношение расстояния между выступами к высоте выступа находится в пределах L:h=3÷4:1.
Расположение проекций поворотных осей на горизонтальную плоскость под углом от 0 до 90 градусов обосновывается конструктивными особенностями электролизера и необходимостью обеспечения удобства обслуживания горелки. Угол проекций осей, близкий к 0 градусам, обеспечивает удобство обслуживании горелочного устройства, увеличение угла до 90 градусов повышает интенсивность перемешивания газоовоздушной смеси в зоне горения за счет изменения направления потока при движении от одного поворотного диска к другому.
Возможность поворота дисков вокруг оси обосновывается тем, что в процессе эксплуатации на них будут образовываться отложения, и периодическое поворачивание диска на угол 180 градусов обеспечит удаление этих отложений под действием силы тяжести.
Оборудование дисков выступами с наружной стороны обосновывается необходимостью увеличения интенсивности перемешивания газовоздушной смеси в зоне горения с целью обеспечения полноты дожига горючих компонентов анодного газа.
Отношение высоты выступа h к диаметру D диска в пределах h:D=0,05÷0,1:1 выбрана из соображений минимизации высоты слоя отложений, которые в процессе эксплуатации будут образовываться между выступами.
Отношение расстояния Н между поворотными осями к диаметру D диска в пределах H:D=1:1,15÷1,25 выбрано из следующих соображений. Минимальное расстояние Н, равное 1,15 диаметра D диска, обеспечивает возможность свободного вращения диска, с учетом максимальной высоты выступа, равной 0,1 D. Максимальное расстояние Н, равное 1,25 диаметра D диска выбрано из соображений поддержания турбулентности потока между дисками и исключает возможность стать потоку равномерным и устойчивым.
Отношение расстояния L к высоте выступа h в пределах L:h=3÷4:1 выбрано из следующих соображений. При срыве потока с выступа за ним образуется зона вихревого движения, длина которой составляет 3÷4 высоты выступа [Кирин Б.Ф., Ушаков К.З. Рудничная и промышленная аэрология. -М.: Недра. 1983, 256 с.]. Уменьшение расстояния 1 менее 3 h приведет к необходимости установки на поворотных дисках значительного количества выступов. Увеличение расстояния L более 4 h между выступами сократит размер вихревой зоны и снизит интенсивность перемешивания топлива с окислителем.
На фиг.1 показано устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, оборудованное турбулизаторами в виде дисков с выступами по обеим сторонам, закрепленными на поворотных осях на различных уровнях по высоте горелки, на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.
Заявляемое устройство включает в себя горелку 1, оборудованную в нижней части щелями для подсоса воздуха 2, а по высоте - турбулизаторами 3, выполненными в виде дисков и закрепленными на поворотных осях 4. Устойчивое положение дисков при изменении их положения обеспечивается крепежными элементами, например гайками 5, фиксирующими ось. Диски с наружной стороны оборудованы выступами 6.
Устройство работает следующим образом. При эксплуатации горелки 1 в режиме сжигания анодных газов диски 3 поворотом оси 4 устанавливают таким образом, чтобы разрежение в зоне горения находилось в пределах 15-20 Па. При этом оси фиксируются с помощью крепежных элементов 5, а газовой поток дисками отклоняется от продольной оси горелки и периодически меняет свое направление, что существенно повышает интенсивность смешивания горючих компонентов с воздухом. Кроме этого, повышение интенсивности смешивания горючих компонентов с воздухом происходит и за счет локальных вихрей, образующихся за выступами 6 при срыве с них потока сжигаемой газовоздушной смеси. При необходимости, отключение горелки 1 от системы газоотсоса осуществляют полным перекрытием ее поперечного сечения дисками 3 путем поворота оси 4. Очистку дисков от отложений осуществляют поворотом осей таким образом, чтобы поверхность, на которой образовались отложения, была направлена вниз, что обеспечивает удаление отложений за счет силы тяжести.
В процессе эксплуатации устройства угол между проекциями осей, на которых закреплены диски, может меняться от 0 до 90 градусов, в целях обеспечения удобства обслуживания и увеличения интенсивности смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом.
Технический результат изобретения заключается в увеличении интенсивности смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом и эффективности дожига горючих компонентов анодного газа, обеспечении возможности регулирования разрежения в горелке с помощью встроенных в нее дисков-турбулизаторов и удаления с них отложений без разгерметизации горелочного устройства.