Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера
Использование: изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и служит для улавливания и сжигания газов алюминиевого электролизера. Устройство содержит горелку с щелями, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов, причем горелка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров с уступом между ними. Щели расположены под уступом на нижнем цилиндре. Горелка верхним цилиндром с большим диаметром соединена с системой газоходов, а нижним цилиндром с меньшим диаметром - с приливом газосборного колокола. Торец горелки вокруг выходного отверстия для дымовых газов выполнен горизонтальным. Устройство позволяет снизить содержание СО в продуктах дожигания в 2,37 раза, а смолистых веществ - в 1,17 раза. 3 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и служит для улавливания и сжигания газов алюминиевого электролизера.
Известно устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с щелевыми отверстиями, расположенными в два ряда по высоте, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов [Авторское свидетельство СССР 855081, кл. С 25 С 3/22, Б.И. N 30, 1981]. Вход воздуха и анодного газа в горелку обусловлен разрежением, создаваемым дымососом. Вследствие низких скоростей движения газа и воздуха (1-2 м/с) перемешивание газовоздушного потока недостаточно эффективное. Рассредоточение отверстий входа воздуха по высоте горелки приводит к уменьшению массового количества воздуха, вводимого в горелку в конкретном сечении по горизонтали. Вследствие этого поток воздуха прижимается к стенкам горелки потоком газа, что ухудшает качество перемешивания и выгорания смолистых веществ и окиси углерода. Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является устройство, включающее горелку с щелями, расположенными в один ряд по высоте, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов [Авторское свидетельство СССР 378526, кл. С 25 C 3/22, Б.И. N 19, 1973]. Массовые объемы воздуха, приходящиеся на единицу высоты щелей, достаточно высоки. Однако перемешивание потоков газа и воздуха осуществляется преимущественно за счет турбулизирующего воздействия струй воздуха, направленных перпендикулярно к газовому потоку, что не обеспечивает высокой эффективности выгорания горючих компонентов. Задача изобретения заключается в создании устройства, позволяющего повысить эффективность выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе. Для решения поставленной задачи в заявляемом устройстве для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающем горелку с щелями, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов, горелка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров с уступом между ними в зоне над верхней кромкой щелей, причем горелка верхним цилиндром с большим диаметром соединена с системой газоходов, а нижним цилиндром с меньшим диаметром - с приливом газосборного колокола. Соотношение диаметров и длин нижнего и верхнего цилиндров горелки находится в пределах соответственно 0,6-0,9 и 0,15-0,35. Соотношение диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола находится в пределах 1,3-1,5. Торцевая стенка верхней части горелки выполнена горизонтальной. По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки. Конструктивно горелка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров с уступом между ними в зоне над верхней кромкой щелей. Верхний цилиндр, имеющий больший диаметр, соединен с системой газоходов. Нижний цилиндр, имеющий меньший диаметр, соединен с приливом газосборного колокола. Горелка выполнена с соотношением диаметров и длин нижнего и верхнего цилиндров в пределах соответственно 0,6-0,9 и 0,15-0,35. Соотношение диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола находится в пределах 1,3-1,5. Торец горелки, в котором имеется отверстие для отвода дымовых газов, выполнен горизонтальным. Математическим моделированием процесса смешения и горения в устройстве заявляемый конструкции установлено, что повышение эффективности выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе, обусловлено дополнительными вихреобразованиями в потоке газовоздушной смеси вследствие эффекта внезапного расширения при его истечении из цилиндра меньшего диаметра в цилиндр большего диаметра. При этом улучшаются условия смешения анодного газа и воздуха, что интенсифицирует процесс горения. При соотношении диаметров нижнего и верхнего цилиндров горелки н/dв менее 0,6 растет сопротивление входу анодного газа в нижний цилиндр, в газовоздушной смеси увеличивается избыток воздуха, температура в зоне горения и выгорание CO и смолистых веществ уменьшаются. При соотношении диаметров нижнего и верхнего цилиндров горелки dн/dв более 0,9 эффект внезапного расширения потока газовоздушной смеси недостаточен для образования дополнительных завихрений. Кроме того, в углах расширенной части горелки образуются застойные зоны, препятствующие интенсивному смесеобразованию. При соотношении диаметров нижнего и верхнего цилиндров горелки dн/вв в пределах 0,6-0,9 зона завихрений по сечению горелки наиболее широкая, а содержание CO и смолистых веществ в дымовых газах на выходе из горелки - минимальное. При соотношении длин нижнего и верхнего цилиндров горелки lн/lв менее 0,15 поток газовоздушной смеси расширяется значительно выше места стыка цилиндров. При этом образуются большие застойные зоны в углах расширенной части горелки, препятствующие интенсивному смесеобразованию и горению газовоздушной смеси. При соотношении длин нижнего и верхнего цилиндров горелки lн/lв более 0,35 завихрения от внезапного расширения расположены выше зоны горения анодного газа и практически не влияют на полноту выгорания горючих компонентов. При соотношении длин нижнего и верхнего цилиндров горелки lн/lв в пределах 0,15-0,35 выгорание горючих компонентов газа наиболее полное. При соотношении диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола dв/dп менее 1,3 условия смешения, температурные поля и эффективность выгорания горючих компонентов анодного газа аналогичны прототипу. При соотношении диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола dв/dп более 1,5 эффективность выгорания снижается из-за снижения температурного уровня в зоне горения вследствие значительной теплоотдачи с наружной поверхности горелки. При соотношении диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола dв/dп в пределах 1,3-1,5 выгорание горючих компонентов наиболее полное. Эффективность выгорания горючих компонентов анодного газа повышается также вследствие того, что частицы смолы, не попавшие в поток удаляемых из горелки дымовых газов, ударяются о торец горелки, оседают в потоке и подвергаются повторному дожиганию. Сущность изобретения поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлено в разрезе устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера. На фиг. 2 показаны эпюры скоростей и характер движения потоков в щелевой горелке с резким расширением ее сечения и на фиг.3 - в щелевой горелке - прототипе. Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера (фиг.1) включает горелку, состоящую из цилиндров 1 и 2. В цилиндре 2 имеются щели для подсоса воздуха 3. В зоне над верхней кромкой щелей на стыке верхнего и нижнего цилиндров 1, 2 имеется уступ 4. Нижним цилиндром 2 меньшего диаметра dн горелка установлена на приливе газосборного колокола 5 с диаметром отверстия dп. Верхний цилиндр 1 горелки с диаметром dв через отверстие в горизонтальной торцевой стенке 6 соединен с системой газоходов 7. Устройство работает следующим образом. Под воздействием разрежения, создаваемого дымососом, анодный газ через прилив газосборного колокола 5 поступает в нижний цилиндр 2 горелки и смешивается с подсасываемым через щели 3 воздухом. При резком расширении диаметра горелки газовоздушный поток отклоняется в сторону стенок большого цилиндра 1, образуя завихрения, способствующие дополнительному перемешиванию анодного газа и воздуха и более интенсивному и полному горению. Продукты горения через выходное отверстие горелки удаляются в систему газоходов 7. Несгоревшие частицы смолы, не попавшие в поток удаляемых из горелки продуктов горения, ударяются о торцевую стенку 6, оседают и подвергаются повторному дожиганию. Заявляемое устройство испытано в производственных условиях на электролизере с самообжигающимся анодом. Аэродинамика, температурное поле и выгорание вредных компонентов смоделировано также на ЭВМ. Результаты расчетов и испытаний приведены в таблице и на фиг. 2, 3. Из данных таблицы следует, что при одинаковой температуре в зоне горения, содержание экологически опасных компонентов в продуктах дожигания анодного газа и в расчетном, и в натурном эксперименте значительно ниже в заявляемом устройстве. Отмечена высокая стабильность работы заявляемого устройства. Стабильность горения обусловлена дополнительной турбулизацией газовоздушного потока и интенсивным перемешиванием вследствие внезапного его расширения при переходе из нижнего в верхний цилиндр горелки. В отличие от прототипа горение устойчиво даже в период обработки ванн, когда они разгерметизированы и в горелку поступает минимальное количество анодного газа. Более качественное смешение потоков анодного газа и воздуха в заявляемом устройстве подтверждается результатами аэродинамического моделирования, представленными на фиг. 2 и 3. Наглядно подтверждается (фиг.2) периферийная направленность газовоздушного потока 1 в сторону стенок большого цилиндра и наличие завихрений 2 при его внезапном расширении вследствие истечения из цилиндра меньшего диаметра в цилиндр большего диаметра. Как результат более качественного смешения - эпюры скоростей продуктов горения 3 практически одинаковы в любом горизонтальном сечении. По сравнению с прототипом заявляемое устройство, согласно данным производственных испытаний, позволяет снизить содержание СО в продуктах дожигания в 2,37 раза, а смолистых веществ - в 1,17 раза.Формула изобретения
1. Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку со щелями, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов, отличающееся тем, что горелка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров с уступом между ними в зоне над верхней кромкой щелей, причем горелка верхним цилиндром с большим диаметром соединена с системой газоходов, а нижним цилиндром с меньшим диаметром - с приливом газосборного колокола. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соотношения диаметров и длин нижнего и верхнего цилиндров горелки находятся в пределах соответственно 0,6 - 0,9 и 0,15 - 0,35. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что соотношение диаметров верхнего цилиндра горелки и отверстия прилива газосборного колокола находится в пределах 1,3 - 1,5. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что торец горелки вокруг выходного отверстия для дымовых газов выполнен горизонтальным.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 06.01.2003
Номер и год публикации бюллетеня: 11-2004
Извещение опубликовано: 20.04.2004