Устройство для термического обезвреживания анодных газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к устройствам, применяемым для термического обезвреживания анодных газов электролизного производства алюминия. Устройство содержит горелку, выполненную в виде двух цилиндров. Верхний цилиндр охвачен теплообменником, соединяющимся с помощью вертикального стояка с нижним цилиндром. Внутри вертикального стояка установлена дроссельная заслонка для регулирования расхода нагретого воздуха. В верхнем цилиндре на разных уровнях по высоте горелки выполнены приливы со смещением относительно друг друга по ее вертикальной оси, а в нижнем цилиндре выполнен лючок, предназначенный для чистки горелки, и патрубок для подвода нагретого воздуха. Обеспечивается интенсификация процесса смешения анодного газа и воздуха, облегчение чистки горелки, стабилизация ее тепловой работы и повышение эффективности термического обезвреживания анодного газа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к устройствам для сжигания анодных газов.

Известно устройство для сжигания анодного газа алюминиевого электролизера, включающее горелку с щелями и цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки [авторское свидетельство СССР №1102296, кл. С25С 3/22].

Недостатком указанного устройства является некачественное смешение анодного газа и воздуха, поскольку в устройстве реализуется только один аэродинамический эффект смешения: подача потоков воздуха и газа под прямым углом друг к другу. Кроме того, устройство не обеспечивает регулирование расхода воздуха, вследствие чего горелки разных электролизеров работают при разных коэффициентах расхода воздуха. При высоких расходах воздуха возможно снижение температуры горения газовоздушной смеси и эффективности выгорания вредных компонентов анодного газа. При низких расходах воздуха возможен недожог горючих компонентов анодного газа, реформирование углеводородных составляющих с выделением сажистого углерода, засоряющего отверстия горелки для подвода воздуха.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера [патент RU №2269610, кл. С25С 3/22, 2006]. Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера содержит горелку, установленную на приливе газосборного колокола, выполненную в виде трех цилиндров - верхнего, среднего и нижнего с уступами между ними, отверстиями для подсоса воздуха, систему газоходов и теплообменник. Теплообменник состоит из оребрения, выполненного на верхнем цилиндре, верхней и нижней воздушных коробок, причем верхняя воздушная коробка установлена на оребрении и охватывает с зазором по периметру верхний и средний цилиндры. Нижняя воздушная коробка установлена с зазором на фланце нижнего цилиндра горелки, при этом верхняя и нижняя воздушные коробки соединены вертикальным стояком для подвода нагретого воздуха в горелку через отверстия, расположенные в нижнем цилиндре. Нижняя воздушная коробка выполнена разъемной. Вертикальный стояк снабжен дроссельной заслонкой для регулирования расхода нагретого воздуха. Верхняя воздушная коробка для обеспечения ее герметичности сверху закрыта разъемной шайбой.

Недостатком устройства-прототипа является отсутствие конструктивных решений для оперативной чистки горелки от пылесмолистых отложений. Чистка горелки возможна только после раскрытия нижней воздушной коробки, в результате чего нарушается подвод в горелку нагретого воздуха, ухудшается стабильность ее работы. Другим недостатком прототипа является слабое влияние аэродинамических эффектов внезапного расширения и рециркуляции потоков на процесс перемешивания газа и воздуха и, следовательно, полноту выгорания вредных составляющих анодного газа, поскольку они происходят в низкотемпературных малообъемных пристенных зонах.

Задача изобретения заключается в разработке устройства, обеспечивающего стабильность его работы за счет возможности непрерывного обслуживания и повышение эффективности выгорания вредных составляющих анодного газа за счет интенсификации смешения в центральной части газовоздушного потока внутри горелки.

Для решения поставленной задачи в заявляемом устройстве для термического обезвреживания анодного газа алюминиевого электролизера, включающем горелку, установленную на приливе газосборного колокола, теплообменник, вертикалный стояк с регулирующей дроссельной заслонкой для подвода в горелку нагретого воздуха и систему газоходов, согласно заявляемому изобретению горелка выполнена в виде двух цилиндров, верхнего и нижнего, причем в верхнем цилиндре расположены на разных уровнях по высоте горелки приливы, установленные со смещением относительно друг друга относительно вертикальной оси горелки; в нижнем цилиндре выполнен лючок, предназначенный для чистки горелки, и патрубок для подвода нагретого воздуха.

Устройство дополняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленной задачи.

В устройстве приливы выполнены в виде колец, полуколец, секторов.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки. Горелка состоит из двух цилиндров. В верхнем цилиндре на разных уровнях по высоте горелки выполнены приливы со смещением относительно друг друга по вертикальной оси горелки, в нижнем цилиндре выполнен лючок, предназначенный для чистки горелки, и патрубок для подвода нагретого воздуха.

Одним из способов интенсификации смешения газа и воздуха в горелке является установка в ней плохо обтекаемых тел, турбулизирующих поток и улучшающих процесс смешения горючих компонентов и окислителя. При этом всегда возникает проблема крепления этих тел, вызванная агрессивностью фторсодержащей среды.

В предлагаемом решении для турбулизации газовоздушной среды внутри горелки применяются приливы, расположенные на разных уровнях по высоте горелки со смещением относительно друг друга по ее вертикальной оси. Они будут функционировать, т.е. турбулизировать газовоздушный поток, даже при зарастании пылесмолистыми отложениями. Выполнение приливов способом литья снимает проблему их крепления внутри горелки. Приливы могут быть выполнены в виде колец, полуколец, отдельных секторов с различной формой поперечного сечения.

Серьезной проблемой эксплуатации горелочных устройств любой конструкции и особенно при автоматическом питании электролизных ванн глиноземом является выделение большого количества пылесмолистых веществ, забивающих воздухоподводящие отверстия горелки и дестабилизирующих ее работу. В связи с чем необходимо обеспечение условий их чистки, что конструктивно решается при выполнении в нижней части горелки лючка и патрубка подвода нагретого воздуха внутрь горелки вместо щелевых отверстий.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На чертеже представлено в разрезе устройство для термического обезвреживания анодных газов. Устройство включает горелку, состоящую из нижнего цилиндра 1 с патрубком подвода нагретого воздуха 2, верхнего цилиндра 3 с патрубком отвода дымовых газов 4. Верхний цилиндр 3 сверху закрыт поворотной крышкой 5, позволяющей осуществлять чистку верхнего цилиндра. Внутри верхний цилиндр 3 снабжен приливами 6, расположенными на разных уровнях по высоте горелки, выполненными, например, в виде полуколец со смещением относительно друг друга по ее вертикальной оси. Верхний цилиндр 3 охвачен с зазором воздушной коробкой 7. Воздушная коробка 7 и нижний цилиндр 1 с помощью фланцев 8 соединены вертикальным стояком 9, внутри которого установлена регулирующая расход нагретого воздуха дроссельная заслонка 10.

Нижний цилиндр 1 снабжен лючком 11 для его чистки от пылесмолистых отложений. В средней части нижнего цилиндра 1 выполнено отверстие 12 для визуального контроля процесса горения. Верхний цилиндр горелки соединен с системой газоходов 13. Нижний цилиндр горелки установлен на приливе газосборного колокола 14.

Устройство работает следующим образом. Под действием разрежения, создаваемого дымососом, анодный газ через прилив газосборного колокола 14 поступает в нижний цилиндр 1 и смешивается с подсасываемым через патрубок 2 нагретым воздухом, расход которого регулируется с помощью дроссельной заслонки 10. Происходит воспламенение газовоздушной смеси.

Процесс горения контролируется электролизером визуально через отверстие 12.

Горящий газовоздушный поток поступает в верхний цилиндр 3, расширяется и ударяется в приливы 6, турбулизирующие поток и отклоняющие его от пристенной зоны к вертикальной оси верхнего цилиндра. На следующем полукольце происходит аналогичное отклонение газовоздушного потока, способствующее качественному перемешиванию и более полному термическому обезвреживанию вредных составляющих анодного газа. Продукты дожигания анодного газа через патрубок отвода 4 удаляются в систему газоходов 13.

Атмосферный воздух под действием разрежения, создаваемого дымососом, поступает в кольцевой зазор между верхним цилиндром 3 и воздушной коробкой 7, нагревается теплотой, теряемой горелкой в окружающую среду, и через вертикальный стояк 9 и патрубок подвода нагретого воздуха 2 поступает в нижний цилиндр 1. Чистка нижнего цилиндра 1 от пылесмолистых отложений осуществляется через лючок 11, а верхнего цилиндра 3 - сверху при открывании поворотной крышки 5.

Интенсификация процесса смешения анодного газа и воздуха внутри верхнего цилиндра с помощью приливов, расположенных со смещением относительно друг друга на разных уровнях по высоте горелки, замена щелевых воздухоподводящих отверстий патрубком подвода нагретого воздуха, практически исключающая риск уменьшения воздухоподачи внутрь горелки при забивании ее нижней части пылесмолистыми отложениями, обеспечение условия легко осуществляемой чистки через лючок стабилизируют тепловую работу горелочного устройства и, в итоге, повышают эффективность термического обезвреживания анодных газов.

Расчеты показывают, что в горелке диаметром 300 мм при наличии приливов с шириной полочки 30 мм турбулентность газовоздушного потока, характеризуемая критерием Рейнольдса, увеличивается на 10%. Частота турбулентных пульсаций увеличивается в 1,35 раза. Продольная составляющая пульсационной скорости в пристенной области горелки с приливами на 23% выше, чем в горелке-прототипе, т.е. без внутренних турбулизаторов.

При турбулизации потока происходит лучшее перемешивание анодного газа и воздуха, а следовательно, повышается степень термического обезвреживания бенз(а)пирена и других вредных составляющих анодного газа.

1. Устройство для термического обезвреживания анодных газов, содержащее горелку, установленную на приливе газосборного колокола, теплообменник, вертикальный стояк с регулирующей дроссельной заслонкой для подвода в горелку нагретого воздуха и систему газоходов, отличающееся тем, что горелка выполнена в виде верхнего и нижнего цилиндров, причем в верхнем цилиндре расположены на разных уровнях по высоте приливы, установленные со смещением относительно друг друга по вертикальной оси горелки, а в нижнем цилиндре выполнен лючок, предназначенный для чистки горелки, и патрубок для подвода нагретого воздуха.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что приливы в горелке выполнены в виде колец, полуколец, секторов.