Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Авторы патента:

Белянин Александр Владимирович (RU)

Минаков Андрей Викторович (RU)

Дектерев Александр Анатольевич (RU)

Необъявляющий Павел Анатольевич (RU)

Скуратов Александр Петрович (RU)

Шарыпов Никита Анатольевич (RU)

Шахрай Антон Сергеевич (RU)

Шахрай Сергей Георгиевич (RU)

C25C3/22 - газосборные устройства

Владельцы патента RU 2697148:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к устройству для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Устройство содержит газосборный колокол, камеру сгорания и патрубки, взаимодействующие с газоотводящими трубами, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые секции газосборного колокола и оборудованы воздухозаборными щелями, общая площадь f_общ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки труб телескопически входят в камеру сгорания. Обеспечивается повышение эффективности дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, образующихся в процессе работы алюминиевого электролизера. 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия, и предназначено для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом.

Известно устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, в котором воздухозаборные щели оборудованы патрубками подвода воздуха, расположенными по отношению к вертикальной оси горелки под углом 45…60° и обеспечивающими спиралевидную закрученную траекторию движения воспламенившейся газовоздушной смеси в зоне горения, характеризующуюся увеличенной площадью контакта сжигаемых анодных газов с воздухом [патент РФ №2664584, опубл. 21.08.2018, бюл. №24].

Недостатком известного устройства является необходимость оборудования каждой воздухозаборной щели патрубком подвода воздуха, что увеличивает его материалоемкость.

Известно устройство для сжигания анодных газов, включающее коллектор с патрубками, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые секции газосборного колокола смежных электролизеров [авт. св-во СССР №466296, опубл. 05.04.1975, бюл. №13]. Эффективность дожигания анодных газов и содержащихся в них смолистых веществ увеличивается за счет предварительного подогрева воздуха в кольцевом зазоре между коллектором и камерой сгорания, снижения теплоотдачи через стенки камеры сгорания и интенсивного перемешивания путем тангенциального ввода анодного газа в коллектор.

Недостатком известного устройства, взятого за прототип, является риск охлаждения анодных газов по мере их движения по патрубкам до температуры, ниже температуры их самовоспламенения при смешивании с воздухом.

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности дожигания анодных газов, образующихся в процессе работы алюминиевого электролизера.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальные участки труб оборудованы воздухозаборными щелями, общая площадь f_общ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки труб телескопически входят в камеру сгорания.

Наличие воздухозаборных щелей на трубе обеспечивает воспламенение в нем анодных газов, что увеличивает время нахождения сжигаемых анодных газов в зоне горения.

Отношение общей площади f_общ воздухозаборных щелей к площади F поперечного сечения трубы обосновывается следующими соображениями. Согласно [Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершествование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга: монография. Красноярск: ИПК СФУ, 2010. 146 с.], оптимальное значение коэффициента избытка воздуха α, при котором в горелке наблюдаются максимальные температуры горения анодного газа, составляет α=1,15. Такое значение α обеспечивается при соотношении объема анодного газа V_ан.г. к объему воздуха V_возд., подаваемого в зону горения V_ан.г.:У_возд.=0,15…0,20. Такое соотношение объемов возможно достичь регулированием соотношения площадей воздухозаборных щелей и площади поперечного сечения трубы. Уменьшение общей площади f_общ воздухозаборных щелей < 0,15 F_патр.приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α<1,15 и это резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие недостатка окислителя в зоне горения. Увеличение общей площади f_общ воздухозаборных щелей > 0,20 F_патр.- приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α>1,15, что также резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие охлаждения горелки избыточно подсасываемым воздухом.

Телескопический ввод горизонтальных участков труб исключает их механическое воздействие на горелку вследствие их термического удлинения, а телескопический ввод вертикального участка труб в газосборный колокол и горизонтального в горелку, обеспечивает удобство и быстроту замены патрубка при его прогорании, без демонтажа горелки.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера поясняется графически. На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 2. Устройство состоит из труб 1 с воздухозаборными щелями 2. Трубы телескопически соединены с газосборным колоколом 3 электролизеров 4 и с горелкой 5. Телескопическое соединение труб обеспечивают патрубки 6, размещенные на газосборном колоколе, и патрубки 7, размещенные на горелке. Несанкционированные подсосы воздуха устраняются с помощью огнестойкого уплотнительного материала 8, размещаемого в зазорах между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера работает следующим образом. Анодные газы, образующиеся в электролизере 4, собираются под газосборным колоколом 3, откуда они по трубам 1 направляются в горелку 5. В трубах анодные газы при смешивании с воздухом, подсасываемым через воздухозаборные щели 2, воспламеняются и уже в горящем состоянии поступают в горелку 5. Ввод горящих газов через патрубки 7 обеспечивает их движение в горелке и увеличение площади контакта сжигаемых анодных газов с воздухом. Таким образом, обеспечивается дожигание анодных газов, не сгоревших в трубах 1. Механическое воздействие на горелку труб вследствие их термического удлинения исключается за счет их телескопического ввода в газосборный колокол через патрубки 6 и в горелку через патрубки 7. Несанкционированный подсос воздуха через зазоры между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7 устраняются за счет их герметизации огнестойким уплотнительным материалом 8. Уплотнительный материал необходим для исключение некоторолируемых подсосов воздуха в трубы и в горелку, т.к. это негативно сказывается на работе системы газоотсоса следующим образом:

- повышается нагрузка на насосы за счет увеличения объема газоотсоса;

- снижается эффективность горения газов в трубах 1 и дожигание их в камере сгорания 5 за счет охлаждения последних.

Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении эффективности дожигания анодных газов за счет увеличения времени их нахождения в зоне горения и обеспечения оптимального значения коэффициента избытка воздуха α=1,15, а также в 2-х кратном сокращении количества горелок, эксплуатируемых в корпусах производства алюминия.

1. Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащее газосборный колокол, камеру сгорания и патрубки, взаимодействующие с газоотводящими трубами, отличающееся тем, что вертикальные участки газоотводящих труб входят телескопически в угловые секции газосборного колокола и выполнены с воздухозаборными щелями, общая площадь f_общ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки газоотводящих труб телескопически входят в камеру сгорания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между газоотводящими трубами и патрубками, соединяющими их с газосборным колоколом и горелкой, расположен уплотнительный материал.

Похожие патенты:

Комплексная очистка газов // 2669664

Изобретение относится к способу и системе для комплексной очистки газа в процессе получения алюминия электролизом в электролитиченской ячейке. Способ включает подачу нефторированного глинозема в электролитическую ячейку, содержащую кожух, причем верхняя область кожуха представляет собой анодное устройство, при этом по меньшей мере одно из нефторированного глинозема и фторированного глинозема образует псевдоожиженный слой внутри анодного устройства, удаление газообразных фторидов из технологических газов, вырабатываемых электролитическим элементом, путем адсорбции газообразных фторидов с использованием нефторированного глинозема в псевдоожиженном слое, причем указанная адсорбция газообразных фторидов нефторированным глиноземом создает фторированный глинозем и полуочищенные технологические газы, фильтрацию твердых частиц фторидов, уносимых в полуочищенных технологических газах, причем указанная фильтрация происходит внутри анодного устройства над псевдоожиженным слоем, получение очищенных технологических газов и выпуск очищенных технологических газов из анодного устройства в открытое окружающее пространство снаружи электролитической ячейки.

Устройство для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере // 2668617

Изобретение относится к устройству для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере с предварительно обожженными анодами. Устройство содержит систему газоходов, содержащую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и дополнительного газоходов, и газосборные колпаки, при этом каждый из газосборных колпаков соединен первым каналом с горизонтальным основным газоходом, образуя основной контур удаления газов, и вторым каналом с дополнительным вертикальным газоходом, образуя дополнительный контур удаления газов, при этом высота каждого последующего первого канала основного контура увеличивается по потоку газа на 16÷24% от высоты предыдущего первого канала, а высота каждого последующего второго канала дополнительного контура увеличивается по потоку газа на 24÷26% от высоты предыдущего второго канала, в нижней части на внутренней поверхности продольных сторон по меньшей мере одного газосборного колпака вдоль направления движения газа установлены разделительные пластины, длина которых составляет не более 50% от высоты газосборного колпака, с каждой стороны от центральной оси газосборного колпака симметрично установлены по меньшей мере две разделительные пластины, при этом длина каждой следующей по направлению к центральной оси колпака пластины уменьшается по отношению к предыдущей на 25-35%.

Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера // 2664584

Изобретение относится к дожиганиию анодных газов алюминиевого электролизера. Устройство содержит горелку с воздухозаборными щелями прямоугольной формы, расположенными в нижней части горелки и направленными внутрь горелки под острым углом к касательной ее внешней поверхности.

Электролизер для получения алюминия // 2657395

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. Электролизер включает размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, токоподводящие штыри и систему газоотсоса, при этом самоспекающийся анод на границе между коксопековой композицией и зоной полукокса разделен горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха, равной 0,7÷0,8 от его высоты, и оборудованной вертикальными ячейками с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, при этом ячейки выполнены длиной, равной 0,1÷0,2 длины анодного кожуха, и шириной, равной 0,45÷0,495 ширины анодного кожуха, и размещены с зазором между ними для обеспечения движения образующихся анодных газов в систему газоотсоса.

Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера // 2631778

Изобретение относится к устройству для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом для производства алюминия. Устройство содержит горелку со щелями, соединенную вертикальным участком газохода с подкорпусным газоходом, и цилиндрический теплообменник, установленный на вертикальном участке газохода, с охватом газохода по длине, равной 0,7÷0,9 общей длины участка газохода, и с зазором между теплообменником и газоходом, составляющим 30÷100 мм, при этом в нижней торцевой части теплообменника выполнены отверстия для подачи воздуха в теплообменник, а в верхней торцевой части - отверстие для подачи воздуха к воздухозаборным щелям горелки.

Устройство очистки трубопроводов системы газоудаления алюминиевого электролизера // 2625152

Изобретение относится к устройству для очистки трубопроводов системы газоудаления алюминиевого электролизера, в частности с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом через лючки для обслуживания.

Устройство для сбора и эвакуации газов из алюминиевого электролизера // 2624559

Изобретение относится к устройству для сбора и эвакуации анодных газов из-под укрытия электролизера с обожженными анодами для получения алюминия. Устройство для сбора и эвакуации анодных газов из-под укрытия электролизера с обожженными анодами через газосборные окна посредством газоотводящих каналов балки-коллектора содержит направляющую поток конструкцию.

Анодное устройство алюминиевого электролизера // 2624275

Изобретение относится к анодному устройству алюминиевого электролизера с обожженными анодами и может быть применено с целью оптимизации ширины корпуса электролиза при поперечном расположении электролизеров.

Способ удаления анодных газов алюминиевого электролизера // 2621322

Изобретение относится к способу удаления анодных газов от алюминиевого электролизера с самообжигающимися анодами в газоочистную установку. Способ включает сжигание анодных газов в щелевом горелочном устройстве, установленном на газосборном колоколе электролизера, и их дожигание, при этом дожигание горючих компонентов осуществляют путем подачи воздуха в объеме V1 через воздухозаборные щели горелочного устройства с последующим направлением продуктов горения через вертикальный участок газохода в виде газоходного спуска в патрубок газоходного спуска, куда подают воздух в объеме V2, при этом отношение объема V1 воздуха, подсасываемого через воздухозаборные щели, к объему воздуха V2, подсасываемого через патрубок газоходного спуска, составляет V1:V2=0,2÷0,25:1.

Машина для очистки внутренней поверхности газоходов // 2616746

Изобретение относится к машине для очистки газоходов для отходящих газов от электролизеров для получения алюминия. Машина содержит раму с ходовыми колесами, очистной орган с рабочим инструментом, размещенный на барабане, привод поступательного перемещения очистного органа, привод вращения очистного органа вокруг своей оси.