Горелка для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Авторы патента:

Магеррамов Руслан Баба оглы (RU)

Белоусова Наталья Викторовна (RU)

Дектерев Александр Анатольевич (RU)

Шахрай Сергей Георгиевич (RU)

Скуратов Александр Петрович (RU)

C25C3/22 - газосборные устройства

C25C3/06 - алюминия

Владельцы патента RU 2724755:

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

Изобретение относится к горелке для сжигания анодных газов, образующихся в процессе электролиза в электролизере для получения алюминия с самообжигающимся анодом. Горелка разделена на две части - нижнюю, включающую зону предварительного смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом и первичную зону горения, представляющую собой блок стальных трубок, и верхнюю часть, в которой происходит интенсивное смешивание и окончательный дожиг анодных газов, при этом отношение диаметра d верхней части горелки к диаметру d₁ ее нижней части составляет d:d₁=1,4÷1,6:1, а отношение высоты Н верхней секции горелки к высоте h ее нижней секции составляет Н:h=2,0÷2,5=1, при этом стальные трубки в блоке по отношению к горизонтали размещены под углом 60÷70°, а отношение диаметра d₁ нижней части горелки к диаметру d₂ стальных трубок составляет d₁:d₂=4÷5:1, при этом на уровне верхней части блока стальных трубок расположен фланец, отношение диаметра d₃ которого к диаметру d₁ нижней части горелки составляет d₃:d₁=1,05÷1,1:1, отношение высоты h₁ камеры, в которой расположен блок стальных трубок, к высоте h₂ блока составляет h₁:h₂=1,02÷1,05:1, а отношение ширины b камеры размещения наклонных трубок к диаметру d₁ нижней части горелки составляет b:d₁=1,02÷1,05:1. Обеспечивается повышение сжигания анодных газов. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Заявляемое устройство относится к цветной металлургии, а именно, к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, и предназначено для сжигания анодных газов, образующихся в процессе электролиза.

Известно горелочное устройство с интенсивным смешиванием компонентов, оборудованное в верхней части камеры сгорания завихрителем [патент РФ №2456380, опубл. 20.07.2012].

Недостаток известного горелочного устройства заключается в том, что завихритель расположен в верхней части камеры сгорания, где расположен и патрубок отвода продуктов сгорания анодных газов в систему газоудаления, что несколько снижает эффективность использования топочного пространства горелки, а также тот факт, что замена завихрителя возможна лишь при замене горелки, вне работающего электролизера.

Известна горелка, используемая для изучения газообразных загрязнителей, выбрасываемых при сжигании углеводородов, в нижней секции содержащая первичную зону реакции (горения), представляющую собой набор плотно соединенных между собой параллельных трубок из нержавеющей стали [N. Kastelis, Efthimios Zerves. Analysis of flat burners used to study gaseous pollutants emitted from combustion of hydrocarbons. 2^nd International Conference on WASTE MANAGEMENT, WATER POLLUTION, AIR POLLUTION, INDOOR CLIMATE (WWAI'08). 2008, 251-256.]. Данный источник взят за прототип.

Недостатком известной горелки является неэффективное использование ее топочного пространства вследствие наличия в верхней секции горелки области без реакции, занимающей значительный объем горелки.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности сжигания анодных газов, образующихся в процессе электролиза.

Достигается это тем, что заявляемая горелка разделена на две части - нижнюю, включающую зону предварительного смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом и первичную зону горения, представляющую собой блок стальных трубок, и верхнюю часть, где происходит интенсивное смешивание и окончательный дожиг анодных газов, при этом отношение диаметра d верхней части горелки к диаметру d₁ ее нижней части составляет d:d₁=1,4÷1,6:1, а отношение высоты Н верхней части горелки к высоте h ее нижней части составляет Н:h=2,0÷2,5=1, при этом стальные трубки в блоке по отношению к горизонтали размещены под углом 60÷70°, а отношение диаметра d₁ нижней части горелки к диаметру d₂ стальных трубок составляет d₁:d₂=4÷5:1, при на уровне верхней части блока стальных трубок расположен фланец, отношение диаметра d₃ которого к диаметру d₁ нижней части горелки составляет d₃:d₁=1,05÷1,1:1, при этом отношение высоты h₁ камеры, в которой расположен блок стальных трубок, к высоте h₂ блока составляет h₁:h₂=1,02÷1,05:1, а отношение ширины b камеры размещения наклонных трубок к диаметру d₁ нижней части горелки составляет b:d₁=1,02÷1,05:1.

Разделение горелки на две части обеспечивает возможность создания в ней двух зон горения - ламинарного в трубках и турбулентного в зоне интенсивного перемешивания, расположенной в верхней части горелки.

Наличие в нижней части горелки блока наклонных трубок обеспечивает равномерное распределение сжигаемой газовой смеси и ее интенсивное перемешивание по всему объему топочного пространства верхней части горелки.

Превышение диаметра d верхней части горелки диаметра d₁ нижней ее части в 1,4÷1,6 раз и высоты Н верхней части горелки высоты h нижней ее части в 2,0÷2,5 раз обеспечивает уравновешивание колебаний давления в нижней и верхней частях горелки, вызванных разностью интенсивности горения и температур в этих зонах, а также большее время пребывания сжигаемых анодных газов в верхней части горелки, где температуры горения максимальны.

Целесообразность превышения высоты верхней части горелки над нижней частью обосновывается следующим. Согласно требованиям безопасности общая высота горелки не должна превышать роста обслуживающего ее оператора, т.е. 1,7÷1,8 м. Как правило, высота нижней части оборудованной воздухозаборными щелями взятой за аналог горелки составляет порядка 0,25 м. Двухкратное увеличение высоты нижней части заявляемой горелки обеспечит общую высоту горелки, отвечающую требованиям безопасности (порядка 1,75 м).

Размещение стальных трубок в блоке под углом 60÷70° по отношению к горизонтали обеспечивает создание закрученного газового потока и его интенсивное перемешивание на входе в верхнюю часть горелки. Таким образом, горение происходит во всем объеме верхней части и топочное пространство используется более эффективно.

Диаметр d₂ стальных трубок, в 4÷5 раз меньший диаметра d₁ нижней части горелки обоснован следующим. Как правило, на практике диаметр посадочного патрубка горелки на газосборный колокол электролизера и ее (горелки) нижней части составляет ~0,2 м, а площадь поперечного сечения 0,0312 м². Диаметр d₂ стальных трубок, в 4÷5 раз меньший диаметра d₁ нижней секции горелки составит 40÷50 мм, а площадь поперечного сечения каждой трубки 0,00125÷0,00196 м². Таким образом в блоке, возможно разместить от 10 до 15 трубок, которые обеспечат беспрепятственный отвод сжигаемых анодных газов из зоны предварительного смешивания и первичной зоны реакции (горения) в верхнюю часть где происходит окончательное сгорание анодных газов, а 10÷15 струй, каждая из которых наклонена под углом 60÷70° по отношению к горизонтали, обеспечивают интенсивное закручивание потока на входе в верхнюю часть горелки.

Превышение ширины b и высоты h₁ камеры размещения блока наклонных трубок диаметра d₁ нижней части горелки и высоты h₂ блока в 1,02÷1,05 раза обеспечивает компенсацию термического расширения блока, температура которого при замене равна температуре окружающей среды, что существенно ниже температуры камеры эксплуатируемой горелки.

Наличие фланца на уровне верхней плоскости блока стальных трубок, диаметр которого в 1,05÷1,1 превышает диаметр собственно блока, обеспечивает простоту крепления последнего в специально предназначенной для этого камере путем установки фланца на уровне верхней части блока стальных трубок.

Заявляемое устройство поясняется графически. На Фиг. 1 изображен общий вид горелки, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 2, где: 1 - нижняя часть горелки; 2 - воздухозаборные щели горелки; 3 - блок наклонных трубок; 4 - камера размещения блока наклонных трубок; 5 - верхняя часть горелки, 6 - фланец крепления блока наклонных трубок в камере.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Анодные газы, поступающие из-под газосборного колокола (на фиг. не показан), после смешивания с воздухом, поступающим в нижнюю часть горелки 1 через воздухозаборные щели 2, попадают в блок наклонных трубок 3, размещенных в камере 4. В блоке наклонных трубок происходит воспламенение сжигаемых анодных газов и их первичное сжигание. На входе в верхнюю часть 5 горелки газовый поток, за счет наклонных трубок, приобретает вращательное движение, что исключает образование застойных областей в зоне горения и происходит окончательный дожиг анодных газов. Устройство повышает эффективность сжигания анодных газов, образующихся в процессе электролиза.

1. Горелка для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, разделенная на две части - нижнюю, включающую зону предварительного смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом и первичную зону горения, представляющую собой размещенный в отдельной камере блок стальных трубок и верхнюю часть, где происходит интенсивное смешивание и окончательный дожиг анодных газов, отличающаяся тем, что отношение диаметра d верхней части горелки к диаметру d₁ ее нижней части составляет d:d₁=1,4÷1,6:1, а отношение высоты H верхней части горелки к высоте h ее нижней части составляет H:h=2,0÷2,5:1.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что в первичной зоне горения размещен блок со стальными трубками под углом 60÷70° к горизонтали.

3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение диаметра d₁ нижней части горелки к диаметру d₂ стальных трубок составляет d₁:d₂=4÷5:1.

4. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что на уровне верхней части блока стальных трубок расположен фланец, отношение диаметра d₃ которого к диаметру d₁ нижней части горелки составляет d₃:d₁=1,05÷1,1:1.

5. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение высоты h₁ камеры размещения наклонных трубок к высоте h₂ блока составляет h₁:h₂=1,02÷1,05:1.

6. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что отношение ширины b камеры размещения наклонных трубок к диаметру d₁ нижней части горелки составляет b:d₁=1,02÷1,05:1.

Изобретение относится к установке для производства алюминия электролизом и обработке отходящих электролизных газов. Установка содержит цепочку последовательно соединенных электролизных ванн и контур обработки газов, образующихся в электролизных ваннах, содержащий первую ступень обработки для обработки фтороводорода, вторую ступень обработки для обработки диоксида серы, контур подачи оксида алюминия для подачи оксида алюминия на первую ступень обработки и вторую ступень обработки и теплообменник, размещенный между первой и второй ступенями обработки.

Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера // 2697148

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 fобщ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки труб телескопически входят в камеру сгорания.

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 экспресс-определения криолитового отношения и концентрации фторида калия в электролите при получении алюминия // 2717442

Изобретение относится к способу определения состава электролита, в частности криолитового отношения (КО) и концентрации фторида калия (KF) в электролите на основе термических измерений с целью управления процессом электролиза алюминия.