СПОСОБ ДОЖИГА АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к дожигу анодных газов алюминиевого электролизера.

Известен способ удаления отходящих газов из алюминиевого электролизера, согласно которому отходящие газы предварительно сжигают под газосборником путем подачи дополнительного воздуха с глиноземом при давлении 0,05 0,10 атм, при этом в горелочное устройство воздух подают нагретым из газосборника. Подачу воздуха с глиноземом осуществляют при соотношении расходов воздуха и газов соответственно /0,8 1,5/:1 [1]
Подача дополнительного непрогретого воздуха под газосборник при избыточном давлении 0,05 0,10 атм (сжатого воздуха) приводит к возрастанию содержания кислорода и общего объема газов под газосборником, снижает температуру газовой фазы. Как показывают испытания, это вызывает дополнительное окисление боковой поверхности анода, возрастание выхода угольной пены и расхода анодной массы. Расход сжатого воздуха в количестве (0,8 1,5) от расхода анодных газов приводит к удорожанию первичного алюминия. Двухкратное общее увеличение объема газов под газосборником в результате химических реакций вызывает разгерметизацию пространства "борт-анод", а дожиг газов под колоколом его преждевременное разрушение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ дожига анодных газов в алюминиевых электролизерах с верхним токоподводом, согласно которому газы, выходящие из-под анода, попадают в газосборник, откуда направляются к горелкам, в которых сжигаются горючие составляющие в присутствии кислорода атмосферного воздуха [2, с. 185 186]
Указанный способ, внедренный на отечественных и зарубежных алюминиевых заводах, реализуется в горелочных устройствах с использованием атмосферного воздуха, поступающего в камеру сгорания за счет некоторого разрежения, создаваемого в системе газоотсоса вентиляторами.

К недостатку известного способа следует отнести использование воздуха, имеющего низкую (атмосферную) температуру по отношению к температуре анодных газов. В результате, при смешении анодных газов и воздуха в горелочном устройстве происходит снижение температуры смеси до значений, не достигающих температуры воспламенения горячих составляющих анодных газов, особенно в зимнее время. В результате, снижается эффективность дожига газов, системы газоотсоса, возрастают выбросы вредных веществ в атмосферу. Горелочное устройство работает нестабильно, затруднено разжигание "холодной" горелки.

Цель изобретения повышение эффективности дожига анодных газов и срока службы газосборника, снижение выхода угольной пены.

Указанная цель достигается тем, что в алюминиевом электролизе с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом при поступлении анодных газов из газосборника и атмосферного воздуха из атмосферы в горелочное устройство за счет разрежения в системе газоотсоса, атмосферный воздух подают в горелочное устройство предварительно подогретым за счет утилизации тепла от электролизера, причем температура подогретого атмосферного воздуха для дожига анодных газов составляет не менее 100 450^oC, а расход воздуха регулируют за счет разности температур предварительно подогретого воздуха и газов в камере смешения горелочного устройства в пропорциональной зависимости от этой разности.

Подача атмосферного воздуха, предварительно подогретого за счет утилизации тепла от электролизера до температур не менее 100 450^oC, повышает температуру газовой смеси в камере смешения горелочного устройства по сравнению с известными техническими решениями. И, чем выше температура подогретого воздуха, тем ближе температура смеси к значениям температур воспламенения горючих составляющих анодных газов.

В результате, повышается эффективность дожига анодных газов и температура газов после дожига, а следовательно, и величина разрежения в системе газоотсоса, улучшается герметизация электролизера, снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу. Отсутствие дополнительной подачи сжатого воздуха под газосборник увеличивает срок службы газосборного устройства при прочих равных условиях за счет отсутствия реакций окисления с участием кислорода воздуха. При этом, за счет уменьшения объема диоксида углерода под газосборником уменьшается также степень обгорания боковой поверхности анода, его осыпаемость и тем самым снижается выход угольной пены.

Подогрев атмосферного воздуха за счет утилизации тепла от электролизера повышает тепловой КПД электролизера. Съем тепла на нагрев воздуха от элементов электролизера, требующих охлаждения, таких, например, как катодное устройство (торцовые участки), или нижняя часть анодного кожуха, улучшает работу этих элементов, их срок службы без дополнительных затрат на охлаждение.

Подогрев атмосферного воздуха до температур не менее 100 450^oC обусловлено следующими обстоятельствами.

1. Подогрев воздуха до температур менее 100^oC не позволяет перевести влагу воздуха в парообразное состояние. В этом случае происходит скачкообразное снижение температуры газовой смеси за счет тепла фазового перехода, снижается эффективность реализации способа.

2. Верхнее значение предлагаемого диапазона температур обусловлено возможностями элементов электролизера, с которых происходит утилизация тепла, а также тем обстоятельством, что превышение температуры 450^oC осложняет конструктивное оформление при реализации предлагаемого способа. Кроме того, в случае превышения температуры воздуха над температурой анодных газов невозможно саморегулирование расхода воздуха, что также снижает эффективность способа.

Регулирование расхода атмосферного воздуха, потребляемого на дожиг анодных газов, за счет разности температур подогретого воздуха и газов в камере смешения горелочного устройства осуществляют путем использования свойств естественной тяги, возникающей при разности температур компонентов до и после горелочного устройства, а также при наличии устойчивой тяги, создаваемой работающим вентилятором системы газоотсоса. Так, при возрастании температуры подогретого воздуха, то есть при уменьшении разности температур воздуха и газовой смеси в камере смешения, расход воздуха за счет естественной тяги уменьшается. И это полезно, поскольку при повышении общей температуры процесса дожига снижается потребность в избыточном объеме подаваемого воздуха. При этом, снижается необходимость в более глубоком разрежении, создаваемом вентилятором. Это в свою очередь, снижает объем отсасываемых газов, повышается эффективность системы газоотсоса.

Изобретение поясняется чертежом с изображением варианта устройства для реализации способа. На анодном устройстве электролизера с верхним токоподводом, содержащим анодный кожух 1, смонтирована горелка 2 для дожига анодных газов, поступающих из газосборника 3. Горелка 2 в нижней части снабжена электроизолирующим патрубком 4, соединяющим горелку 2 с отверстием торцового усиления 5 катодного устройства 6. Холодный атмосферный воздух 7 поступает из атмосферы через систему отверстий 8 снизу-вверх в торцовую часть катодного устройства, нагревается за счет омывания катодного кожуха 9 и поступает, за счет разности температур и разрежения, создаваемого вентилятором в системе газоотсоса (на чертеже не показано), через патрубок 4 в камеру смешения горелки 2 (нижняя часть горелки), где происходит дожиг анодных газов, и далее газы поступают в систему газоотсоса.

Пример. На двух алюминиевых электролизерах "A" и "B" с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом типа С-8Б силой тока 156 кА выполняют устройство в соответствии с изображением на чертеже. Для достоверного сравнения получаемых данных используют существующую горелку щелевого типа электролизера С-8Б. При этом щели горелки закрыты, и подвод воздуха осуществляют от катодного устройства по патрубку 4, в соответствии с чертежом. Ведут электролиз, измеряют параметры дожига анодных газов на каждом опытном электролизере и на электролизере-свидетеле С-8Б, не имеющем подогрев атмосферного воздуха и также оснащенного серийными щелевыми горелками.

Результаты замеров производимых в течение месяца на опытных элктролизерах и свидетеле, отражены в таблице.

Как следует из данных таблицы, использование подогретого до +180^oC атмосферного воздуха позволяет снизить содержание CO после горелки в 7 раз, а при подогреве воздуха до 420^oC в 30 раз. Эффективность разложения бенз(а)пирена увеличивается соответственно на 4,8% и 9,6% а эффективность дожига смолистых веществ возрастает на 19,7% и 24% по сравнению с прототипом. При уменьшении разности между температурой анодных газов в камере смешения и температурой подогретого воздуха (T₁ T₂) у опытного электролизера "A" на 172^oC и у опытного электролизера "B" на 341^oC по сравнению со свидетелем, коэффициент избытка воздуха для дожига газов уменьшается пропорционально на 0,35 и 0,58 соответственно. Таким образом, предлагаемый способ позволяет вести процесс дожига анодных газов саморегулирования расхода атмосферного воздуха пропорционально изменению разности T₁ T₂.

Наблюдения за период испытаний показывают, что опытные электролизеры "A", "B" имеют лучшую герметизацию пространства "борт-анод", в то время как на свидетеле анодные газы периодически выбиваются в атмосферу корпуса. Это приводит к периодическому обваливанию криолито-глиноземной корки. Состояние газосборников за период испытаний следующее: на электролизерах "A", "B" нет износа, на свидетеле средний износ 7,6%
Увеличение эффективности дожига газов повышает эффективность всей системы газоотсоса, снижается объем выбросов вредных веществ в атмосферу. Ухудшение герметизации электролизера приводит к снижению окисляемости и осыпаемости анода. Так, выход угольной пены на электролизере-свидетеле составил 51,6 кг/т алюминия, а на опытных электролизерах "A", "B" 37,4 кг/т и 31,2 кг/т соответственно.

Предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дожига анодных газов, срок службы газосборника, снизить выход угольной пыли.

Утилизация тепла атмосферным воздухом может производиться также с анодного устройства электролизера путем "снятия" тепла с наружной поверхности металлоконструкций.

Использование: изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к дожигу анодных газов алюминиевого электролизера. Сущность: атмосферный воздух подают в горелочное устройство и предварительно подогретым за счет утилизации тепла от электролизера причем температура подогретого воздуха составляет не менее 100 - 450^oC. Расход воздуха регулируют за счет разности температур предварительно подогретого воздуха и газов в камере смешения горелочного устройства в пропорциональной зависимости от этой разности. (2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.).

1. Способ дожига анодных газов алюминиевого электролизера, включающий подачу анодных газов из газосборника и атмосферного воздуха из окружающей среды в горелочное устройство посредством разрежения в газоходе, отличающийся тем, что атмосферный воздух подают в горелочное устройство предварительно подогретым за счет утилизации тепла от электролизера. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру подогретого воздуха для дожига анодных газов поддерживают в пределах 100 450^oС. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расход воздуха регулируют за счет разности температур предварительно подогретого воздуха и газов в камере смешения горелочного устройства в пропорциональной зависимости от этой разности.