УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1997 года по МПК C25C3/10 C25C3/22 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, в частности к устройствам для сжигания анодных газов.

При электрическом получении алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами наряду с фтористыми и сернистыми соединениями выделяются смолистые вещества полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и моноксид углерода CO. Токсичность полициклических ароматических углеводородов связана с наличием в них канцерогенных веществ, в том числе бенз(а)пирена. Монооксид углерода значительно менее токсичен, однако большие валовые выбросы делают его обезвреживание не менее актуальным. Традиционный метод обезвреживания ПАУ и СО в электролизных анодных газах, удаляемых от электролизеров с самообжигающимися анодами, сжигание этих компонентов в горелочных устройствах.

Известно устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее патрубок, вертикально установленный внутри трубы большого диаметра и пропущенный через отверстие шайбы, свободно лежащей на торце трубы, при этом шайба выполнена с отверстиями для подсоса воздуха [1]
Недостатком данного устройства является недостаточная эффективность дожигания горючих составляющих анодных газов (смолистых веществ и бенз(а)пирена), во-первых, из-за того, что при такой конструкции устройства эффективный процесс смешения анодного газа с воздухом происходит в основном только по периферии общего потока газов, что не обеспечивает качественного перемешивания газовоздушной смеси и, во-вторых, малый объем камеры горения, выполненный в виде патрубка, вертикально установленного в трубе большого диаметра, снижает время пребывания газа в зоне высоких температур. Увеличение же объема камеры горения при данной конструкции устройства приводит к увеличению его габаритов, что затруднит обслуживание алюминиевого электролизера. Кроме того, при такой конструкции устройства затруднено удаление несгоревших смолистых веществ, осевших на стенках камеры горения и газоходов и образовавшихся в результате горения шлаков.

Наиболее близким является устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее установленную на приливе газообразного колокола горелку, выполненную в виде стакана с расположенными по периметру и сужающимися кверху щелями, и систему газоходов, состоящую из стационарной и газоотводящей труб, соединенных телескопически, при этом в приливе газообразного колокола выполнено отверстие для подсоса первичного воздуха, а горелка снабжена люком для ее чистки [2]
Несколько больший объем камеры горения повышает степень дожигания горючих составляющих анодных газов за счет увеличения времени пребывания их в камере горения.

Однако несмотря на это к недостаткам данного устройства следует отнести недостаточно высокую эффективность дожигания горючих составляющих анодного газа из-за отсутствия условий качественного перемешивания газовоздушной смеси, связанных с подачей воздуха по ходу анодного газа, и из-за недостаточного объема камеры горения, не обеспечивающего необходимое для дожигания горючих составляющих анодных газов время пребывания их в зоне горения. При этом расположение и конструкция устройства не позволяют увеличить объем камеры горения, поскольку это увеличение приедет к увеличению его габаритов, что затруднит обслуживание алюминиевого электролизера. Невозможность увеличения объема камеры горения связана с вертикальным расположением и с ее установкой на приливе газосборного колокола на его угловой секции, т.е. в зоне обработки электролизера и загрузки в него глинозема. Кроме того, при такой установке горелки анодный газ отсасывается только с одной стороны алюминиевого электролизера, что не обеспечивает необходимую концентрацию в нем оксида углерода, тем самым снижая эффективность дожигания горючих составляющих анодных газов.

В основу изобретения положена задача разработать устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, отличающееся большим объемом камеры горения, высокой температурой в зоне горения и стабильным режимом горения, что обеспечивает возможность увеличения времени пребывания горючих составляющих анодных газов в зоне высоких температур, тем самым повышая эффективность дожигания горючих составляющих анодных газов алюминиевого электролизера и обеспечивая высокую степень обезвреживания анодных газов.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем горелку с отверстиями для подачи воздуха, соединенную с газосборником электролизера, и систему газоходов с газоотводящей трубой горелка выполнена в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы, торцы которой закрыты съемными и/или откидными крышками, и соединена с газосборником двумя патрубками, при этом отверстия для подачи воздуха выполнены в закрывающих торцах трубы крышках, а газоотводящая труба снабжена средством регулирования отсоса газа.

Соединение патрубков с горелкой может быть выполнено тангенциально.

Горелка изнутри может быть покрыта огнеупорным теплоизоляционным материалом.

Закрывающие торцы трубы крышки могут быть выполнены в виде дроссель-клапанов.

Горелка может быть выполнена разъемной.

Выполнение горелки в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы, торцы которой закрыты съемными и/или откидными крышками с выполненными в них отверстиями для подачи воздуха, соединение горелки с газосборником двумя патрубками и при этом снабжение газоотводящей трубы средством регулирования отсоса газа позволяет повысить эффективность дожигания горючих составляющих анодных газов алюминиевого электролизера и обеспечить высокую степень обезвреживания анодных газов. Выполнение горелки в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы, торцы которой закрыты съемными и/или откидными крышками с выполненными в них отверстиями для подачи воздуха, позволяет увеличить объем камеры горения, не затрудняя при этом обслуживание алюминиевого электролизера. Увеличение объема камеры горения возможно за счет горизонтального размещения горелки в необрабатываемой зоне алюминиевого электролизера. Увеличение объема камеры горения повышает эффективность дожигания горючих составляющих анодных газов за счет увеличения времени их пребывания в зоне высоких температур. При этом высокая степень дожигания горючих составляющих анодных газов обусловлена также высокой температурой в камере горения, создаваемой за счет удвоенного количества горючих составляющих, поступающих в устройство для сжигания анодных газов с двух сторон электролизера. Это обеспечивается наличием двух патрубков, соединяющих горелку с газосборником алюминиевого электролизера. Кроме того, подача удвоенного количества горючих составляющих обеспечивает более стабильный режим горения. При этом снабжение газоотводящей трубы средством регулирования отсоса газа обеспечивает возможность индивидуального регулирования отсасывания газа, что позволяет регулировать время пребывания газов в камере горения, тем самым способствуя более полному их сгоранию. Выполненные в крышках отверстия подают в камеру горения необходимое для дожигания горючих составляющих газов количество кислорода, обеспечивающее оптимальные условия работы устройства без выбивания пламени в атмосферу электролизного корпуса и с достаточной высокой степенью дожигания горючих составляющих. При этом торцевая подача воздуха в камеру горения обеспечивает качественное перемешивание газовоздушной смеси. Выполнение горелки в виде горизонтально расположенной трубы, а закрывающих ее торцы крышек съемными и/или откидными, облегчает обслуживание устройства, в частности удаление шлаков, влияющих на работоспособность устройства. При этом сокращение времени, необходимого для удаления шлаков, сказывается на стабильности работы устройства, обеспечивая высокую степень дожигания горючих составляющих. Кроме того, выполнение крышек съемными и/или откидными облегчает поджигание газов в камере горения, что также сказывается на стабильности работы устройства и на эффективности дожигания горючих составляющих анодных газов.

Тангенциальное соединение патрубков с горизонтально расположенной горелкой обеспечивает закручивание входящего анодного газа, что способствуют более равномерному смешению анодного газа с подаваемым с торцов горелки воздухом, более длительному пребыванию газа в камере горения и более эффективному (более полному) использованию объема камеры сгорания, что позволяет повысить степень дожигания горючих составляющих анодных газов.

Покрытие горелки изнутри огнеупорным теплоизоляционным материалом, во-первых, обеспечивает защиту стенок горелки от воздействия высоких температур, тем самым повышая срок службы устройства для сжигания газов, и, во-вторых, способствует поддержанию высокой температуры в камере горения, что повышает степень дожигания горючих составляющих анодных газов.

Выполнение закрывающих торцы трубы крышек в виде дроссель-клапанов обеспечивает возможность индивидуального регулирования всасывания воздуха, тем самым обеспечивая подачу определенного количества кислорода, необходимого для дожигания горючих составляющих, в зависимости от изменяющихся параметров анодных газов, находящихся в зависимости от ряда факторов процесса электролиза.

Выполнение горелки разъемной упрощает ее монтаж и демонтаж, а также проведение ремонтных работ.

На фиг. 1 изображено устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, вид с торца электролизера; на фиг. 2 то же, вид сбоку.

Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера включает горелку, выполненную в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы 1, торцы которой закрыты крышками 2, с выполненными в них отверстиями 3 для подачи воздуха, и соединенную патрубками 4 с газосборником 5 электролизера и с газоотводящей трубой 6 системы газоходов. Горелка закреплена на анодном кожухе 7 электролизера при помощи кронштейнов 8. Крышки 2 выполнены съемными и/или откидными. Газоотводящая труба 6 снабжена средством 9 регулирования отсоса газа, выполненным, например в виде шибера. Соединение патрубков 4 с горелкой выполнено тангенциально. Горелка изнутри покрыта огнеупорным теплоизоляционным материалом 10. В качестве такого материала может быть использован, например асбоцемент. Горелка выполнена разъемной, состоящей из трех частей: центральной части, соединенной с газоотводящей трубой 6, и двух боковых, соединенных патрубками 4 с газосборником 5 электролизера. При этом части горелки соединены накладками 11.

Закрывающие торцы трубы крышки могут быть выполнены в виде регулирующих подачу воздуха дроссель-клапанов, при этом конструктивное их выполнение может быть различным, например в виде шиберов.

Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера работает следующим образом.

Газы, выделяющиеся в процессе электролиза, собираются в газосборнике 5 электролизера, а затем по патрубкам 4 поступают в горелку, где они смешиваются с воздухом, входящим через отверстия 3 под действием разрежения, которое поддерживается в системе газоходов. Выполненные в крышках 2 отверстия 3 обеспечивают подачу в камеру горения определенного для каждого электролизера количества кислорода, необходимого для дожигания горючих составляющих газов, обеспечивая оптимальные условия работы устройства. Поскольку газы, входящие в полость горелки, имеют высокую температуру, подача воздуха через отверстия 3 способствует самовозгоранию этих газов, что обеспечивает стабильную работу устройства и высокую температуру в зоне горения. Высокая температура в камере горения и стабильный режим горения обеспечивается удвоенным количеством горючих составляющих анодных газов, поступающих в камеру горения по двум патрубкам 4, соединенным с газосборником 5 электролизера. При этом тангенциальное соединение патрубков 4 с горизонтально расположенной горелкой обеспечивает более равномерное смешение анодного газа с воздухом за счет закручивания входящего анодного газа, более длительное пребывание газа в камере горения и более эффективное (более полное) использование объема камеры сгорания. Из горелки газы поступают в газоотводящую трубу 6, снабженную средством 9 регулирования отсоса газа. Это обеспечивает возможность индивидуального регулирования отсасывания газа и позволяет регулировать время пребывания газов в камере горения, тем самым способствуя более полному их сгоранию.

Результаты проведенных испытаний предлагаемого устройства для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера с определением содержания смолистых веществ и бенз(а)пирена до и после устройства приведены в таблице.

Из таблицы видно, что дожигание смолистых веществ и бенз(а)пирена идет практически полностью.

Таким образом, предлагаемое устройство для сжигания анодным газом алюминиевого электролизера обеспечивает высокую эффективности дожигания горючих составляющих анодных газов алюминиевого электролизера и высокую степень обезвреживания анодных газов.

Повышение эффективности дожигания горючих составляющих анодных газов алюминиевого электролизера и обеспечение высокой степени обезвреживания анодных газов достигается тем, что в устройстве для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем горелку с отверстиями для подачи воздуха, соединенную с газосборником электролизера, и систему газоходов с газоотводящей трубой, горелка выполнена в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы, торцы которой закреплены съемными и/или откидными крышками, и соединена с газосборником двумя патрубками, при этом отверстия для подачи воздуха выполнены в закрывающих торцы трубы крышках, а газоотводящая труба снабжена средством регулирования отсоса газа. 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с отверстиями для подачи воздуха, соединенную с газосборником электролизера, и систему газоходов с газоотводящей трубой, отличающееся тем, что горелка выполнена в виде горизонтально расположенной вдоль торцевой стороны электролизера трубы, торцы которой закрыты съемными и/или откидными крышками, и соединена с газосборником двумя патрубками, при этом отверстия для подачи воздуха выполнены в закрывающих торцы трубы крышках, а газоотводящая труба снабжена средством регулирования отсоса газа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение патрубков с горелкой выполнено тангенциально. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что горелка изнутри покрыта огнеупорным теплоизоляционным материалом. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что закрывающие торцы трубы крышки выполнены в виде дроссель-клапанов. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что горелка выполнена разъемной.