УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 1998 года по МПК C25C3/22 

Описание патента на изобретение RU2103416C1

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и служит для улавливания и сжигания газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами.

Известно устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку со щелями, расположенными в два ряда по высоте, установленную на приливе газосборного колокола и систему газоходов (авт. св. СССР N 855081, кл. C 25 C 3/10, Б.И. N 30, 1981).

Вход воздуха и анодного газа в горелку обусловлен разрежением, создаваемым дымососом. Вследствие низких скоростей движения газа и воздуха (1 - 2 м/с) перемешивание газовоздушного потока недостаточно эффективное. Рассредоточение отверстий входа воздуха по высоте горелки приводит к уменьшению массового количества воздуха, вводимого в горелку в конкретном сечении по горизонтали. Вследствие этого поток воздуха прижимается к стенкам горелки потоком газа, что ухудшает качество перемешивания и выгорания смолистых веществ и окиси углерода.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является устройство, включающее горелку со щелями, расположенными в один ряд по высоте, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов (авт. св. СССР N 378526, кл. C 22 D 3/02, 3/12, Б.И. N 19, 1973).

Массовые объемы воздуха, приходящиеся на единицу высоты щелей, достаточно высоки. Струи воздуха "пробивают" поток газа, смешивание газовоздушного потока более активное, следовательно, улучшается выгорание смолистых веществ и вредных горючих компонентов. Однако центральные слои газа на оси горелки с воздухом не перемешиваются, что не обеспечивает полноты выгорания CO и смолистых веществ. Кроме того известные устройства не обеспечивают стабильность горения. После технологической обработки электролизной ванны, ликвидации анодных эффектов в аналоговых устройствах возможно прекращение горения в связи с чем необходим повторный розжиг горелки.

Основная задача изобретения заключается в создании устройства, позволяющего повысить эффективность выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе, и стабильность горения.

Для достижения поставленной задачи в заявляемом устройстве для сжигания газов алюминиевого электролиза, включающем горелку со щелями, установленную на приливе газосборного колокола и систему газоходов внутри корпуса горелки, выполненного с приливами в зоне щелевых отверстий, установлен стабилизатор-смеситель в виде конуса, направленный вершиной к основанию горелки.

Повышение эффективности выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе, обусловлено разрушением центральной части газового потока острием и поверхностью конуса, интенсивным его перемешиванием с воздухом, поступившим в горелку, благодаря тубулизации потока за конусной поверхностью. Наличие массивного теплоаккумулирующего тела в ядре потока обеспечивает стабильность процесса горения и возможность непрерывного самовозгорания анодного газа в смеси с воздухом.

На фиг. 1 представлено в разрезе устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера; на фиг. 2 - эпюры скоростей и характер движения потоков в щелевой горелке со стабилизатором-смесителем (а) и в щелевой горелке-прототипе (б).

Горелка 1 со щелями 2 основанием установлена на приливе газосборного колокола 3 (фиг. 1). Верхняя часть горелки соединена с системой газоходов 4. На приливах 5 корпуса горелки установлен стабилизатор-смеситель 6 в виде конуса. Диаметр конуса рассчитывается, исходя из скорости движения газовоздушной смеси при температуре воспламенения. Угол раскрытия образующей конуса принимается наименьшим около 30o), исходя из минимальных гидравлических потерь. Диаметр конуса рассчитывается по формуле

где Dг - внутренний диаметр горелки, м;
Vс - расход газовоздушной смеси, м/ч;
W - скорость газовоздушной смеси при температуре воспламенения, м/с;
π - число Пи, равное 3,14.

При количестве анодного газа, входящего в горелку 30 нм3/ч и температуре воспламенения газа 640oC расчетный диаметр конуса равен

Для возможности опускания конуса внутрь горелки сверху через ее выходное отверстие размеры конуса конструктивно принимаются близким к расчетным: диаметр конуса dк = 125 мм, высота конуса hк = 170 мм, угол при вершине конуса β = 40o.

Конус выполняется с периферийным кольцевым углублением, предназначенным для посадки на три опорно-центровочных прилива 5, которые предусматриваются при отливке корпуса горелки. Для полноты смешения потоков воздуха и газа основание конуса расположено выше верхней кромки щелевых отверстий.

Устройство работает следующим образом.

При наличии в системе газоходов разрежения, создаваемого дымососом, воздух и анодный газ поступают в горелку. Газ обтекает конус 6 и под острым углом встречается с потоком воздуха, перемешиваясь с ним. Перемешиванию способствует также турбулизация газовоздушного потока за донной частью конуса. Нагреваясь, конус вследствие своей массивности стабилизирует процесс горения при любых колебаниях состава анодного газа и разрежения в системе газоходов.

Стабилизаторы-смесители в виде конуса испытывают в производственных условиях. Аэродинамика, температурное поле и выгорание вредных компонентов смоделировано также на ЭВМ. Результаты расчетов и испытаний приведены в таблице и на фиг. 2.

Из данных таблицы следует, что при одинаковой температуре в зоне горения, содержание экологически опасных компонентов в продуктах дожигания анодного газа и в расчетном, и в натурном эксперименте значительно ниже после горелки со стабилизатором-смесителем.

Более качественное смешение потоков анодного газа и воздуха в горелке со стабилизатором-смесителем подтверждается результатами аэродинамического моделирования, представленными на фиг. 2.

Возле конусного стабилизатора-смесителя (фиг. 2 а) в зоне щелевых отверстий наблюдается активное перемешивание газа 1 и воздуха 2. Как результат более качественного смешения - эпюры скоростей продуктов горения 3 одинаковые в любом горизонтальном сечении.

В щелевой горелке-прототипе (фиг. 2 б) эпюры скоростей по оси горелки имеют максимальное значение, что свидетельствует о неравномерности смешения потоков газа и воздуха, неравномерности температуры по горизонтальному сечению горелки и неравномерности, а следовательно, и неполноте выгорания горючих компонентов. Расчетное сопротивление стабилизатора-смесителя незначительное - в пределах 0,3 - 0,5 мм вод.ст.

Похожие патенты RU2103416C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1999
  • Безбородов Л.С.
  • Сторожев Ю.И.
  • Заболоцкий В.К.
  • Макашев Г.Н.
  • Козьмин Г.Д.
  • Печерская Т.Д.
  • Афанасьев Е.А.
RU2164558C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА С ДВОЙНЫМ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ 2001
  • Сторожев Ю.И.
  • Поляков П.В.
  • Вербицкий А.В.
  • Баранцев А.Г.
  • Савинов В.И.
RU2203985C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ НИЗКОКАЛОРИЙНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1998
  • Сторожев Ю.И.
  • Богданова Э.В.
  • Безбородов Л.С.
  • Печерская Т.Д.
RU2157863C2
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1996
  • Сторожев Ю.И.
  • Богданова Э.В.
  • Безбородов Л.С.
  • Козьмин Г.Д.
RU2104337C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2007
  • Сторожев Юрий Иванович
  • Поляков Петр Васильевич
  • Кирко Владимир Игоревич
  • Горюнов Михаил Владимирович
RU2345178C2
ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО С ДЕФОРМИРУЕМЫМИ СТЕНКАМИ ДЛЯ ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2009
  • Сторожев Юрий Иванович
  • Поляков Петр Васильевич
  • Дектерев Александр Анатольевич
  • Необъявляюший Павел Анатольевич
  • Черкасов Евгений Иванович
  • Петрова Яна Игоревна
RU2393273C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ДОЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2005
  • Куликов Борис Петрович
  • Сторожев Юрий Иванович
  • Железняк Виктор Евгеньевич
RU2294406C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2004
  • Куликов Борис Петрович
  • Поляков Петр Васильевич
  • Сторожев Юрий Иванович
RU2269610C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1999
  • Баранцев А.Г.
  • Тихомиров В.Н.
  • Цымбалов С.Д.
  • Матвиенко В.А.
  • Безбородов Л.С.
  • Цыбульский О.П.
RU2149224C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АНОДНЫХ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2006
  • Сторожев Юрий Иванович
  • Поляков Петр Васильевич
  • Исаева Яна Игоревна
RU2338012C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 103 416 C1

Реферат патента 1998 года УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и может быть использовано для улавливания и сжигания газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами. Устройство содержит стабилизатор-смеситель в виде конуса, установленный на приливах корпуса горелки. Горелка выполнена со щелями и установлена на приливе газообразного колокола. Верхняя часть горелки соединена с системой газоходов. Устройство позволяет повысить эффективность выгорания окиси углерода и смолистых веществ. 2 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 103 416 C1

Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с щелями, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов, отличающееся тем, что внутри корпуса горелки, выполненного с приливами в зоне щелевых отверстий, установлен стабилизатор-смеситель в виде конуса, направленного вершиной к основанию горелки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1998 года RU2103416C1

УСТРОЙСТВО для СЖИГАНИЯ ГАЗОВ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 0
  • Витель И. Н. Попченков, В. Н. Зайцев, В. С. Хом Ков, Е. Г. Штейнберг, А. Е. Новиков А. Г. Честкенков
SU378526A1
Видоизменение пишущей машины для тюркско-арабского шрифта 1923
  • Мадьяров А.
  • Туганов Т.
SU25A1

RU 2 103 416 C1

Авторы

Огорожев Ю.И.

Журавлев Ю.А.

Безбородов Л.С.

Козьмин Г.Д.

Даты

1998-01-27Публикация

1996-02-26Подача