Устройство для улавливания газообразных продуктов, выделяющихся из алюминиевого электролизера Советский патент 1993 года по МПК C25C3/22 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для улавливания газов от электролизера с самообжигающимся анодом в период его работы.

Электролитическое получение алюминия связано с выделением значительных объемов вредных газообразных продуктов, источниками которых являются как непосредственно процесс электролиза, так и процесс обжига анода.

Вопросу улавливания газов, выделяющихся из электролизной ванны, уделялось и уделяется большое внимание: предложен целый ряд конструктивных решений бокового укрытия электролизера как у нас в стране, так и за рубежом. Однако эффективность даже самой совершенной системы колокольной газоочистки при принятом режиме обработки электролизера не превышает 86%.

Вопросу создания верхнего укрытия для предотвращения попадания в атмосферу цеха смолистых погонов от испарения пекового связующего с поверхности самообжигающегося анода и вредных газов горения анодной массы при перестановке штырей в нашей стране не уделялось должного внимания и лишь с обострением экологических проблем активизировалась работа по верхнему укрытию, т.к. в отличие от зарубежной практики в нашей стране до настоящего времени производство алюминия, в основном, связано с самоспекающимся анодом на основе угле.родсодержащих масс со значительным избытком пека.

В 50-70 гг.. когда за рубежом применялась аналогичная отечественной технология электролиза, проблему обезвреживания выделяющихся газов решали в основном путем раздельного улавливания газов электролизной ванны и газов с поверхности анода.

Для улавливания электролизных газов предлагались различные конструкции ко: локольного газосборника, а проблему улавливания газов с поверхности анода предлагалось решать различными путями,

Известен способ предотвращения образования испарений каменно-угольного пека у самоспекающегося электрода (заявка Японии № 54-39205 от 22.11.75, МКИ С 25 С 3/12), по которому на поверхность, пасты электрода подают сжатый воздух, вызывающи принудительное охлаждение поверхности пасты, а значит сокращения выбросов смолистых в атмосферу цеха.

Известен способ обезвреживания газов, выделяющихся при извлечении штырей из анода алюминиевого электролизера и устройство для осуществления этого способа, согласно которому во время перестановки штырей газообразные выбросы отсасываются непосредственно от места их выделений и направляются в горелку для сжигания вместе с газами, поступающими из нижнего кольцевого газосборника.

Известен способ отсоса и обезвреживания испарений пека, выделяющихся с поверхности самообжигающегося анода алюминиевого электролизера (Чехословакия, патент № 123080 от 11.10.65 г., кл.40С, 3/12), по которому испарения пека отсасываются вакуумом к горелке через соединительную трубку, подведенную под

открывающуюся крышку, установленную на

кожухе анода и закрывающую анод сверху.

Данные решения по улавливанию газов

с поверхности анода имеют общие недостатки, а именно:

не обеспечивают достаточно надежную защиту атмосферы цеха от вредных выбросов;

сложны в техническом исполнении;

трудоемки и неудобны в обслуживании. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является укрытие алюминияевых электролизеров (А.с. Ns 134429 от 18.04.60 г.,

МКИ С 22Id).;

Укрытие представляет однорядный туннель, размещенный над ваннами, установленными в одну линию, и выполлено в виде перемещаемых на катучих опорах полых камер, телескопически вводимых одна в другую и состоящих из двух половин. Движение камер осуществляется при помощи попарно сблокированных и синхронно работающих моторов и механизмов, На торцовых частях

укрытий имеются уплотнения, а в цилиндрической части сделаны люки с крышками для загрузки ванны глиноземом. Газоотсос осуществляют в местах соединения торцов укрытия через решетки.

Укрытие по прототипу работает следующим образом.

Питание глиноземом осуществляют через соответствующие люки в секциях укрытия при помощи перемещающегося в

вертикальной плоскости желоба;

перестановку штырей и перетяжку анодной рамы осуществляют известными приемами при открытом в требуемом месте

укрытии;

выливка металла также требует частичного открытия туннеля.

Таким образом, при технологическом обслуживании электролизеров часто возникает необходимость разгерметизации стыкующихся секций. Если полное укрытие

электролизеров с одновременным улавливанием электролизных и анодных газов является наиболее рациональным решением, то с конструктивной и эксплуатационной точек зрения данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков:

арочные секции, полностью закрывающие электролизер, очень громоздки, отдельные секции имеют значительный вес (до 2 т);

установка такого укрытия значительно увеличивает трудозатраты и усложняет технологическое обслуживание электролизеров (укрытие неприменимо в корпусах электролиза, оборудованных МНР);

объем отсасываемой газовоздушной смеси в связи с совместной эвакуацией электролизных и анодных газов достигает огромных значений (в среднем от укрытия одного электролизеров необходимо удалять 23000 м3/ч газовоздушной смеси);

при технологическом обслуживании электролизера в связи с необходимостью периодического открывания туннеля часть выделяющихся вредностей попадает в атмосферу цеха;

мощные газовоздушные потоки, удаляемые в нижней части укрытия значительно увеличивают расход глинозема за счет уноса его с газом.

Целью изобретения является улучшение санитарно-гигиенических условий труда в цехах электролиза за счет более эффективного газоулавливания.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для улавливания газообразных продуктов, выделяющихся из алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, включающем укрытие, состоящее из внешних и внутренних арочных секций с уплотнительными элементами, соединенных телескопически с возможностью перемещения относительно друг друга по направляющим, расположенным попарно вдоль электролизера, и газосборный коллектор, внешние и внутренние арочные секции установлены на уровень площадки обслуживания анода, при этом каждая внешняя арочная секция снабжена в верхней части газосборной полостью, которая соединена газоотводящими каналами, огибающими снаружи профиль арки, с газосборным коллектором, верхней стенкой которого является площадка обслуживания анода, снабженная клапаном для соединения с газоотводящими каналами, а в нижней части коллектора выполнены щелевые отверстия, причем газосборная полость, газо- отводящие каналы и газосборный коллектор снабжены теплоизоляцией.

Техническая сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем. Предложенное устройство позволяет - реализовать известный факт, согласно которому конвективный поток, образующийся за счет подтекания холодного воздуха, имеет свойство прилипать к вертикальным поверхностям с более высокой температурой. Следовательно, поток холодных газов, по0 ступающий с открытых торцов укрытия, будет зажимать анодные газы под укрытием, где смолистые погоны от испарения пеково- го связующего с поверхности самообжигающегося анода, а также смолосодержащие

5 газы от перестановки штырей под действием разрежения, создаваемого в газосборных полостях обеих внешних секций укрытия, формируются в два конвективно восходящие, организованно удаляемые че0 рез газоотводящие каналы потока. Для обеспечения данного механизма газоудаления элементы обеих внешних газосборных секций укрытия, участвующие в формирования и удалении газовых потоков (газосбор5 ные полости, газоотводящие каналы), утеплены и являются наиболее теплоемкими участками укрытия, в силу чего восходящие потоки омывают газоотводящие каналы и концентрируются в утелленных газосбор0 ных полостях с последующим удалением газов через газоотводящие каналы.

Для более эффективного газоотсоса торцы газосборных полостей заглушены, что.создает наиболее благоприятные усло5 БИЯ для движения восходящих потоков в зону действия газоотводящих каналов и предупреждает выбивание восходящих потоков из-под укрытия. С этой же целью предусмотрена работа устройства в режиме

0 установившегося технологического процесса и возмущенного, что обеспечивается соответствующими параметрами работы вентиляторов.

В предложенном устройстве удаление

5 газов осуществляется непрерывно за счет наличия в нем клапанас эластичными створками, установленными вдоль площадки обслуживания анода, являющейся верхней стенкой коллектора. Коллектор, служащий

0 газосборником газообразных выделений с поверхности анода, одновременно работает и как газосборник электролизных газов и газов из-под анодного кожуха за счет выполнения в его нижней части щелевых отвер5 стий.

Известно также, что значительные трудности при формировании качественного самообжигающегося анода вызывает низкая температура анодной массы по периферии анода, в результате чего у стенок анодного

кожуха образуется намерзший козырек, препятствующий свободному заполнению пространства между телом анода и кожухом. Наличие в предлагаемом устройстве газосборного коллектора, одной из боковых стенок которого является верхняя часть анодного кожуха, позволяет использовать тепло отходящих газов для увеличения текучести массы по периферии, в результате чего конус спекания выравнивается, улучшается качество анода по периферии, сокращаются протеки массы под кожух, снижается расход анодной массы, а значит и выделение смолистых при электролизе.

Полное укрытие верха анода исключает попадание глинозема на его открытую поверхность, что улучшает условия формирования анода и исключает технологическую операцию по удалению пыли струей сжатого воздуха с поверхности анода перед загрузкой анодной массы.

Наличие в устройстве для улавливания газов секционноподвижного туннельного укрытия, установленного над самообжигающимся анодом на уровне площадки обслуживания анода, внешние секции которого снабжены в верхней их частитеплоизолиро- ванными газосборными полостями, каждая из которых соединена теплоизолированны- ми газоотводящими каналами с газосборным теплойзодированным коллектором, верхней стенкой которого является площадка обслуживания анода, а внутренней боковой - кожух анода, причем в нижней части коллектора выполнены щелевые отверстия для улавливания газов из электролизной ванны, а также наличие в устройстве клапана, обеспечивающего непрерывный газоотсос с возможностью его регулирования, составляют новизну данного технического решения по сравнению с прототипом.

Сравнение заявляемого технического решения, не только с прототипом, но и другими решениями в данной области техники выявило использование сходных признаков:

установку укрытия на анодном кожухе для улавливания газообразных продуктов, выделяющихся с поверхности самообжигающегося анода (Чехословацкий патент № 123080 от 11..10.65 г., кл. 40 С, 3/12);

наличие в верхней части укрытия газосборных полостей (а.с. № 852004 от 24.08.78 г., С 25 С 3/22);

установку на выходе из газосборника клапана автоматического регулирования газоотсоса (а.с. № 251834 от 12.05.68 г., С 22о);.

вторичный коллектор, размещенный

над газосборным колоколом и снабженный

отверстиями для поступления газов.(Амери канский патент № 2943985 от 22.04.57 г.,

. кл. 204-67).

Однако наличие в каждой внешней секции устройства газоотводящйх теплоизоли- рованных .каналов, огибающих снаружи профиль арки, соединенных с верхней газо0 сборной полостью и снабженных клапаном, обеспечивающим в процессе работы электролизера непрерывный газоотсос из-под анодного укрытия, использование в качестве места установки эластичных створок кла5 пана .площадки обслуживания анода, являющийся одновременно верхней стенкой газосборного коллектора, выполняющего также роль утеплителя периферии анода, являются неизвестными до настоящего вре0 мени признаками.

Использование в устройстве для улавливания газов данных неизвестных признаков со всеми другими известными признаками позволяет) значительно улуч5 шить экологическую обстановку не только в цехах электролиза, но и сократить вредные выбросы в атмосферу за счет улавливания как газообразных продуктов обжига анода, так и частично газов электролиза.

0 Предлагаемое устройство позволяет решить целый ряд актуальных проблем, стоящих перед алюминиевым производством, а именно:

1) улавливать выделяющиеся с поверх5 ности анода смоляные погоны, отдельные составляющие которых обладают высокой канцерогенной активностью и которые в настоящее время беспрепятственно в полном объеме поступают в атмосферу цеха и далее

0 в окружающую среду.

Улавливание вредностей непосредственно на месте их выделения (на каждом электролизере) является с экологической точки зрения наиболее рациональным ре5 шением и позволяет:

исключить попадание вредностей в рабочую зону цеха и в окружающую среду;

снизить кратность цехового воздухообмена;

0 2) предлагаемая конструкция коллектора позволяет улавливать газы, выделяющиеся из электролизной ванны при пробивке корки, а также газы, попадание которых в атмосферу цеха обусловлено наличием не5 плотностей в боковом укрытии электролизера. Причем, предусмотрена регулировка газоотсоса через щели коллектора за счет установки на нем подвижной шторы, выполняющей как функцию шторного укрытия в момент пробивки корки электролита, так и

функцию регулирующего газоотсос шибера. Таким образом, предлагаемые конструкции анодного укрытия и газосборного коллектора позволяют уловить весь комплекс вредностей, выделяющихся в цех электролиза;

„3) газосборный коллектор конструктивно прост, так как образуется двумя реально существующими в электролизере поверхностями (площадкой обслуживания анода и анодным кожухом) и двумя дополнительными, причем боковая стенка коллектора, являющаяся кожухом анода, позволяет использовать тепло уловленных коллектором газов для обогрева периферии анода;

.4) благодаря расположению огибающих профиль внешних секций газоотводящих каналов на наружной поверхности этих секций, используется тепло укрытия для предотвращения засмоления каналов;

5) для обеспечения технологичности работы клапана предлагается обтекаемая форма насадки,/например элипсовидная;

6) при выполнении технологических операций по обслуживанию электролизеров требуется временно усиливать газоотсос то с поверхности анода (при перестановке штырей),, то от электролизной ванны (при пробивке корки). Для регулировки газоотсоса в предлагаемой конструкции предусматривается как коллекторный шибер, так и шибер в газоотводящих каналах;

7) позволяет повысить качество ьнода, а соответственно уменьшить расход анодной массьг,- зэ счет предупреждения оседания глинозема на поверхности анода;

8) предложенная конструкция устройства для улавливания газов позволяет обслуживать устройство с пульта управления, то-есть работа анодчика в зоне воздействия вредностей сокращается.

Таким образом, вышесказанное позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию изобретения существенные отличия.

Электролизер с предлагаемым устройством для улавливания газов представлен на фиг. 1 (вид спереди), фиг. 2 (вид сверху), фиг. 3 (поперечный ступенчатый разрез, причем внутренняя секция сдвинута под внешнюю секцию), фиг. 4 (выносной элемент).

Устройство состоит из электролизной ванны 1, по продольным сторонам которой установлены колокольные газосборники 2, закрепленные на анодом кожухе 3, на котором устанавливается предполагаемое газо- улавливающее устройство, включающее туннельное укрытие, состоящее из двух внешних секций 4, установленных на внешних направляющих 5, и внутренних секций 6, установленных на внутренних направляющих 7, причем направляющие расположены на площадке 8 обслуживания анода, снабженной ребрами жесткости9, и включающее газосборный коллектор 10, расположенный под площадкой 8 и установленный на анодной раме 11, причем стенки 8, 12 и 13 коллектора теплоизолированы, в стенке 13 выполнение щелевые отверстия 14, работа которых регулируется подвижной шторой 15,

0 а вдоль площадки 8 выполнен паз 16, на. котором закреплены гибкие створки 17. Глухой торец коллектора снабжен люком 18 для периодической его чистки. Внешние секций А укрытия снабжены газосборной полостью 19,

5 соединенной газоходными каналами 20с коллектором 10, причем полость 19 и каналы 20 теплоизолированы. В каналах 20 установлены насадки 21 обтекаемой фирмы, а в нижней их части предусмотрено уплотнение 22.

0 Устройство для улавливания газа работает следующим образом,

Туннельное укрытие полностью закрывает анод в течение всей работы электролизера.

5 В туннеле укрытия находятся газовыде- ляющая поверхность анода, токоподводя- щие штыри, большая часть анодной рамы с замками и ошиновкой, часть вспомогательных механизмов подъема анода (основной

0 механизм подъема находится вне укрытия). При нормальном положении укрытия вытяжные вентиляторы работают в щадящем режиме, обеспечивая организованную эвакуацию смолистых погонов - . ,„.

5 При перестановке штырей положение арок 4 и 6 меняют, так как возникает необходимость обеспечить доступ штанги к шты- рям. Это осуществляют следующим образом. С пульта управления в сторону

0 сдвигают Секцию 4 или 6, закрывающую до- ступ к намеченному к извлечению штырю. В образовавшемся проеме проводят необходимые работы по подготовке штыря к извлечению, затем подают команду на захват

5 штыря краном. По требованиям безопасности анодчик на момент извлечения штыря и в течение 2-3 минут после извлечения не должен находиться на аноде. Поэтому после окончания подготовки штыря к Извлечению

0 анодчик дальнейшее обслуживание укрытия осуществляет с пульта управления, сдвигая разомкнутые секции 4, 6 сразу после извлечения штыря таким образом, чтобы газо- сборная полость 19 внешней секции 4

5 находилась над подштыревым отверстием. В этот момент вентиляторы работают в усиленном режиме. В таком положении секции работают до полного удаления выбросов из подштыревого отверстия. После этого работу вентиляторос переводят в нормальный

режим, секции размыкают, анодчик устанавливает новый штырь в обычном порядке и секции устанавливают в исходное положение. По мере надобности цикл указанных работ по замене очередного штыря повторяют.

Формул а изобретени я

1. Устройство для улавливания газообразных продуктов, выделяющихся из алюминиевого электролизера преимущественно с самосжигающимся анодом, содержащее укрытие из внешних и внутренних арочных секций с уплотнительными элементами, соединенных телескопич ески, и газосборный коллектор с устройствами для эвакуации газов, отличающееся тем, что, с целью улучшения санитарно-гигиени- ческих условий труда в цехах электролизера за счет более эффективного газоулавливания, оно снабжено газосборными коробами, размещенными в верхней части каждой

внешней арочной секции, соединенными с газосборным коллектором газоотводящими каналами, огибающими снаружи арки и клапаном, размещенным в газосборном кол5 лекторе для соединения с газоотводящими каналами, при этом внешние и внутренние арочные секции установлены на уровне площадки обслуживания анода.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е0 е с я тем, что клапан выполнен в виде насадки, прикрепленной к нижней части газоходного канала, и двух эластичных створок, установленных в продольном пазу, выполненном в верхней стенке коллектора.

5 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю ще е- с я тем, что верхней стенкой коллектора является площадка обслуживания анода, а в его нижней части выполнены щелевые отверстия.

0 4. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что газосборный короб с газоотводящими каналами и газосборный коллектор теплоизолированы.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для улавливания газов от электролизера с самообжигающимся анодом ё период его работы. Гэзоулавливающее устройство включает туннельное арочное укрытие, состоящее из двух внешних секций 4, снабженных в верхней их части газрсборными полостями 19, каждая из которых соединена двумя газоот- водящими каналами с газосборным коллектором 10, расположенным под площадкой обслуживания анода, и внутренних секций 6, установленных соответственно на внешних и внутренних направляющих, которые расположены на площадке. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.