Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Заявляемое устройство относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия, и предназначено для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом.

Известно устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее патрубок, вертикально установленный внутри трубы большого диаметра и пропущенный через отверстия шайб, первая из которых свободно лежит на торце трубы, а вторая шайба лежит на первой с возможностью вращения вокруг патрубка. С целью регулирования объема воздуха, подаваемого в зону горения, шайбы выполнены с отверстиями [а.с. на изобретение SU №783368, опубл. 30.11.1980 г.].

Недостатком известного устройства является расположение отверстий подсоса воздуха - в верхней части топочного пространства устройства для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера и связанный с этим риск выбивания пламени и вредных продуктов горения в рабочую зону корпуса электролиза.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, в нижней части оборудованное теплообменником, обеспечивающим предварительный нагрев воздуха, поступающего в зону горения за счет тепла, излучаемого поверхностями горелки [патент РФ на изобретение №2104337, опубл. 10.02.1998 г.].

Недостатком известного устройства является малая площадь теплоотдающих поверхностей устройства в районе установки теплообменника вследствие наличия здесь воздухозаборных щелей, недостаточная для прогрева, поступающего в зону горения воздуха до температур, необходимых для существенного увеличения эффективности дожигания анодных газов.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение эффективности дожига горючих компонентов анодного газа в щелевом горелочном устройстве алюминиевого электролизера.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем горелку со щелями 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 нижняя торцевая часть теплообменника снабжена отверстиями для подачи воздуха в теплообменник, а верхняя торцевая часть - отверстием для подачи воздуха к воздухозаборным щелям горелки.

Целесообразность расположения теплообменника на вертикальном участке газохода, соединяющем горелку с продольным подкорпусным газоходом, обосновывается тем, что этот участок расположен в непосредственной близости от горелки и здесь наблюдаются максимальные температуры поверхности газохода, 400°С и выше, достаточные для нагрева в теплообменнике воздуха до 200-300°С.

Величина зазора между цилиндрическим теплообменником и газоходом обосновывается следующими соображениями. Зазор между теплообменником и газоходом менее 30 мм снизит объем воздуха, нагреваемого теплообменником, и его количество может оказаться недостаточным для обеспечения устойчивого горения. Зазор более 100 мм не обеспечит достаточного прогрева возросшего объема воздуха, поступающего в теплообменник, что может снизить эффективность дожига горючих компонентов анодного газа.

Ограничение длины h₁ участка, оборудуемого теплообменником, в пределах 0,7÷0,9 h общей длины вертикального участка обосновывается конструктивными особенностями газохода. Превышение h₁>0,9 h создаст неудобства при установке и креплении теплообменника к газоходу вблизи его колен, изменяющих направление газового потока с горизонтального на вертикальное и с вертикального на горизонтальное. Уменьшение h₁<0,7 h снизит эффективность утилизации теплоты с поверхностей вертикального участка газохода, соединяющего горелку с продольным подкорпусным газоходом, и степень нагрева воздуха в теплообменнике.

Размещение отверстий подсоса холодного воздуха на нижней торцевой стенке, а отвода нагретого воздуха на верхней торцевой стенке теплообменника за счет конвекции улучшает условия движения нагретого воздуха в патрубке, обеспечивающем его целенаправленный подвод к воздухозаборным щелям горелки.

Заявляемое устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид заявляемого устройства, на фиг. 2 и 3 - соответственно вид А-А и Б-Б на фиг. 1.

Устройство состоит из горелки 1 с посадочным патрубком 2, оборудованным воздухозаборными щелями 3. Вертикальный участок газохода 4, соединяющий горелочное устройство с подкорпусным газоходом 5, оборудован теплообменником 6, нижняя торцевая часть 7 которого оборудована отверстиями 8 для подачи воздуха в теплообменник, верхняя торцевая часть 9 - отверстием 10 для подачи нагретого воздуха по патрубку 11 к воздухозаборным щелям горелки.

Устройство работает следующим образом. Холодный воздух за счет разрежения в системе газоотсоса через отверстия 8 в нижней торцевой стенке 7 поступает в теплообменник 6, где он по мере движения нагревается до 200÷300°С теплом, излучаемым поверхностью вертикального участка газохода 4, соединяющего горелку 1 с продольным подкорпусным газоходом 5. Нагретый воздух через отверстие 10 в верхней стенке 9 теплообменника по патрубку 11 направляется к воздухозаборным щелям 3, размещенным на посадочном патрубке 2. Подача подогретого воздуха увеличивает температуру в зоне горения в среднем на 5-7°С при повышении температуры воздуха на каждые 10°С, а также повышает эффективность дожигания горючих компонентов анодного газа.

Преимущества заявляемого изобретения заключаются в увеличении эффективности работы щелевого горелочного устройства электролизера.