Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

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

Известно горелочное устройство алюминиевого электролизера, в котором интенсивное смешивание сжигаемых анодных газов с воздухом обеспечивается завихрителем, расположенным в камере сгорания горелочного устройства [патент РФ на изобретение №2456380, опубл. 20.07.2012 г.].

Недостатком известного устройства является малый диаметр завихрителя, не обеспечивающий полный контакт завихряющих элементов с газовым потоком, а также риск засорения завихряющих элементов пылью, содержащейся в сжигаемых анодных газах.

Известно устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащее горелку с щелями для подсоса воздуха и стабилизатором-смесителем, выполненным в виде огнеупорных цилиндрических блоков с выступами на внутренней поверхности, установленных внутри горелки, щели для подсоса воздуха выполнены прямоугольной формы с утолщенными стенками и направлены внутрь горелки под острым углом к касательной к ее внешней поверхности, а снаружи горелки установлено поворотное кольцо с отверстиями трапецеидальной формы для регулирования расхода воздуха [патент РФ на изобретение №2345178, опубл. 27.01.2009 г.]. Данное устройство взято за прототип.

Недостатком известного устройства является малая длина воздухозаборной щели по отношению к ее гидравлическому диаметру, недостаточная для формирования устойчивого потока воздуха перед его входом в горелку.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение эффективности смешивания сжигаемых анодных газов с воздухом, подсасываемым в зону горения и дожига горючих компонентов.

Поставленный технический результат достигается тем, что каждая воздухозаборная щель горелки оборудована патрубком площадью поперечного сечения, равной площади воздухозаборной щели, и длиной l=3÷5 D_г гидравлического диаметра щели, при этом патрубки подвода воздуха к воздухозаборным щелям расположены по отношению к вертикальной оси горелки под углом α=45÷60° и направлены внутрь горелки под острым углом к касательной ееё внешней поверхности.

Наличие патрубка длиной l, равной 3÷5 гидравлического диаметра D_г воздухозаборной щели, обеспечивает стабилизацию параметров воздушного потока - скорости и равномерности его распределения по сечению воздухозаборной щели, что улучшает условия смешивания сжигаемых анодных газов с подсасываемым в горелку воздухом.

Длина патрубка l<3 не обеспечит стабилизации потока на таком участке вследствие того, что на входе в него возможен отрыв потока от стенок и уменьшение поперечного сечения (сжатие) струи.

Длина патрубка l>5 может создать помехи при выполнении технологических операций на электролизере - удалении пены, обрубке корки, подтягивании осадка, пр.

Равенство площадей воздухозаборной щели и патрубка подвода к ней воздуха обосновывается целесообразностью исключения резких расширений или сужений потока - участков, характеризующихся значительными сопротивлениями.

Наклон патрубка на угол α=45÷60° по отношению к вертикальной оси позволяет снизить сопротивление горелки вследствие возникновения дополнительной подъемной силы, создаваемой закрученным потоком. Наклон патрубка на угол α>60° способен вызвать обратные течения, увеличивающие сопротивление горелочного устройства. Аналогичная картина может наблюдаться и при наклоне патрубка на угол α<45° вследствие возникновения в горелочном устройстве закрученных потоков в плоскости, близкой к горизонтальной.

Заявляемое устройство поясняется графически. На фиг. 1 представлен общий вид горелочного устройства с воздухозаборными щелями, оборудованными прямоугольными наклонными патрубками, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Горелочное устройство 1 в нижней части оборудовано воздухозаборными щелями 2, воздух к каждой из них подводится через патрубки 3, расположенные по отношению к вертикальной оси горелки под углом α=45÷60°.

Заявляемое горелочное устройство работает следующим образом. Воздух через патрубки 3 и воздухозаборные щели 2 поступает в горелочное устройство 1. Анодные газы, поступающие в горелочное устройство из-под газосборного колокола электролизера, при смешивании с воздухом, подсасываемым через воздухозаборные щели, воспламеняются. Далее воспламенившаяся газовоздушная смесь движется по спиралевидной закрученной траектории, характеризующейся увеличенной площадью контакта сжигаемых анодных газов с воздухом.

Преимуществами заявляемого изобретения являются повышение площади контакта сжигаемых анодных газов с воздухом и увеличение эффективности дожига горючих компонентов анодного газа.