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 устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, в котором воздухозаборные щели оборудованы патрубками подвода воздуха, расположенными по отношению к вертикальной оси горелки под углом 45…60° и обеспечивающими спиралевидную закрученную траекторию движения воспламенившейся газовоздушной смеси в зоне горения, характеризующуюся увеличенной площадью контакта сжигаемых анодных газов с воздухом [патент РФ №2664584, опубл. 21.08.2018, бюл. №24].

Недостатком известного устройства является необходимость оборудования каждой воздухозаборной щели патрубком подвода воздуха, что увеличивает его материалоемкость.

Известно устройство для сжигания анодных газов, включающее коллектор с патрубками, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые секции газосборного колокола смежных электролизеров [авт. св-во СССР №466296, опубл. 05.04.1975, бюл. №13]. Эффективность дожигания анодных газов и содержащихся в них смолистых веществ увеличивается за счет предварительного подогрева воздуха в кольцевом зазоре между коллектором и камерой сгорания, снижения теплоотдачи через стенки камеры сгорания и интенсивного перемешивания путем тангенциального ввода анодного газа в коллектор.

Недостатком известного устройства, взятого за прототип, является риск охлаждения анодных газов по мере их движения по патрубкам до температуры, ниже температуры их самовоспламенения при смешивании с воздухом.

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности дожигания анодных газов, образующихся в процессе работы алюминиевого электролизера.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальные участки труб оборудованы воздухозаборными щелями, общая площадь f_общ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки труб телескопически входят в камеру сгорания.

Наличие воздухозаборных щелей на трубе обеспечивает воспламенение в нем анодных газов, что увеличивает время нахождения сжигаемых анодных газов в зоне горения.

Отношение общей площади f_общ воздухозаборных щелей к площади F поперечного сечения трубы обосновывается следующими соображениями. Согласно [Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершествование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга: монография. Красноярск: ИПК СФУ, 2010. 146 с.], оптимальное значение коэффициента избытка воздуха α, при котором в горелке наблюдаются максимальные температуры горения анодного газа, составляет α=1,15. Такое значение α обеспечивается при соотношении объема анодного газа V_ан.г. к объему воздуха V_возд., подаваемого в зону горения V_ан.г.:У_возд.=0,15…0,20. Такое соотношение объемов возможно достичь регулированием соотношения площадей воздухозаборных щелей и площади поперечного сечения трубы. Уменьшение общей площади f_общ воздухозаборных щелей < 0,15 F_патр. приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α<1,15 и это резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие недостатка окислителя в зоне горения. Увеличение общей площади f_общ воздухозаборных щелей > 0,20 F_патр. - приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α>1,15, что также резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие охлаждения горелки избыточно подсасываемым воздухом.

Телескопический ввод горизонтальных участков труб исключает их механическое воздействие на горелку вследствие их термического удлинения, а телескопический ввод вертикального участка труб в газосборный колокол и горизонтального в горелку, обеспечивает удобство и быстроту замены патрубка при его прогорании, без демонтажа горелки.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера поясняется графически. На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 2. Устройство состоит из труб 1 с воздухозаборными щелями 2. Трубы телескопически соединены с газосборным колоколом 3 электролизеров 4 и с горелкой 5. Телескопическое соединение труб обеспечивают патрубки 6, размещенные на газосборном колоколе, и патрубки 7, размещенные на горелке. Несанкционированные подсосы воздуха устраняются с помощью огнестойкого уплотнительного материала 8, размещаемого в зазорах между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера работает следующим образом. Анодные газы, образующиеся в электролизере 4, собираются под газосборным колоколом 3, откуда они по трубам 1 направляются в горелку 5. В трубах анодные газы при смешивании с воздухом, подсасываемым через воздухозаборные щели 2, воспламеняются и уже в горящем состоянии поступают в горелку 5. Ввод горящих газов через патрубки 7 обеспечивает их движение в горелке и увеличение площади контакта сжигаемых анодных газов с воздухом. Таким образом, обеспечивается дожигание анодных газов, не сгоревших в трубах 1. Механическое воздействие на горелку труб вследствие их термического удлинения исключается за счет их телескопического ввода в газосборный колокол через патрубки 6 и в горелку через патрубки 7. Несанкционированный подсос воздуха через зазоры между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7 устраняются за счет их герметизации огнестойким уплотнительным материалом 8. Уплотнительный материал необходим для исключение некоторолируемых подсосов воздуха в трубы и в горелку, т.к. это негативно сказывается на работе системы газоотсоса следующим образом:

- повышается нагрузка на насосы за счет увеличения объема газоотсоса;

- снижается эффективность горения газов в трубах 1 и дожигание их в камере сгорания 5 за счет охлаждения последних.

Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении эффективности дожигания анодных газов за счет увеличения времени их нахождения в зоне горения и обеспечения оптимального значения коэффициента избытка воздуха α=1,15, а также в 2-х кратном сокращении количества горелок, эксплуатируемых в корпусах производства алюминия.