Устройство для сжигания низкокалорийных газов алюминиевого электролизера

 

Устройство содержит горелку с щелями, цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки, и систему газоходов в виде вертикальных стояков для подвода и отвода дымовых газов. Теплообменник состоит из двух цилиндров - внутреннего и наружного. Наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, образующее зазор между горелкой и теплообменником. В наружном цилиндре выполнены противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками. Такая конструкция позволяет повысить температуру горения анодных газов, эффективность выгорания CO и смолистых веществ и стабильность работы горелки. 1 табл., 1 ил.

Настоящее изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для сжигания анодных газов электролизного производства алюминия.

Известно устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с противоточным и прямоточным подводом воздуха в кольцевой зазор между корпусом горелки и расположенной по оси горелки трубой для отвода продуктов горения, позволяющее осуществлять подогрев воздуха внутри горелки и тем самым повышать температуру горения и полноту выгорания оксида углерода и смолистых веществ [А.с. 901367 МПК C 25 C 3/22, БИ N 4, 1982].

Однако это устройство не обеспечивает качественного смешения анодного газа и воздуха, вследствие чего горение газовоздушной смеси может продолжаться в газоходной системе. При этом сокращается срок службы газоотвода, возможно оплавление алюминиевых прокладок электроизоляционных разрывов, зарастание газоходов смолистыми отложениями. Кроме того, при противоточном подводе воздуха увеличивается гидравлическое сопротивление горелочного устройства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку со щелями, цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки, и систему газоходов [Патент РФ 2104337, МПК C 25 C 3/22, 10.02.1998].

Однако данное устройство не обеспечивает достаточную эффективность подогрева воздуха при сжигании малокалорийных газов, образующихся, например, при использовании анодов, изготовленных из "сухой" анодной массы.

Недостатком указанного устройства является также противоточный движению анодных газов подвод воздуха через кольцевой зазор между корпусом горелки и теплообменником в верхней его части. Воздух, нагреваясь, преодолевает геометрический напор, увеличивая сопротивление горелки.

Задача изобретения заключается в повышении температуры горения анодных газов, эффективности выгорания CO и смолистых веществ, загрязняющих воздух рабочей зоны и окружающей среды, а также в повышении стабильности работы горелочного устройства.

Для решения поставленной задачи заявляемое устройство для сжигания низкокалорийных газов алюминиевого электролизера состоит из горелки со щелями, цилиндрического теплообменника, коаксиально установленного на нижнем фланце горелки, и системы газоходов, причем теплообменник выполнен из двух цилиндров, заглушенных с торцов. Наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, образующее зазор между горелкой и теплообменником. Наружный цилиндр имеет противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками, служащими для подвода уходящих из горелки дымовых газов и отвода их в систему газоходов.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: теплообменник выполнен из двух цилиндров, заглушенных с торцов, наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, наружный цилиндр имеет противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками.

Повышение температуры горения анодных газов и, как следствие, эффективности выгорания CO и смолистых веществ обусловлено повышением температуры предварительно нагреваемого воздуха, поступающего в щелевые отверстия горелки. Повышение температуры подогрева воздуха обеспечивается развитой оребренной поверхностью теплообменника на воздушной стороне и использованием в качестве теплоносителя не только анодных газов, но и продуктов их горения, имеющих более высокую температуру. Кроме того, наличие двух стенок цилиндрического теплообменника, являющихся экранами для горелки, в отличие от прототипа с одной стенкой теплообменника, позволяет, согласно теории лучистого теплообмена, уменьшить в 1,5 раза тепловые потери излучением с поверхности горелки, закрытой теплообменником. Повышение температуры подогрева воздуха и, как следствие, температуры горения обеспечивает стабильность работы горелочного устройства при сжигании малокалорийных анодных газов.

На чертеже представлено заявляемое устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера. Устройство состоит из горелки 1 с щелями 2, цилиндрического теплообменника 3, состоящего из двух цилиндров; на наружной поверхности внутреннего цилиндра выполнено оребрение 4, а на наружном цилиндре противоположно расположены отверстия для подвода 5 и отвода 6 дымовых газов в вертикальные стояки соответственно 7 и 8.

Устройство работает следующим образом. Под воздействием разрежения в системе газоходов анодные газы поступают снизу в горелку 1. Необходимый для горения воздух поступает снизу в зазоры между поверхностями оребрения 4, горелки 1 и теплообменника 3. Нагреваясь в этих зазорах, воздух поступает через щели 2 в горелку 1, интенсифицируя вследствие нагретости процесс дожигания анодных газов.

Продукты горения анодного газа через подводящий вертикальный стояк 7 поступают через отверстие 5 в цилиндрический теплообменник 3. Отдав теплоту нагреваемому воздуху через разделительную стенку теплообменника, дымовые газы через вертикальный отводящий дымовые газы стояк 8 удаляются в систему газоходов.

Ниже приведены расчетные тепло-технологические параметры заявляемого горелочного устройства и прототипа при одинаковой высоте теплообменника.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает за счет повышения температуры подогрева воздуха и горения газа снижение содержания смолистых веществ в отходящих из горелочного устройства дымовых газах в 2 раза и более, а содержание оксида углерода - более чем в 1,4 раза в зависимости от избытка воздуха, поступающего на горение, что позволяет уменьшить загрязнение рабочей зоны и окружающей среды, а также стабилизировать работу горелочного устройстваа

Формула изобретения

Устройство для сжигания низкокалорийных газов алюминиевого электролизера, содержащее горелку с щелями, цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки, и систему газоходов, отличающееся тем, что система газоходов выполнена в виде вертикальных стояков для подвода и отвода дымовых газов, теплообменник состоит из двух цилиндров, внутреннего и наружного, заглушенных с торцов, причем наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, образующее зазор между горелкой и теплообменником, а в наружном цилиндре выполнены противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2