Способ и устройство для функционирования электролизера
Изобретение относится к усовершенствованному контролю за технологическими газами и ограничению их выбросов в атмосферу рабочего помещения во время обслуживания электролизеров типа Холла-Эру. Электролизер содержит анодный кожух с крышками, выполненными с возможностью открывания для, кроме прочего, доступа к анодам электролизера, и систему отвода, предназначенную для удаления технологических газов и имеющую по меньшей мере одно выпускное отверстие, размещенное в верхней части анодного кожуха и соединенное с коллекторным каналом. Системой отвода управляют для удаления стандартизированного количества технологических газов во время нормальной работы электролизера и дополнительно для удаления увеличенного количества технологических газов при открывании одной или более крышек анодного кожуха. Увеличенное количество технологических газов удаляют путем включения дополнительного вытяжного вентилятора, соединенного своей стороной всасывания с помощью канала с упомянутым по меньшей мере одним выпускным отверстием, а своей стороной нагнетания - с упомянутым коллекторным каналом. Изобретение позволит обеспечить улучшенный сбор газов без излишнего увеличения отводимого количества газов во время работы. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к функционированию электролизеров типа Холла-Эру. Если говорить более точно, настоящее изобретение относится к усовершенствованному контролю за технологическими газами и ограничению выбросов технологических газов в атмосферу рабочего помещения во время обслуживания упомянутых электролизеров.
Верхняя часть электролизера Холла-Эру обычно содержит анодный кожух с крышками (или оболочку), включающий(ую) в себя систему отвода газов. Кроме того, внутри упомянутого кожуха может устанавливаться некоторое дополнительное оборудование, такое как анодная рама с подъемными устройствами, устройства разрушения корки и система дозирования исходных материалов. Чтобы сделать анодный кожух как можно более газонепроницаемым, предусмотрены крышки, которые сконструированы таким образом, чтобы исключать попадание технологических газов в атмосферу рабочего помещения. Назначением крышек является сохранение/увеличение разрежения внутри анодного кожуха при заданном уровне отвода газов. Это приведет к тому, что технологические газы будут перемещаться в анодный кожух и выходить наружу в коллекторные каналы в большей или меньшей степени в зависимости от конструкции системы отвода газов. При отводе постоянного количества газов размеры упомянутой системы должны быть подобраны таким образом, чтобы открывание крышек приводило к ограниченному выбросу технологических газов в атмосферу рабочего помещения с тем, чтобы воздух рабочей среды не приобрел слишком плохого качества.
В документе GB 2158226 описан отвод газов из электролизера, в котором анодный кожух снабжен множеством средств откачки. Упомянутые средства размещены друг за другом в продольном направлении упомянутого анодного кожуха, и каждое из них имеет приспособления для управления потоком отходящего газа и регистрации его температуры. Открывание крышки электролизера приводит к переходу действующих средств откачки в режим отвода с более интенсивной откачкой в ответ на снижение температуры проходящего через них отходящего газа. Следовательно, это техническое решение при увеличении количества отходящих из электролизера газов зависит от появления и регистрации холодного газа в канале по меньшей мере одного из упомянутых средств откачки. Одной из проблем, связанных с таким техническим решением, является то, что холодный газ, поступающий в электролизер через открытую крышку, будет стремиться опуститься вниз по направлению к корке в электролизере и будет нагреваться при перемещении в направлении средств откачки. Вследствие этого может возникнуть серьезная задержка во включении режима более интенсивной откачки, зависящая от внутренних схем газовых потоков (схем течения газа) в анодном кожухе электролизера. Поэтому будет существовать риск выпуска технологических газов из электролизера в окружающее его пространство. Кроме того, так как этот принцип отвода основан на включении/отключении режима более интенсивной откачки в соответствии с изменением температуры в нескольких точках в пределах анодного кожуха, то отвод может быть включен в неоптимальных зонах, порождая турбулентные режимы течения, делающие возможным выход технологических газов из не закрытого крышкой отверстия.
В документе WO 95/22640 описано устройство для закрывания и охлаждения верхней части анодной оболочки для анода Содерберга. Верхняя часть анодной оболочки снабжена по меньшей мере одной крышкой, имеющей отверстия для контактных штырей и по меньшей мере одно отверстие для отходящего газа. Количеством газа, удаляемого из верхней части анодной оболочки через отверстие для отходящего газа, управляют таким образом, чтобы в верхней части анодной оболочки имелось пониженное давление, достаточное для поступления воздуха из окружающего пространства через воздушные зазоры, имеющиеся между крышкой и каждым из контактных штырей. Этот поток будет такой интенсивности, что газ из верхней части анодной оболочки не будет выходить через воздушные зазоры, и температура в верхней части анодной оболочки будет поддерживаться ниже предварительно установленного значения. Кроме того, в упомянутом документе описано, что верхняя часть анодной оболочки может включать в себя множество боковых крышек, но при этом отсутствуют упоминания о каком-либо режиме отвода с более интенсивной откачкой при открытых крышках.
При использовании настоящего изобретения можно обеспечить улучшенный сбор газов, в частности в случае открывания крышек для выполнения обслуживания и т.п., причем без излишнего увеличения отводимого количества газа во время нормальной работы электролизера. При регулировании отводимого количества газа таким образом, что оно увеличивается при открывании крышек, обеспечивается экономия по сравнению с предшествующим уровнем техники, поскольку очень дорого поддерживать желаемый уровень сбора газов в электролизере за счет функционирования вытяжного вентилятора при постоянной избыточной мощности также и в случае открытых крышек, и при этом подлежащие очистке количества газа становятся избыточно большими. Более того, неблагоприятные режимы течения газа согласно предшествующему уровню техники могут приводить к возможности выхода технологических газов из анодного кожуха даже в том случае, если отводимое количество газов является увеличенным.
Настоящим изобретением предлагаются усовершенствования отвода технологических газов из электролизеров, в результате применения которых могут быть устранены недостатки, существующие в настоящее время в описанной области техники. Кроме того, настоящее изобретение включает в себя усовершенствования в схемах течения газов внутри анодного кожуха, что делает возможным достижение улучшенных условий отвода даже при небольших количествах отводимых газов.
Далее настоящее изобретение будет описано с использованием примеров и фигур, из которых:
на фиг.1 показана диаграмма векторов течения в анодном кожухе с двумя выпускными отверстиями;
на фиг.2 показана диаграмма векторов течения в анодном кожухе с двумя выпускными отверстиями и средством направления потоков;
на фиг.3 подробно показана система отвода, используемая в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.1 показан анодный кожух 1 с боковыми сторонами 2 и 3, дном 6, которое обращено вниз к электролизной ванне (не показана), верх 7 с выпускными отверстиями 4, 5 и газосборными полками 8, 9.
Система отвода газов или, если говорить более точно, газовые каналы на анодном кожухе могут разделяться на две отдельные системы (правую/левую), которые идут к коллекторному каналу, предпочтительно размещенному вдоль стены рабочего помещения. Каждая система имеет два режима функционирования : нормальный режим и усиленный режим. Уровень отвода в нормальном режиме зависит от электрического тока в электролизере, в то время как усиленный режим отвода может быть втрое интенсивнее нормального режима отвода "стандартизованного" количества. Хотя система сбора газа, расположенная на анодном кожухе, может разделяться на две отдельные части, общим доминирующим признаком является, в частности, то, что система в целом работает в камере с одним и тем же давлением, определяемым степенью защиты электролизера и зависящим в основном от конструкции крышек и площади отверстий.
Боковые стороны 2, 3 могут содержать одну или более съемных крышек (не показаны), которые делают возможным доступ во внутреннее пространство анодного кожуха. Когда одна или большее количество крышек сняты с анодного кожуха для проведения ручных работ в электролизере, поступающий в электролизер воздух будет гораздо более холодным, чем воздух, уже находящийся внутри анодного кожуха (топочной камеры). Холодный воздух будет опускаться вниз, приводя к возникновению явления, называемого "холодным проскальзыванием". Из-за непрерывного отвода газов из топочной камеры воздух будет перемещаться по пути наименьшего сопротивления, то есть в отверстия, где сняты крышки. Вычисления показывают, что более 80% всего отводимого воздуха будет выбирать путь наименьшего сопротивления через отверстия в оболочке.
Поступающий холодный воздух будет опускаться вниз и проходить мимо угольных анодов и покровного материала на анодах (не показаны) и, следовательно, будет смешиваться с технологическим газом, при этом нагреваясь. Из-за ускорения холодного воздуха по мере его опускания вниз скорость его будет повышаться, и поступающий воздух будет перемещаться на противоположную сторону топочной камеры. Здесь он (за счет упомянутого холодного проскальзывания) будет встречаться с воздухом, который затянут внутрь с противоположной стороны, и большая часть воздуха, который поступил из отверстия в оболочке, будет выталкиваться вверх в систему отвода. Оставшийся воздух, который теперь нагрет и смешан с технологическим газом, будет возвращаться к той боковой стороне, где были сняты крышки, из-за масштабных циркуляционных потоков, установившихся в электролизере, как показано на фиг.1.
Из схемы течения, показанной на фиг.1, можно видеть, что упомянутое выше "холодное проскальзывание" создает разрежение в той зоне, где газ проникает и опускается вниз в электролизер. Все это в комбинации с установившейся в электролизере схемой течения будет приводить к формированию вектора скорости, который имеет противоположное направление (наружу из анодного кожуха) под газосборной полкой 8 электролизера или около нее. Образовавшаяся зона разрежения заполняется горячим технологическим газом, что обусловлено существующими в электролизере масштабными циркуляционными потоками. Результатом установления показанной на фиг.1 схемы течения является то, что технологический газ может вытесняться из анодного кожуха и выходить в атмосферу рабочего помещения, при этом увеличивается выброс газа под свод помещения и, что немаловажно, повышается воздействие технологических газов на операторов. Путем усиления или интенсификации отвода газов при открывании одной или более крышек можно уменьшить согласно настоящему изобретению количество технологического газа, выбрасываемого в атмосферу рабочего помещения.
На фиг.2 показан анодный кожух 1’, соответствующий настоящему изобретению и содержащий боковые стороны 2’ и 3’, дно 6’, которое обращено вниз к электролизной ванне (не показана), верх 7’ с выпускными отверстиями 4’, 5’ и газосборные полки 8’, 9’. Боковые стороны 2’ и 3’ могут содержать одну или большее количество съемных крышек (не показаны), которые делают возможным доступ во внутреннее пространство анодного кожуха. Кроме того, анодный кожух содержит расположенное по центру средство 10’ направления потоков.
С помощью средства направления потоков, имеющего форму фактически вертикальной разделительной стенки, изготовленной, например, из стальной пластины (сталь St 37) толщиной 10 мм, которая установлена на заданном расстоянии от ее нижнего края до поверхности катода в электролизной емкости, составляющем, например, 1000 мм, и которая, кроме того, максимально может проходить от одного торца анодного кожуха до другого, можно создать измененную, более оптимальную схему потоков в анодном кожухе. Средство 10’ направления потоков приводит к существенным изменениям в отношении потенциальной возможности по удалению/отбору технологических газов из анодного кожуха в систему отвода для последующей обработки. Рабочая среда будет улучшена с точки зрения выполнения ручной работы в электролизерах. Размещение средства 10’ направления потоков в центре топочной камеры на подходящем расстоянии от основания катода и, следовательно, имеющейся поверх ванны корки позволит ему работать как средству направления потоков технологических газов и имеет особую важность при выполнении ручных работ в электролизере, при которых должны открываться боковые крышки.
При замене угольного электрода или выполнении процедур, в ходе которых с анодного кожуха снимают до трех крышек и включают усиленный режим отвода, разделительная стенка, которая установлена в центре топочной камеры, будет работать как средство направления потоков, то есть проходящий газ, который из-за "холодного проскальзывания" перемещается под разделительную стенку, будет устремляться в газовыпускное отверстие 4’, имеющееся с противоположной стороны стенки. В этом случае более не будет существовать возможности возникновения таких масштабных схем циркуляционных потоков, которые показаны на фиг.1, и связанного с ними обратного перемещения горячего газа и образования избыточного давления в области газосборной полки, расположенной с той стороны, где сняты крышки. На той стороне, где крышки сняты, отвод газа будет осуществляться почти в идеальных условиях, и газ будет выбирать путь наименьшего сопротивления, то есть в анодный кожух и прямо вверх в газовый канал. Так как холодный газ тяжелее горячего, "холодное проскальзывание" и отвод газа на одной и той же стороне будут работать совместно и создавать вектор скорости, который направлен в анодный кожух и который практически параллелен газосборной полке 8’ (горизонтальной газосборной полке). Это явление схематично показано на фиг.2 путем изображения векторов.
При наличии такого средства направления потоков, установленного по центру электролизера, можно более легко поддерживать разрежение в оболочке при более низком общем количестве отводимого газа по сравнению с тем случаем, когда средство направления потоков отсутствует. Для нормальной работы системы необходимо, чтобы разрежение около газосборной полки или под ней вокруг устройств подвески анодов (не показаны) с той стороны анодного кожуха, где сняты крышки, было определенной величины, например больше 3-4 Па, в результате чего технологический газ будет удерживаться внутри оболочки. При установленном средстве направления потоков выброс в атмосферу рабочего помещения будет снижаться, и, следовательно, рабочая среда будет улучшаться, а отвод газа как система будет работать лучше.
Средство направления потоков может, кроме того, создаваться и другим образом. Например, можно разместить внутри анодного кожуха бункеры для подачи оксида, фторида и т.п. и другое оборудование, которые устанавливают таким образом, что для потока они будут действовать как средства его направления, если рассматривать перемещение технологического газа от анодов через корку и покровный материал в систему отвода, которая принимает на себя функции последующего перемещения газов, например, в очистное оборудование или оборудование по извлечению фтора. Это может быть сделано с использованием оборудования, физически разделяющего топочную камеру на две отдельные части, каждая из которых соединена с отдельной системой отвода, ведущей к коллекторному каналу. Такое разделение внутреннего пространства анодного кожуха может быть усовершенствовано путем использования оборудования, образующего в целом непроницаемую стенку по всей длине топочной камеры, с соответствующими проходами, обращенными вниз к электролизной ванне, в результате чего физически образуется разделительная стенка, эквивалентная описанному выше средству направления потоков. Чтобы создать такую разделительную стенку, любые проходы между бункерами и другим оборудованием могут быть закрыты с использованием уплотняющих элементов, например пластин и т.п. (не показаны).
На фиг.3 подробно показана система отвода, используемая в соответствии с настоящим изобретением. На этой фигуре показана секция анодных кожухов 20, 21, 22, 23, 24 в соответствии с фиг.1 и 2. Как изображено на данной фиг.3, анодный кожух 21 снабжен двумя каналами 25, 26 отвода, которые соединены соответственно с выпускными соединительными элементами 27, 28. Упомянутые соединительные элементы соединены соответственно с патрубками 33, 35 и 34, 36. Патрубки 35 и 36 соединены с коллекторным каналом 29 в случае нормального режима отвода, а патрубки 33 и 34 соединены с каналом 30 в случае усиленного режима отвода. Канал 30 может обслуживать определенное количество анодных кожухов. В конце этого канала установлен вытяжной вентилятор 31, выпуск которого соединен с коллекторным каналом. Кроме того, в соединении с патрубком (в месте перехода от каждого из выпускных соединительных элементов 27, 28 соответственно к патрубкам 33, 35 и 34, 36) может быть установлен трехходовой клапан (не показан).
Система отвода работает следующим образом.
В нормальном режиме работы технологические газы отводятся из электролизеров через анодные кожухи 21 и выпускные соединительные элементы 27, 28 непосредственно в коллекторный канал 29 через патрубки 35 и 36. В этом случае трехходовой клапан находится в таком положении, что он перекрывает доступ в патрубки 33, 34. Если в анодном кожухе открываются одна, две или большее количество крышек, запускается вытяжной вентилятор 31, и технологические газы откачиваются через патрубки 33 и 34, в результате чего скорость и объем газов, откачиваемых через выпускные соединительные элементы 27 и 28, возрастают, например, в три раза по сравнению с нормальным режимом отвода. В этом случае технологический газ не проходит через патрубки 35 и 36, так как доступ к ним перекрыт упомянутым трехходовым клапаном, при этом вентилятор 31 находится в работающем состоянии. Вытяжной вентилятор 31 и канал 30, являющиеся основными компонентами системы усиленного отвода, могут быть приспособлены к тому, чтобы подходящим образом охватывать требуемое количество электролизеров.
1. Способ удаления технологических газов из электролизера типа Холла-Эру, содержащего анодный кожух с крышками, выполненными с возможностью открывания для, кроме прочего, доступа к анодам электролизера, и с системой отвода, предназначенной для удаления технологических газов и имеющей по меньшей мере одно выпускное отверстие, размещенное в верхней части анодного кожуха и соединенное с коллекторным каналом (29), при этом системой отвода удаляют стандартизированное количество технологических газов во время нормальной работы электролизера и дополнительно увеличенное количество технологических газов при открывании одной или более крышек анодного кожуха, отличающийся тем, что увеличенное количество технологических газов удаляют путем включения дополнительного вытяжного вентилятора (31), соединенного своей стороной всасывания с помощью канала (30) с упомянутым по меньшей мере одним выпускным отверстием, а своей стороной нагнетания - с упомянутым коллекторным каналом (29).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при открывании крышки и после включения вентилятора по меньшей мере часть потока газа внутри анодного кожуха направляют по горизонтали от крышки и далее вверх к упомянутому по меньшей мере одному выпускному отверстию системы отвода на противоположной стороне от расположенной по центру направляющей поток конструкции.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый дополнительный вытяжной вентилятор (31) с каналом (30) на своей стороне всасывания соединяют с множеством электролизеров.
4. Устройство для удаления технологических газов из электролизера типа Холла-Эру, содержащего анодный кожух с боковыми сторонами (2, 3), имеющими выполненные с возможностью открывания крышки для, кроме прочего, доступа к анодам электролизера, торцевыми стенками, обращенным вниз к электролизной ванне дном (6) и верхом (7), соединенным для непрерывного отвода технологических газов во время работы электролизера с системой отвода, содержащей по меньшей мере одно выпускное отверстие, расположенное в верхней части анодного кожуха и соединенное с коллекторным каналом (29), при этом система отвода имеет средства для удаления стандартизированного количества технологических газов во время нормальной работы электролизера и дополнительно имеет средства для удаления увеличенного количества технологических газов при открывании одной или более крышек анодного кожуха, отличающееся тем, что увеличенное количество технологических газов удаляется посредством дополнительного вытяжного вентилятора (31), соединенного своей стороной всасывания с помощью канала (30) с упомянутым по меньшей мере одним выпускным отверстием, а своей стороной нагнетания - с упомянутым коллекторным каналом (29).
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутое по меньшей мере одно выпускное отверстие вытянуто в продольном направлении электролизера, образуя таким образом канал (25, 26) отвода.
6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что электролизер дополнительно содержит расположенную по центру направляющую поток конструкцию, выполненную в виде внутренней вертикальной стенки, проходящей вниз от верха анодного кожуха по направлению к электролизной ванне и вытянутой в продольном направлении электролизера.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что система отвода содержит два выпускных отверстия, при этом упомянутая вертикальная стенка установлена между этими двумя выпускными отверстиями вверху электролизера.
8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что упомянутый дополнительный вытяжной вентилятор (31) с каналом (30) на своей стороне всасывания соединены с множеством электролизеров.
