Способ регулирования разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия

Изобретение относится к получению алюминия электролизом. Регулирование разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса осуществляют дроссельным устройством поршневого типа, установленным в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, расположенной непосредственно за каждой горелкой. Его проводят вертикальным плавным перемещением поршня, перекрывающим боковое отверстие для удаления дымовых газов в отводящем патрубке пылеосадительной камеры до достижения разрежения за горелками в пределах 0,06-0,12 от максимального разрежения в полузвене электролизеров корпуса. Технический результат заключается в том, что обеспечивается снижение содержания СО в продуктах дожигания анодного газа, уменьшение объема газоотсоса и устранение зарастания дроссельного устройства пылевыми и смолистыми отложениями. 1 табл.

 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, в частности к способам эффективного дожигания анодных газов.

Горелки электролизеров работают при разных коэффициентах расхода воздуха, так как они расположены на разном удалении от источника разрежения. В связи с использованием для изготовления анодов сухой анодной массы в анодном газе уменьшилось содержание смолистых веществ и оксида углерода. При малом содержании горючих компонентов понизилась теплотворная способность анодного газа и температура его горения. Уменьшение калорийности анодного газа при неизменном объеме газоотсоса искусственно привело к повышению коэффициента расхода воздуха, поступающего в горелки, что является одной из причин снижения эффективности дожигания вредных составляющих и даже затухания горелок. Стабилизации работы горелок способствует регулирование в них разрежения и соответственно объема газоотсоса.

Известен способ регулирования разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия путем установки на спусках от горелок и в продольных газоходах регулировочных шайб или различных сужающих устройств, выравнивающих разрежение в горелках и объемы газоотсоса [Цветные металлы, 1998, №5, стр.78-80]. Недостаток этого способа в том, что размеры проходных отверстий этих устройств строго фиксированы и рассчитаны на основе усредненных экспериментальных или проектных данных по объемам газоотсоса от горелок и температурам газовых потоков, которые не всегда соответствуют реальным режимным параметрам. Эти устройства бесконтрольно зарастают пылевыми и смолистыми отложениями, при этом снижается эффективность выравнивания разрежений и объемов газоотсоса по отдельным горелкам.

Наиболее близким к заявляемому является способ регулирования разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия плавным дросселированием газоходов с помощью шиберных устройств [Цветные металлы, 1988, №3, стр.37-39]. Этот способ реализован на крупных поперечных газоходах электролизных корпусов получения алюминия для выравнивания разрежений и объемов газоотсоса между бригадами электролизеров. Он неприемлем для регулирования небольших разрежений и объемов газоотсоса за горелками электролизеров из-за недостаточно качественного, т.е. плавного регулирования, возможности частичного зарастания пылевыми и смолистыми отложениями направляющих шибера и громоздкости шиберного устройства.

В основу изобретения поставлена задача плавного регулирования небольших разрежений и соответственно объемов газоотсоса в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия непосредственно за горелкой путем дросселирования газоходов и инструментального или визуального контролирования при этом процесса горения в горелке электролизера, тем самым, повышения эффективности дожигания горючих составляющих анодного газа и его обезвреживания, а также устранения зарастания дросселирующего устройства пылевыми и смолистыми отложениями.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе регулирования разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия с установленными в ней горелками с пылеосадительными камерами, расположенными непосредственно за горелками, путем дросселирования газоходов, в соответствии с заявляемым, дросселирование осуществляют дроссельным устройством поршневого типа, которое устанавливают в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, до достижения максимальной температуры в факеле горения анодного газа при вертикальном перемещении поршня, перекрывающего боковое отверстие для удаления дымовых газов в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, до разрежения за горелкой в пределах 0,06-0,12 от максимального разрежения в полузвене электролизеров.

Максимальная температура в горелке при прочих равных условиях зависит от конструкции горелки, обеспечивающей поступление воздуха на процесс горения, и разрежения за горелкой. В случае недостатка или чрезмерного избытка поступающего в горелки воздуха имеет место недожог горючих компонентов анодного газа, особенно смолистых веществ, из-за снижения температуры факела или отсутствия окислителя. Регулирование разрежения в горелке по максимальной температуре факела обеспечивает поступление в горелку через воздушные отверстия количества воздуха, соответствующего оптимальному значению коэффициента расхода воздуха для горелки любого типа.

Применение для регулирования разрежения дроссельного устройства поршневого типа решает проблему очистки газохода в месте установки дросселирующего устройства от отложений пыли и смолистых веществ. Эта проблема неразрешима для пластинчатых шиберов или шиберов в виде дроссельных заслонок, поскольку у перекрытой части трубопровода и направляющих шибера неизбежно появятся отложения, не позволяющие изменять проходное сечение газохода в нужном диапазоне.

Установка дроссельного устройства поршневого типа в разрыве газохода, а именно в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, позволяет перекрывать боковое отверстие в трубопроводе, через которое удаляются дымовые газы из пылевой камеры. При этом обеспечивается возможность вертикального продольного перемещения поршня внутри газохода и одновременной очистки внутренней поверхности газохода от загрязнений.

Известно, что разрежение в полузвене электролизеров максимально на ближних горелках к источнику разрежения и минимально на дальних, в связи с чем объемы газоотсоса на них различаются в 1,5-2,5 раза. При высоком разрежении, т.е. более 0,12 от максимального, в горелки поступает избыточное количество воздуха, температура факела падает, выгорание смолистых веществ и СО ухудшается. При установке разрежения в горелках менее 0,06 от максимального разрежения коэффициенты расхода воздуха уменьшаются до значений, меньших стехиометрических или не обеспечивающих качественного перемешивания воздуха и анодного газа, вследствие чего имеет место недожог, температура факела снижается, эффективность термического обезвреживания вредных составляющих анодного газа ухудшается.

При уменьшении разрежения на ближних горелках по закону сохранения энергии увеличиваются разрежение и соответственно объемы газоотсоса и коэффициенты расхода воздуха на дальних горелках. Наиболее полное выгорание вредных составляющих анодного газа происходит в диапазоне разрежений 0,06-0,12 от максимального в полузвене электролизеров при коэффициентах расхода воздуха в интервале α=2-2,8, обеспечивающих качественное перемешивание и благоприятное соотношение объемов газ-воздух.

Пример. В полузвене электролизеров с анодами, сформированными из сухой анодной массы, выравнивают разрежения в щелевых горелках, работающих с подогревом воздуха, начиная с горелок электролизера, ближнего к источнику разрежения. Плавным вращением барашка винтового толкателя поршня по показаниям вакуумметра устанавливают разрежение в пределах 0,06-0,12 от максимального разрежения в полузвене электролизеров, соответствующее максимальной температуре факела. Разрежение измеряют с помощью пневмометрической трубки, вводимой в лючок гусака горелки. Температуру определяют по показаниям термопары, вводимой в лючок гусака горелки или в факел. Аналогичным образом устанавливают разрежение в последующих горелках полузвена электролизеров. Результаты регулирования разрежений в щелевых горелках, полученные численным моделированием дожигания анодного газа, приведены в таблице.

Таблица
Регулирование разрежений в горелках полузвена электролизеров
Параметры	Заявляемый способ	Прототип
Отношение разрежения в горелке к максимальному разрежению в полузвене электролизеров hгор/hмакс	0.057	0,062	0,077	0,12	0,125	0,042-0,18
Объем газоотсоса от горелки, V нм3/ч	168	180	204	228	240	144-300
Температура продуктов дожигания на выходе из горелки, °С	720	710	700	680	660	700-620
Коэффициент расхода воздуха, α	1,8	2.0	2,4	2,8	3,0	1,4-4,0
Содержание СО в продуктах дожигания анодного газа, г/с	0,0047	0,0031	0,0017	0,0043	0,0076	0,016-0,06
Недожог, %	0,05	0,03	0,02	0,04	0,07	0,15-0,57

Из данных таблицы следует, что лучшие результаты выгорания СО из анодного газа обеспечиваются в заявляемом способе при отношении разрежения в горелке к максимальному разрежению в полузвене электролизеров в пределах 0,062-0,12. В сравнении с прототипом содержание СО в продуктах дожигания анодного газа уменьшается в 5-14 раз. Максимальный объем газоотсоса от горелки уменьшается на 24%. Кроме того, при постоянном объеме газоотсоса стабилизируется работа пылеосадительной камеры.

Эксперименты с регулированием разрежения и объемов газоотсоса, проведенные в корпусе получения алюминия с автоматическим питанием электролизеров глиноземом, показали, что реальное уменьшение среднего объема газоотсоса от одной горелки составило 50-58 нм³/ч. Минимальный и максимальный объемы газоотсоса от горелок в опытном полузвене электролизеров при регулировании разрежения отличались в 1,2-1,4 раза, а в прототипе - в 2,0-2,2 раза. Содержание СО в продуктах дожигания анодного газа при регулировании разрежения и объемов газоотсоса уменьшилось в 1,4-3,3 раза.

Способ регулирования разрежения в газоотсасывающей сети электролизного корпуса получения алюминия с установленными в ней горелками с пылеосадительными камерами, расположенными непосредственно за горелками, путем дросселирования газоходов, отличающийся тем, что дросселирование осуществляют дроссельным устройством поршневого типа, которое устанавливают в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, до достижения максимальной температуры в факеле горения анодного газа при вертикальном перемещении поршня, перекрывающим боковое отверстие для удаления дымовых газов в отводящем патрубке инерционной пылеосадительной камеры, до разрежения за горелкой в пределах 0,06-0,12 от максимального разрежения в полузвене электролизеров корпуса.