Способ и устройство для транспортировки газа
Изобретение относится к области транспортировки газа. В способе транспортировки газа в магистральном канале с, по меньшей мере, двумя отводными каналами газ направляется по отводным каналам (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) и в магистральный канал (А) с направлением потока, параллельным направлению потока в магистральном канале, причем скорость газа, находящегося в отводном канале в месте ввода в магистральный канал, поддерживают на уровне, превышающем скорость газа в магистральном канале, и газу, находящемуся в магистральном канале, сообщается импульс путем использования избыточной энергии газа, находящегося в отводном канале, с целью ускорения газа перед введением в магистральный канал. В устройстве для транспортировки газа, содержащем магистральный канал и, по меньшей мере, два отводных канала, при транспортировке потока газа в магистральном канале (А) в одном направлении, по меньшей мере, один отводной канал в магистральном канале (А) выполнен параллельным направлению потока газа в магистральном канале и выполнен с уменьшением поперечного сечения, отводные каналы выполнены с возможностью уменьшения поперечного сечения, обеспечиваемой посредством регулируемой заслонки в выходной части каждого отводного канала, что заставляет газ на входе в магистральный канал достигать большей скорости по сравнению со скоростью газа в магистральном канале, конструкция отводных каналов обеспечивает сообщение импульса газу в магистральном канале за счет использования избыточной энергии газа в отводном канале для ускорения газа перед введением в магистральный канал. Техническим результатом изобретения является снижение потерь давления и, соответственно, экономия затрат. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к способу всасывания газа из нескольких мест и транспортировке газа в направлении от этих мест.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В процессе электролитического получения алюминия, таком как процесс Холла - Heroult, в котором алюминий получают путем восстановления оксида алюминия в электролизере с расплавленным электролитом в виде фторсодержащего минерала, в который подают оксид алюминия, технологические газы содержат фторсодержащие вещества, такие как фтористый водород и фторсодержащую пыль. Поскольку эти вещества являются чрезвычайно вредными для окружающей среды, они должны быть отделены до того, как можно будет выпустить технологические газы в окружающую атмосферу. В то же время фторсодержащий расплав имеет существенное значение для электролитического процесса, и желательно извлечь соответствующие соединения для рециркуляции [с целью повторного использования] в электролизе. Эта рециркуляция может происходить за счет адсорбции фторсодержащих веществ на адсорбенте, состоящем из макрочастиц.
Система извлечения фтористых соединений включает систему фильтрации, которая включена в замкнутую систему. Важно обеспечить стабильную транспортировку газов от места получения алюминия в систему фильтрации. Эта транспортировка осуществляется посредством газовых (газоотводных) каналов, при этом газы посредством больших вентиляторов транспортируются по газовым каналам, включающим магистральные каналы и отводные каналы, к системе фильтрации. Отводной канал, предназначенный для каждого электролизера для получения алюминия, подведен к магистральному каналу, поперечное сечение которого увеличивается постепенно, посредством диффузоров по мере увеличения количества газа. Для процесса, а также для окружающей среды очень важно, чтобы распределение газа было как можно более равномерным, и обычно это достигается за счет постоянно увеличивающейся степени дросселирования потока газа в отводном канале, при этом указанная степень тем выше, чем ближе к отсасывающим вентиляторам (эксгаустерам) расположен отводной канал. Дросселирование вызывает большие потери энергии за счет падения давления. Посредством настоящего изобретения это падение давления существенно уменьшено, что способствует уменьшению общего падения давления в системе. Общее падение давления в системе каналов измеряют от первого места всасывания. Изобретение может также хорошо применяться для газовых каналов, для которых существует необходимость поступления различного, но регулируемого количества газа из каждого места всасывания.
Ранее в сфере производства алюминия было известно размещение отводных каналов под углом 30-90° в месте входа их в магистральный канал. Угловое отклонение вызывает скольжение и турбулентность в зоне, располагающейся за место введения газа. Ранее также была известна транспортировка газа по отводному каналу со скоростью, которая меньше скорости в магистральном канале. Это означает, что газ в магистральном канале должен обеспечить ускорение газа, поступающего из отводного канала. Таким образом, угловое отклонение и различие в скорости приводят к увеличенному сопротивлению в магистральном канале.
Система каналов способствует приблизительно 50% от общего падения давления в системе извлечения фтористых соединений, что означает, что уменьшение падения давления в системе каналов приведет к существенно сниженным затратам на эксплуатацию установки и это лежит в основе настоящего изобретения. Производство алюминия приведено в качестве примера, однако данная отрасль также представляет собой предпочтительную область применения.
Из патента Швеции №466837 известны отводные каналы, в которых газ направляется в магистральный канал параллельно с потоком газа в магистральном канале. Однако в указанном патенте важное значение имеет то, что скорость газа в магистральном канале и в отводном канале является преимущественно одинаковой, так что как в магистральном канале, так и в отводном канале существует низкое сопротивление.
Было установлено, что значительное уменьшение падения давления в газовом канале и, следовательно, сокращение потребления энергии для транспортировки газа может быть достигнуто за счет обеспечения введения газа из отводного канала новым способом. Газ направляется, как и в патенте Швеции №466837, в магистральный канал при направлении потока, параллельном направлению потока газа в магистральном канале. Скорость газа, проходящего через первую часть отводных каналов, меньше, чем в магистральном канале. При регулировании направления потока газа так, чтобы оно было параллельно направлению потока газа в магистральном канале, поперечное сечение сужается перед выходом из отводного канала посредством сопла, так что газ ускоряется, и газ вводится в магистральный канал со скоростью, превышающей скорость газа в магистральном канале. За счет этого падение давления в магистральном канале и общая потребная энергия для транспортировки газа существенно уменьшаются. Равномерное всасывание из каждого электролизера обеспечивается за счет регулирования сопла отводного канала, которое может быть снабжено регулируемой заслонкой. Описываемые примеры относятся к транспортировке технологических газов при производстве алюминия, но для специалиста в данной области техники очевидно, что та же система для транспортировки газа может быть использована во всех областях, где существует необходимость транспортировки газа из нескольких мест, например, в других отраслях металлургии, при всасывании в лабораториях, в системах вентиляции и т.д. Кроме того, для специалиста в данной области техники очевидно, что изобретение также может быть использовано там, где существует необходимость транспортировки газа с различными, но регулируемыми количествами газа, поступающими из каждого места всасывания вдоль длинного канала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением разработан способ размещения отводного канала, предназначенного для транспортировки газа, вместе с магистральным каналом таким образом, что достигается существенное (10-90%-ное) уменьшение падения давления, связанного с транспортировкой газа. Газ направляется через первую часть отводных каналов со скоростью, которая меньше скорости газа в магистральном канале. Перед введением в магистральный канал направление потока газа в отводном канале при необходимости регулируют так, чтобы это направление к моменту введения газа в магистральный канал было параллельным направлению потока газа в магистральном канале. Перед введением газа в магистральный канал поперечное сечение отводного канала уменьшают и газ ускоряется до скорости, которая на 10-100% больше скорости газа в магистральном канале. Тем самым обеспечивается положительный импульс ["надежный толчок"] для газа в магистральном канале. При использовании данного способа падение давления, связанное с транспортировкой газа, существенно уменьшается, что обеспечивает соответствующую экономию затрат.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чертежи показывают приведенные в качестве примера эскизы, которые не следует рассматривать как ограничивающие для изобретения.
Фиг.1 показывает вид сверху магистрального канала с отводными каналами, на котором для обеспечения лучшей иллюстрации магистральный канал разделен между отводными каналами 5 и 6, но на практике он является непрерывным.
Фиг.2 показывает вид сверху элемента конструкции, относящегося к месту ввода отводного канала в магистральный канал.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с изобретением был разработан способ, предназначенный для обеспечения ввода отводных каналов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 в магистральный канал А и размещения их вместе с магистральным каналом А для транспортировки газа с целью достижения существенного (10-90%-ного) уменьшения падения давления, связанного с транспортировкой газа.
Расход энергии, связанный с транспортировкой газа, пропорционален общему количеству газа, которое было транспортировано из всех отводных каналов, и сопротивлению, которое должно быть преодолено во время транспортировки, то есть падению давления на расстоянии, которое проходит газ при транспортировке от первого места всасывания:
где P - мощность (Вт);
ΔPTot - падение давления на расстоянии транспортировки (Па);
Q - количество транспортируемого газа (м3/с).
При заданном количестве газа единственная возможность уменьшения потребной энергии состоит в уменьшении сопротивления во время транспортировки.
За счет реализации способа по настоящему изобретению можно существенно уменьшить ΔPTot, предпочтительно, по меньшей мере, на 30%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 60%.
Предпочтительный вариант осуществления способа относится, в частности, к получению алюминия, тем не менее способ может быть применен при любом удалении газов, например, в промышленных вентиляционных установках в металлургической промышленности, при отводе газов в лабораториях, при вентилировании для удаления пыли/дыма и паров, в системах вентиляции и т.д. При применении в данных областях вариант осуществления может иметь два или более отводных каналов, предпочтительно, по меньшей мере, пять отводных каналов.
В предпочтительном, но не ограничивающем варианте способа, имеется линия электролизеров для получения алюминия, при этом в линии, как правило, имеется 5-40 электролизеров для получения алюминия, но настоящее изобретение также предусматривает возможность использования существенно большего числа электролизеров, поскольку дополнительное сопротивление для дополнительных электролизеров для получения алюминия не имеет существенного значения. От каждого электролизера отходит один или несколько отводных каналов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, предназначенных для всасывания технологических газов, и эти отводные каналы соединены с магистральным каналом А. В зоне первых пяти отводных каналов 1, 2, 3, 4, 5 как магистральный канал, так и отводные каналы представляют собой каналы прямоугольного сечения, в то время как в зоне остальных отводных каналов как магистральный канал, так и отводные каналы представляют собой каналы круглого сечения. В зоне первых пяти отводных каналов скорость газа в магистральном канале последовательно увеличивается до конечной скорости (vg) в магистральном канале.
У первого электролизера магистральный канал имеет только отводной канал 1, направление которого отрегулировано до заданного направления потока. Скорость газа в первой части А1 магистрального канала меньше, чем vg, предпочтительно, по меньшей мере, на 10% меньше, чем vg, более предпочтительно, по меньшей мере, на 20% меньше, чем vg, как правило, по меньшей мере, на 25% меньше, чем vg. В зоне первых отводных каналов скорость газа в магистральном канале увеличивается до тех пор, пока она постепенно не станет равной vg.
Отводной канал 2 изогнут под углом, который необходим, чтобы этот канал проходил параллельно в магистральный канал А и вместе с магистральным каналом А, при поддержании постоянной высоты расположения магистрального канала при одновременном увеличении его ширины. Отводной канал введен дальше во внутреннее пространство магистрального канала и там дополнительно изогнут, так что направление потока газа, выходящего из отводного канала, будет параллельным направлению потока в магистральном канале. После колена трубы поперечное сечение отводного канала уменьшают, например путем регулирования положения регулируемой заслонки 101 в сопле отводного канала, и газ достигает скорости, превышающей скорость в магистральном канале в том же месте, предпочтительно превышающей скорость в магистральном канале, по меньшей мере, на 2%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 5%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 7%, как правило, на 10-20% превышающей скорость в магистральном канале в том же месте.
Отводные каналы с номерами 3, 4, 5 выполнены по существу такими же, как отводной канал 2, однако поперечное сечение дополнительно уменьшено для достижения большего ускорения.
Начиная от отводного канала 6, отводные каналы 6, 7, 8 выполнены преимущественно идентичными, и скорость газа в магистральном канале находится на заданном уровне vg. Увеличение поперечного сечения магистрального канала обеспечивается за счет наличия увеличенного поперечного сечения 102 перед вводом отводного канала для поддержания скорости газа в магистральном канале, равной vg, после отводного канала, при этом отводной канал 100 "едва" вводится в магистральный канал А. Отводной канал 100 изогнут под углом, составляющим от 0 до 45°, перед вводом его в магистральный канал А, при этом конструкция отводного канала обеспечивает возможность регулирования потока газа, которое еще нужно выполнить. Когда газ выходит из отводного канала, скорость газа превышает vg, как правило, превышает vg на 10-100%.
Кроме того, ожидается, что способ может быть применен для всех областей применения, где необходима транспортировка газа из нескольких мест, при этом данные области конкретно не описываются.
1. Способ транспортировки газа в магистральном канале с, по меньшей мере, двумя отводными каналами, при котором газ подают по отводным каналам (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) и в магистральный канал (А) с направлением потока, параллельным направлению потока в магистральном канале, скорость газа, находящегося в отводном канале в месте ввода в магистральный канал, поддерживают на уровне, превышающем скорость газа в магистральном канале, сообщают газу, находящемуся в магистральном канале, импульс путем использования избыточной энергии газа, находящегося в отводном канале, для ускорения газа перед введением в магистральный канал.
2. Способ по п.1, в котором скорость газа, выходящего из отводного канала, поддерживают на уровне, на 10-100% превышающем скорость газа в магистральном канале.
3. Способ по п.2, в котором скорость газа в магистральном канале постепенно увеличивается до заданной скорости газа в первых отводных каналах.
4. Способ по п.3, в котором скорость газа, поступающего из отводного канала в магистральный канал, последовательно увеличивают.
5. Способ по п.4, в котором скорость газа в отводных каналах регулируют путем регулирования положения заслонки (101) в сопле отводных каналов.
6. Способ по п.1, в котором скорость газа, проходящего через первую часть отводных каналов, поддерживают меньше скорости газа в магистральном канале.
7. Способ по п.6, в котором скорость газа, проходящего через первую часть отводных каналов, поддерживают на 10-50% меньше скорости газа в магистральном канале.
8. Способ по п.1, в котором для первых отводных каналов, предпочтительно первых пяти отводных каналов, магистральный канал и отводные каналы представляют собой каналы прямоугольного сечения и для последующих отводных каналов магистральный канал и отводные каналы представляют собой каналы круглого сечения.
9. Способ по п.8, в котором объем газа, проходящего по отводным каналам, может быть отрегулирован путем дросселирования.
10. Устройство для транспортировки газа, содержащее магистральный канал и, по меньшей мере, два отводных канала, в котором при транспортировке потока газа в магистральном канале (А) в одном направлении, по меньшей мере, один отводной канал в магистральном канале (А) выполнен параллельным направлению потока газа в магистральном канале и выполнен с уменьшением поперечного сечения, отводные каналы выполнены с возможностью уменьшения поперечного сечения, обеспечиваемой посредством регулируемой заслонки в выходной части каждого отводного канала, что заставляет газ на входе в магистральный канал достигать большей скорости по сравнению со скоростью газа в магистральном канале, конструкция отводных каналов обеспечивает сообщение импульса газу в магистральном канале за счет использования избыточной энергии газа в отводном канале для ускорения газа перед введением в магистральный канал.
11. Устройство по п.10, в котором для первых отводных каналов, предпочтительно первых пяти отводных каналов, магистральный канал и отводные каналы представляют собой каналы прямоугольного сечения и для остальных отводных каналов магистральный канал и отводные каналы представляют собой каналы круглого сечения.
