Устройство для эффективного дожигания анодных газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, в частности к устройствам для дожигания анодных газов. Задачей изобретения является разработка устройства для эффективного дожигания анодных газов алюминиевого электролизера. В устройстве для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем горелку с противоточным теплообменником и систему газоходов, горелка выполнена из верхней цилиндрической и нижней конической части. Горелка закреплена с зазором на внутренней поверхности чаши, установленной на приливе газосборного колокола с образованием форкамеры между нижней частью чаши и горелкой. Нижняя кромка горелки выполнена зубчатой в виде треугольников. Противоточный теплообменник закреплен на наружной поверхности чаши. Техническим результатом является повышение эффективности термического обезвреживания анодного газа за счет повышения качества смешения анодного газа и подогретого воздуха, а также повышение стабильности работы горелки при минимуме технического обслуживания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, в частности к устройствам для дожигания анодных газов.

При электролитическом получении алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом образуются анодные газы, содержащие токсичные смолистые вещества и окись углерода. Обезвреживание составляющих анодных газов осуществляется в горелочных устройствах.

Известно устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее установленную на приливе газосборного колокола горелку со щелями, прямоточный теплообменник для подогрева воздуха и уменьшения теплопотерь корпуса горелки, и систему газоходов [патент RU №2104337, МПК С 25 С 3/22, БИ №4, 1998]. Наличие теплообменника позволяет подогревать воздух теплом нижней части корпуса горелки и уменьшать теплопотери излучением через отверстия для подсоса воздуха. Однако прямоточным теплообменником не теплоизолируется верхняя часть горелки. Кроме того, смешение анодных газов и нагретого воздуха недостаточно интенсивное, а пылевые и сажевые выбросы из отверстий для подсоса воздуха забивают зазор между теплообменником и корпусом горелки, препятствуя движению воздуха, тем самым создавая необходимость частых чисток горелки.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство, включающее установленную на приливе газосборного колокола горелку с противоточным теплообменником и систему газоходов [авторское свидетельство СССР №783368, МПК С 25 С 3/22, 1980]. Горелка выполнена в виде патрубка, вертикально установленного внутри трубы большого диаметра, исполняющей роль противоточного теплообменника. На торце трубы свободно установлена шайба с отверстиями для подсоса воздуха. В средней части трубы выполнен лючок для прочистки горелки.

Недостатком устройства является удаленность нижнего среза корпуса горелки от посадочного кольца приливной секции газосборного колокола. В результате анодные газы охлаждаются до начала смешения с подогретым воздухом. Для подогрева воздуха не используется 30% высоты теплообменника. Смешение воздуха с анодным газом недостаточно эффективное, т.к. оно происходит только на нижней кромке горелки. Лючок для чистки горелки от отложений пылевого потока негерметичен, т.к. выполнен на боковой цилиндрической поверхности теплообменника, вследствие чего возможны подсосы холодного воздуха. Наконец, подвешивание камеры горения на фланце газохода при длительной эксплуатации приводит к ее отклонению от вертикальной оси и, как следствие, к ухудшению теплообменных процессов и эффективности термического обезвреживания.

Задачей изобретения является разработка устройства для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, позволяющего повысить эффективность термического обезвреживания анодного газа за счет повышения качества смешения анодного газа и подогретого воздуха. Другой задачей является повышение стабильности работы горелки при минимуме технического обслуживания.

Достижение вышеуказанной задачи обеспечивается тем, что в заявляемом устройстве для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем газосборный колокол, горелку с противоточным теплообменником и систему газоходов, согласно предлагаемому изобретению установлена чаша на приливе газосборного колокола с образованием форкамеры между чашей и нижней частью корпуса горелки. Горелка выполнена из верхней цилиндрической и нижней конической частей и закреплена с зазором на внутренней поверхности чаши. Нижняя кромка горелки выполнена зубчатой. Противоточный теплообменник закреплен на наружной поверхности чаши.

Изобретение дополняет частный отличительный признак, направленный также на решение поставленных задач.

Нижняя кромка горелки выполнена в виде треугольников.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки. Горелка и теплообменник опираются внизу на чашу, установленную на приливе газосборного колокола. При этом между нижней частью корпуса горелки и чашей образуется форкамера, интенсифицирующая процесс смешения анодного газа и подогретого воздуха и горение смеси внутри горелки. Поток подогретого воздуха между зубцами нижней кромки горелки максимально приближен к потоку горячего анодного газа, выходящего из посадочного отверстия угловой секции.

Между отличительными признаками и задачей изобретения имеется следующая связь. Воздух при противоточном движении в кольцевом зазоре теплообменника поступает в форкамеру, где дополнительно нагревается, частично перемешивается с анодным газом и воспламеняется, при этом интенсифицируется процесс горения в объеме горелки. Вследствие осуществления подвода подогретого воздуха между зубцами нижней кромки горелки зона горения максимально приближена к ее основанию, что повышает стабильность работы устройства, эффективность выгорания СО и смолистых веществ.

Развитая зубчатая поверхность нижней кромки горелки позволяет дробить поток газа и воздуха, интенсифицируя процесс их смешения и устойчивого горения. Зауженная коническая форма нижней части горелки обеспечивает высокие скорости струй газовоздушного потока, входящего в горелку, что турбулизирует поток и повышает качество смешения.

Эффективность выгорания горючих компонентов анодного газа повышается также вследствие того, что углеродистые частицы, не попавшие в поток удаляемых из горелки дымовых газов, ударяются о торцевую крышку горелки, оседают в потоке и подвергаются повторному дожиганию.

На чертеже представлено устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера. Устройство включает горелку, состоящую из верхней цилиндрической 1 и нижней конической 2 частей с зубчатой нижней кромкой в форме треугольников с зазорами 3, для подвода подогретого воздуха. Горелка опирается при помощи приливов 4 с зазором на внутреннюю поверхность чаши 5. Чаша 5 установлена на приливе газосборного колокола 6. Теплообменник 7 охватывает с зазором горелку и опирается внизу на чашу 5 с наружной стороны. Между конической нижней частью горелки 2 и чашей 5 имеется форкамера в виде зазора 8. В чаше имеется лючок 9, закрываемый наклонной поворотной крышкой 10. Горизонтальный патрубок горелки для отвода дымовых газов 11 соединяется с системой газоотсоса 12.

Устройство работает следующим образом. Анодные газы поступают в коническую часть горелки 2. Необходимый для горения воздух поступает противотоком сверху через зазор между цилиндрической частью горелки 1 и теплообменником 7. Воздух нагревается за счет контакта с поверхностью горелки и рассредоточенно поступает внутрь конической части горелки 2 через зубчатые зазоры нижней кромки в форме треугольников 3. Часть нагретого воздуха перемешивается с анодным газом в форкамере 8, смесь воспламеняется, интенсифицируя процесс теплообмена, горения внутри горелки и выгорания вредных составляющих анодного газа. Теплообменник 7 одновременно является экраном, уменьшающим теплопотери излучением горелки. Предварительный нагрев воздуха и экранирование горелки повышают температурный уровень в горелке, что также способствует повышению эффективности термического обезвреживания вредных составляющих анодного газа. Для обеспечения возможности чистки внутренней поверхности горелки чаша 5 снабжена герметичным лючком 9 с наклонной поворотной крышкой 10. Стабильность работы горелки и эффективность выгорания вредных примесей повышаются благодаря обеспечению возможности чистки горелки через герметичный лючок, что необходимо в условиях высокой запыленности газового потока при автоматическом питании ванн глиноземом.

Результаты опытно-промышленных теплотехнических испытаний, проведенных на Красноярском алюминиевом заводе, показали преимущество предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Результаты испытаний представлены в таблице.

Результаты испытаний полузвена горелочных устройств
Параметры дожигания анодного газа в сборном газоходе	Прототип	Заявляемое устройство
Температура, °С	144	132
Поток массы, кг/ч:
Окись углерода	31,71	9,27
Смолистые вещества	0,87	0,07
Бенз(а)пирен	0,0058	0,0006

По сравнению с прототипом заявляемое устройство согласно данным опытно-промышленных испытаний позволяет снизить содержание СО в продуктах дожигания анодного газа в 3,4 раза, а смолистых веществ и бенз(а)пирена - примерно в 10 раз.

1. Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее газосборный колокол, горелку с противоточным теплообменником и систему газоходов, отличающееся тем, что оно снабжено чашей, установленной на приливе газосборного колокола с образованием форкамеры между чашей и нижней частью корпуса горелки в виде зазора, горелка состоит из верхней цилиндрической и нижней конической частей, которая выполнена с зубчатой нижней кромкой, и закреплена на внутренней поверхности чаши, а противоточный теплообменник охватывает с зазором горелку и оперт внизу на чашу с наружной стороны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя зубчатая кромка горелки выполнена в виде треугольников.