Устройство для сбора и удаления газов алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия электролизом. Устройство содержит балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами. Внутренняя полость балки-коллектора разделена по вертикали на несколько зон всасывания газов с помощью перегородок, и отсос газов от отдельных зон осуществляется постепенно сужающимися газоходами с поворотом потоков газа на девяносто градусов. Для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания используются поворотные заслонки на концах перегородок. Изобретение обеспечивает повышение КПД устройства для сбора и удаления газов в электролизерах с односторонним или двусторонним газоотсосом при их поперечном или продольном расположении в корпусе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза.

Известно техническое решение (патент СССР 1473718, С25С 3/20, 1989), когда внутренняя полость балки-коллектора разделена по высоте на несколько зон всасывания газов с помощью горизонтальных перегородок разной длины, причем каждая зона всасывания распространяет свое действие на длину коллектора, равную примерно ширине двух боковых створок укрытия электролизера. Пространство между двумя соседними перегородками образуют заранее заданные каналы для удаления газов из каждой зоны всасывания, которые сходятся в общий коллектор, связанный с центральным всасывающим устройством.

При такой конструкции внутренняя полость коллектора разделена сплошными, от стенки до стенки, горизонтальными перегородками практически по всей его длине, что не позволяет применять анодную ошиновку, в которой подвижные токоведущие пакеты шин, расположенные вдоль боковых стенок коллектора, соединены между собой для жесткости распорками, проходящими сквозь стенки коллектора через специальные окна. Геометрия каналов не препятствует отложениям глинозема, который присутствует в значительном количестве в потоке отсасываемых из электролизера газов.

В качестве прототипа выбрано устройство (патент РФ 2218453, С25С 3/22, 2003) для сбора и удаления выделяющихся из алюминиевого электролизера газов, содержащее балку-коллектор с вертикальными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, в котором вертикальные стенки балки-коллектора выполнены двойными для образования двух каналов для сбора и удаления газов, размещенных в верхней части балки-коллектора, в каждом из которых наклонно установлены ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, причем высота каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоотсоса.

Как показывает детальное математическое моделирование на основе полных трехмерных моделей турбулентных течений, предложенная конструкция не обеспечивает выравнивания газоотсоса по длине электролизера. Существенно более интенсивный газоотсос наблюдается вблизи выходного патрубка центрального всасывающего устройства, при этом в части электролизера вблизи торца при одностороннем газоотсосе и в центральной части балки при двустороннем газоотсосе система газоудаления фактически не работает. Наклонно установленные ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, практического влияния на выравнивание газоотсоса не оказывают и реально работают как дополнительное аэродинамическое сопротивление.

Задачей изобретения является повышение КПД устройства за счет увеличения эффективности сбора и удаления газов в электролизерах с двусторонним и односторонним газоотсосом при поперечном и продольном расположении электролизеров в корпусе.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного газоотсоса по всей длине электролизера и повышение его эффективности за счет снижения общего аэродинамического сопротивления в системе газоотсоса.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, согласно предлагаемому решению во внутренней полости каналов установлено не менее двух криволинейных перегородок, делящих каналы на зоны всасывания газов, с образованием постепенно ссужающихся газоходов, изменяющих направление закругления на девяносто градусов в верхней зоне каналов.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.

На концах перегородок с выходной стороны установлены поворотные заслонки для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания.

Заявляемое решение отличается от прототипа тем, что внутренняя полость каналов разделена на несколько зон всасывания газов с помощью перегородок и отсос газов от отдельных зон осуществляется постепенно ссужающимися газоходами, которые поворачиваются на девяносто градусов и обеспечивают подачу газов в общий коллектор, связанный с цеховой системой газоотсоса выходным патрубком. Для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания используются поворотные заслонки на концах перегородок. Таким образом, внутренняя полость коллектора между каналами остается свободной для размещения системы автоматизированного питания с суточным запасом глинозема, а часть поверхности стенок свободна для выполнения сквозных окон для установки распорок анодной ошиновки.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фигуре 1 - продольный разрез устройства для сбора и удаления газов при двустороннем газоотсосе с двумя зонами газоотсоса; на фигуре 2 - поперечный разрез устройства; на фигуре 3 - продольный разрез устройства при одностороннем газоотсосе; на фигуре 4 - зависимость вертикальной компоненты скорости от расстояния от выхода патрубка.

Конструкция устройства для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 с вертикальными двойными стенками 2, верхним 3 и нижним 4 поясами жесткости. Пространство между двойными стенками образуют каналы для сбора и удаления газов 5, в которых установлены перегородки 6. Перегородки 6 образуют плавно ссужающиеся каналы, в которых вертикально направленный газовый поток из-под укрытия электролизера перестраивается в горизонтальный поток в выходном патрубке 7, который соединен с цеховой системой газоотсоса. Между газоходами для сбора и удаления газов имеются проемы 8 прямоугольного сечения для установки распорок анодной ошиновки. В нижнем поясе жесткости 4 балки-коллектора имеются отверстия - всасывающие окна 9. На концах перегородок с выходной стороны установлены поворотные заслонки 10.

При работе электролизера выделяющиеся газы из отдельных зон всасывания свободно поднимаются вверх и попадают в каналы для сбора и удаления газов 5, по которым газовый поток разворачивается на девяносто градусов и транспортируется вдоль электролизера к выходному патрубку 7 и далее - в цеховую систему газоотсоса. Использование криволинейных перегородок обеспечивает ламинарность газового потока, что препятствует отложению глинозема на стенках системы газоотсоса. Плавное изменение потока обеспечивает минимальное общее аэродинамическое сопротивление системы газоотсоса, высокую эффективность системы газоотсоса. Равномерность потока обеспечивается выравниванием аэродинамических сопротивлений отдельных каналов. С этой целью ширина каналов в зоне выходного патрубка выбирается большей для более удаленных каналов. Коррекция потоков осуществляется с помощью поворотных заслонок (шиберов) 10 на концах перегородок.

При одностороннем газоотсосе с каждой половиной электролизера связана отдельная зона всасывания со смешением потоков в зоне выходного патрубка. Каждая такая зона, в свою очередь, разбивается на две более мелкие. Достигаемый эффект равномерности потока иллюстрируется результатами детального математического моделирования на основе полных трехмерных моделей турбулентных течений. На фигуре 4 показана средняя вертикальная скорость на входе в балку-коллектор для заявляемого устройства (кривая 1) и средняя вертикальная скорость для устройства прототипа (кривая 2).

Предложенная система газоотсоса обеспечивает равномерный отсос газов по всей длине электролизера, имеет малое общее аэродинамическое сопротивление, что прямо отражается на мощности дымососов, с помощью которых транспортируются газы по магистралям в систему газоочистки, и решает проблему снижения выбросов в атмосферу электролизного корпуса.

1. Устройство для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащее балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми образованы каналы с всасывающими окнами для сбора и удаления газов, размещенные в верхней части балки-коллектора, соединенной с системой газоотсоса, отличающееся тем, что в каждом из каналов установлено не менее двух криволинейных перегородок, делящих их на зоны всасывания газов, с образованием постепенно сужающихся газоходов, изменяющих направление газового потока на девяносто градусов в верхней части каналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на концах перегородок с выходной стороны установлены поворотные заслонки для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания.