Способ сбора и эвакуации анодного газа алюминиевого электролизера

Авторы патента:

C25C3/20 - автоматическое управление или регулирование электролизеров (управление или регулирование вообще G05)

Владельцы патента RU 2395630:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) (RU)

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия. Анодный газ поступает из-под подошвы анода в газоходный канал, образованный боковой поверхностью анода и газосборником, выполненным из прямых и угловых навесных секций в виде камер. При этом происходит осаждение пыли в угловых секциях увеличенных размеров и выгорание угольной пены в ванне электролизера за счет подачи сжатого воздуха на поверхность электролита одновременно или последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода, используемые для обслуживания ванны, и лючки для обслуживания газосборника, расположенные на угловых секциях газосборника, в количестве 65÷160 м³/т Al. Под действием разрежения, создаваемого в газоотса-сывающей сети источником разрежения, анодные газы поступают в посадочные патрубки для горелок, расположенные на приливах двух угловых секций, и далее на дожигание в горелки и очистку в аппараты газоотсасывающей сети. Способ позволяет уменьшить выход угольной пены в 1,9 раза и расход фтористых солей в 1,6 раза, на порядок уменьшить частоту открытия ванны, а также длительность открытия ванны в 2 раза. 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству электролитического алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами.

Известен способ предотвращения анодного эффекта и удаления угольной пены из межполюсного зазора алюминиевого электролизера [патент RU №2057207, МКИ С25С 3/20, опубл. 27.03.1996], включающий периодическую подачу сжатого воздуха по сквозным вертикальным каналам в самообжигающемся аноде при установившемся электролизе. Подачу воздуха в межполюсный зазор осуществляют импульсами одновременно не менее чем в два канала независимо от напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит и циклами регулирования межполюсного зазора. Время цикла подачи сжатого воздуха находится в пределах 1-3 с.

Недостатками известного способа является аппаратурная сложность подачи сжатого воздуха в межполюсный зазор ванны электролизера и увеличение расхода анода вследствие окисления подошвы анода в процессе подачи сжатого воздуха через два вертикальных канала, выполненных в самообжигающемся аноде.

Известен способ сбора анодного газа в колокольном газосборнике и направления его для дожигания в горелочные устройства, расположенные на приливах угловых секций газосборника, с последующей эвакуацией продуктов дожигания в корпусную газоотсасывающую сеть [А.И.Басов, Ф.П.Ельцев. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981, с.404-405]. Обслуживание газосборника осуществляется через лючки круглой формы, расположенные на приливах угловых секций газосборника.

Недостатком данного способа является большое количество вредных выбросов в атмосферу цеха вследствие разгерметизации ванны в процессах обслуживания электролизера и чистки газосборника. Кроме того, рассматриваемый способ не обеспечивает условий для сжигания угольной пены, что приводит к потерям фтористых солей при обработке ванны электролизера.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является процесс работы колокольного газосборника алюминиевого электролизера [патент RU №2303660, МКИ С25С 3/22, опубл. 27.07.2007]. Газосборник выполнен из прямых и угловых навесных секций в виде камер, образующих совместно с анодом канал для прохода газов. Посадочные патрубки для горелок расположены на приливах двух угловых секций. Лючки для обслуживания газосборника имеют прямоугольную или элипсовидную форму и размещены с возможностью ввода в них инструмента для очистки приливов от пыли и ванны возле углов анода от угольной пены. Объем, охватываемый приливом, при этом составляет 30-40% от объема, охватываемого всей угловой секцией.

Колокольный газосборник работает следующим образом. Анодные газы электролизного процесса из-под подошвы анода поступают в газоходный канал, образованный боковой поверхностью анода и газосборника, выполненного из прямых и угловых навесных секций в виде камер. Под действием разрежения, создаваемого в газоотсасывающей сети источником разрежения, анодные газы поступают в посадочные патрубки для горелок, расположенные на приливах двух угловых секций, и далее на дожиг в горелки и очистку в аппараты газоотсасывающей сети. Скорость движения анодных газов в угловой секции увеличенного объема уменьшается. Угловая секция при этом выполняет роль пылеосадительной камеры, так как происходит осаждение пыли, и пылевынос в систему организованного отсоса газов уменьшается. Это особенно важно при автоматическом питании ванн глиноземом, поскольку сжатый воздух, транспортирующий глинозем, увеличивает пылевой поток. Горизонтально расположенные лючки, имеющие прямоугольную или эллипсовидную форму, позволяют осуществлять не только уборку пыли из-под горелки, но и угольной пены возле угла анода. Обслуживание угла анода без обычной разгерметизации ванны стабилизирует работу горелок.

Недостатками данного способа, реализуемого с помощью известного устройства, являются большие фонарные выбросы вредных составляющих анодного газа и потери дорогостоящих фтористых соединений и глинозема вследствие необходимости периодической разгерметизации для удаления угольной пены, накапливающейся на продольной стороне ванны электролизера и в углах и торцах анода. Работа газосборника и горелочных устройств значительно осложняется использованием системы автоматического точечного питания ванны глиноземом. Вследствие возрастания запыленности газового потока и всплесков электролита в зоне подачи глинозема сжатым воздухом увеличивается опасность забивания секций колокольного газосборника, горелочных устройств, снижается температура газопылевого потока до температуры ниже температуры воспламенения оксида углерода.

Задача изобретения заключается в сокращении расхода фтористых солей за счет уменьшения выхода угольной пены и в уменьшении фонарных выбросов за счет снижения частоты и длительности раскрытия ванны для удаления угольной пены.

Достижение вышеуказанной задачи обеспечивается тем, что в способе сбора и эвакуации анодного газа алюминиевого электролизера, включающем поступление анодного газа из-под подошвы анода в газоходный канал, образованный боковой поверхностью анода и газосборника, выполненного из прямых и угловых навесных секций в виде камер, поступление анодных газов под действием разрежения, создаваемого в газоотсасывающей сети источником разрежения, в посадочные патрубки для горелок, расположенные на приливах двух угловых секций, и далее на дожиг в горелки и очистку в аппараты газоотсасывающей сети, при этом происходит осаждение пыли в угловых секциях увеличенных размеров, согласно изобретению осуществляют подачу сжатого воздуха на поверхность электролита одновременно или последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода, используемые для обслуживания ванны электролизера, и через лючки для обслуживания газосборника, размещенные на угловых секциях газосборника, в количестве 65÷160 м³/т Al.

В процессе работы электролизера на поверхности электролита накапливается значительное количество угольной пены, осыпающейся с анода. Под действием циркуляционных магнитных полей угольная пена перемещается к углам и торцам анода и препятствует сбору и эвакуации анодного газа алюминиевого электролизера через колокольный газосборник в горелки и продуктов дожигания в корпусную газоотсасываюшую сеть.

Посредством подачи сжатого воздуха на поверхность электролита одновременно или последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода, используемые для обслуживания ванны электролизера, и через лючки для обслуживания газосборника, размещенные на угловых секциях газосборника, в количестве 65÷160 м³/т Al осуществляется частичное или полное выгорание угольной пены на поверхности электролита в ванне электролизера.

Это обеспечивает свободный доступ анодного газа к горелкам и способствует уменьшению выхода угольной пены из ванны электролизера, что снижает расход дорогостоящих фтористых соединений и фонарные выбросы в цех за счет снижения частоты и длительности разгерметизации ванны электролизера для ее чистки.

Способ реализуют следующим образом.

Анодные газы электролизного процесса из-под подошвы анода поступают в газоходный канал, образованный боковой поверхностью анода и колокольного газосборника, выполненного из прямых и угловых навесных секций в виде камер. При этом осуществляется осаждение пыли в угловых секциях увеличенного объема и частичное или полное выгорание угольной пены на поверхности электролита в ванне электролизера за счет подачи сжатого воздуха на поверхность электролита одновременно или последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода, используемые для обслуживания ванны электролизера, и через лючки для обслуживания газосборника, размещенные на угловых секциях газосборника, в количестве 65÷160 м³/т Al. Под действием разрежения, создаваемого в газоотсасывающей сети источником разрежения, анодные газы поступают в посадочные патрубки для горелок, расположенные на приливах двух угловых секций газосборника, и далее на дожиг в горелки и очистку в аппараты газоотсасывающей сети. Нерастворившаяся в электролите зола и несгоревшая угольная пена периодически удаляются при технологической обработке ванны через лючки для обслуживания газосборника, размещенные на угловых секциях газосборника с возможностью ввода в них инструмента для очистки приливов от пыли и ванны возле углов и торцов анода от угольной пены. Чистка подколокольного пространства от угольной пены и пылесмолистых отложений на продольной стороне электролизера осуществляется при открытии ванны для комплексной технологической обработки.

Пример реализации способа.

На алюминиевом электролизере типа С-8БМ с газосборником, на угловых секциях которого расположены лючки прямоугольной формы для выгрузки угольной пены, реализуют подачу сжатого воздуха на поверхность электролита последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода и через лючки для выгрузки угольной пены, расположенные на угловых секциях газосборника. Исходя из выхода угольной пены в количестве 20÷50 кг/т Al, достигнутом при осуществлении взятого за прототип способа сбора и эвакуации анодного газа, и стехиометрически необходимого количества воздуха на горение углерода в угольной пене, равного 8,88 м³/кг С, подачу сжатого воздуха осуществляют в количестве 65÷160 м³/т Al с периодичностью 1 раз в 5 суток.

Усредненные эксплуатационные характеристики электролиза в течение 5 мес. по взятому за прототип и предлагаемому способам отражены в таблице.

Таблица
Показатели	Предлагаемый способ	Прототип
Выход угольной пены, кг/т Al	16	31
Расход фтористых солей, кг/т Al	15	24
Частота открытия одной	1/100	1/10
стороны ванны, раз/сут
Длительность открытия	42	80
одной стороны ванны, мин.

Результаты пятимесячного периода опытно-промышленной реализации заявляемого способа сбора и дожигания анодного газа показывают, что способ позволяет уменьшить выход угольной пены в 1,9 раза и расход фтористых солей в 1,6 раза. Частота открытия ванны в рассматриваемом способе на порядок ниже, а длительность открытия в 2 раза меньше, чем в ближайшем аналоге, что обуславливает значительное снижение фонарных выбросов.

Способ сбора и эвакуации анодного газа алюминиевого электролизера, включающий поступление анодного газа из-под подошвы анода в газоходный канал, образованный боковой поверхностью анода и газосборником, выполненным из прямых и угловых навесных секций в виде камер, поступление анодных газов под действием разрежения, создаваемого в газоотсасывающей сети источником разрежения, в посадочные патрубки для горелок, расположенные на приливах двух упомянутых угловых секций, и далее на дожигание в горелки и на очистку в аппараты газоотсасывающей сети, при этом обеспечивают осаждение пыли в упомянутых угловых секциях, отличающийся тем, что осуществляют подачу сжатого воздуха на поверхность электролита одновременно или последовательно через отверстия в глиноземно-криолитовой корке на продольной стороне анода, предназначенные для использования при обслуживании ванны электролизера, и лючки для обслуживания газосборника, размещенные на упомянутых угловых секциях, в количестве 65-160 м³/т Al.

Изобретение относится к способу и системе для рекуперации энергии и (или) охлаждения по меньшей мере в одной электролизной ячейке для производства металла, в частности алюминия, где ячейка(-и) снабжена(-ы) одним или несколькими теплообменниками и где теплообменный носитель циркулирует через упомянутый(-е) теплообменник(и) и далее направляется по меньшей мере на один блок преобразования тепла, такой как турбина-расширитель.

Способ контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2371524

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах как с самообжигающимися анодами, так и с обожженными для контроля токораспределения в анодном узле и подине с целью стабилизации технологических параметров.

Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве и устройство для его осуществления // 2370573

Изобретение относится к способу определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при получении алюминия электролизом. .

Способ съема информационных параметров алюминиевых электролизеров // 2359072

Изобретение относится к области контроля технологических параметров алюминиевых электролизеров и может быть использовано в электролитическом производстве алюминия для контроля производительности электролизных ванн, падения напряжения на участке анод-расплав алюминия и обнаружения локальных изменений токораспределения в анодном узле и подине алюминиевого электролизера в процессе его эксплуатации.

Способ электролиза сульфида алюминия // 2341591

Изобретение относится к способу производства первичного алюминия электролизом Al2S3 . .

Способ управления теплоэнергетическим режимом электролизера для получения алюминия // 2326188

Изобретение относится к способу управления технологическим процессом электролиза алюминия для стабилизации теплоэнергетического режима электролизера. .

Способ и система охлаждения электролизной ванны для производства алюминия // 2324008

Изобретение относится к способу охлаждения электролизера для производства алюминия электролизом расплава путем получения капелек текучего теплоносителя или диспергированного текучего теплоносителя, предпочтительнее, в замкнутом объеме в контакте с определенной поверхностью по меньшей мере одной стенки кожуха электролизной ванны электролизера таким образом, чтобы вызвать испарение всех или части упомянутых капелек при контакте с упомянутой поверхностью и осуществить отбор тепла от этой поверхности.

Способ предотвращения анодных эффектов при получении алюминия // 2321686

Изобретение относится к способу предотвращения анодных эффектов при получении алюминия электролизом путем добавления глинозема в электролизер Седерберга или электролизер с предварительно обожженными анодами, в котором дробление корки осуществляют по заданному графику.

Способ автоматического контроля технологического состояния алюминиевого электролизера // 2307881

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах с обожженными анодами для стабилизации технологических параметров электролизера.

Способ определения высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера // 2307880

Изобретение относится к цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия, в частности к измерению высоты слоя расплавленного алюминия на подине электролизера.

Устройство для определения уровней металла и электролита в электролизере для получения алюминия // 2398054

Изобретение относится к устройству для определения уровней металла и электролита в электролизере в процессе его эксплуатации

Устройство контроля токораспределения в анодном узле алюминиевых электролизеров // 2401325

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия из глинозема, и может быть использовано на электролизерах как с самообжигающимися анодами, так и с обожженными анодами для контроля токораспределения в анодном узле

Способ прогнозирования и ранней подготовки алюминиевого электролизера к отключению // 2401326

Изобретение относится к способу прогнозирования своевременной подготовки алюминиевого электролизера к отключению для капитального ремонта

Способ удаления угольной пены с поверхности электролита алюминиевого электролизера // 2406788

Изобретение относится к способам обслуживания алюминиевого электролизера, преимущественно к способу удаления угольной пены из алюминиевого электролизера

Способ подготовки проб кальцийсодержащего электролита алюминиевого производства для анализа состава методом рфа // 2418104

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия и может быть использовано при технологическом контроле состава электролита методом рентгенофазового анализа (РФА)

Способ управления алюминиевым электролизером // 2425180

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия на электролизерах с предварительно обожженным анодом, и может быть применено для управления пневматическим цилиндром пробойника системы автоматической подачи глинозема в расплавленный электролит

Устройство для отбора проб расплава в электролизере // 2448199

Изобретение относится к металлургии, а именно к средствам контроля химического состава расплава электролизера, в частности алюминиевого

Способ контроля технологических параметров электролита алюминиевого электролизера // 2471019

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу контроля состава расплавленного электролита в алюминиевом электролизере

Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2484183

Изобретение относится к устройству для контроля силы тока в анодных штырях, анодах и катодных блюмсах электролизеров с самообжигающимися и с обожженными анодами

Способ производства вторичного алюминия в оборудовании с электролизером // 2496923

Изобретение относится к способу производства алюминия в электролизере. Способ включает этапы, при которых задают последовательность периодов управления с длительностью Т, идентифицируют возмущающие операции обслуживания на электролизере, которые могут привносить избыточный глинозем в электролитическую ванну, отмечают выполнение возмущающих операций обслуживания, определяют скорость В(k') подачи при регулировании для каждого периода k' управления и задают установленную скорость SR(k') подачи, равной М(k')×В(k'), где М(k') - заранее определенный коэффициент модуляции, который модулирует скорость В(k') подачи при регулировании так, чтобы учесть уменьшение потребностей электролизера, вызванное избыточным глиноземом. Обеспечивается значительное снижение частоты возникновения анодных эффектов. 18 з.п. ф-лы, 8 ил.