Способ и устройство для утилизации тепла анодных газовалюминиевого электролизера


 


Владельцы патента RU 2558813:

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

Изобретение относится к способу и устройству для утилизации тепла анодных газов алюминиевого электролизера. Способ утилизации тепла анодных газов алюминиевого электролизера включает сжигание анодных газов в горелочном устройстве электролизера и направление дымовых газов в теплообменник, направление глинозема противотоком в межтрубное пространство, выдержку его в течение 10-12 часов для нагрева теплом дымовых газов до температуры 200-250°C с последующим повторением цикла. Устройство содержит теплообменник, установленный между двумя смежными электролизерами, выполненный наклонным по отношению к ним, содержащий 40-50 труб с наружным диаметром 50 мм для непосредственной передачи тепла дымовых газов глинозему, имеющий наружный диаметр, составляющий 800±50 мм, и площадь теплообмена, составляющую 15-20 м2, и снабженный отводящими наклонными трубопроводами для подачи глинозема в электролизер. Обеспечивается сокращение расхода электроэнергии на производство алюминия и транспортировку анодных газов и уменьшение материалоемкости газоходной сети корпуса электролиза. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлурги, в частности к производству алюминия, и направлено на повышение энергетической эффективности и сокращение потребления электроэнергии электролизером с самообжигающимся анодом.

Известно устройство для подогрева и дозированной подачи глинозема в алюминиевый электролизер, содержащее накопительный бункер в виде емкости, надетой на горелку для дожигания газов [заявка на изобретение №2000102952 от 07.02.2000, опубл. 20.11.2001].

Недостатки устройства: охлаждение горелки надетой на нее емкостью и связанное с этим снижение эффективности дожига анодных газов, сложность подачи нагретого глинозема из емкости в точки максимальной циркуляции электролита, что ухудшает растворимость глинозема в расплаве и создает риск образования осадков на подине электролизера.

Известен способ термического обезвреживания анодных газов алюминиевого электролизера, включающий направление анодных газов от газосборников нескольких электролизеров по теплоизолированным спускам в теплоизолированный газоход и их централизованный дожиг в горелке или топке с последующим направлением дымовых газов, перед их подачей в газоход, в теплообменник для утилизации тепла [патент РФ №2321687 RU от 01.03.2006, опубл. 10.04.2008].

Недостатки способа. При электролитическом производстве алюминия термическое обезвреживание анодных газов осуществляют за счет их самовоспламенения при смешивании с воздухом, подсасываемым в горелку. При этом температура газовоздушной смеси, достаточная для ее самовоспламенения, должна быть не ниже 530°С. Температура анодных газов на выходе из газосборника электролизера составляет 490-620°С, и при транспортировке в горелку или топку централизованного дожига по теплоизолированным газоходам протяженностью до 90 метров возникает риск их охлаждения до температуры, недостаточной для самовоспламенения смеси, в связи с чем возникает потребность в дополнительном устройстве розжига горелки - газовом или жидкотопливном. Утилизированное в теплообменнике тепло дымовых газов в условиях алюминиевых заводов имеет ограниченное применение. Наиболее приемлемым является использование этого тепла на нагрев воздуха, подсасываемого в зону горения, что усложняет конструкцию горелки или топки централизованного дожига.

Известен способ и устройство для предварительного нагрева сырья с помощью охладителя отходящих газов. Устройство содержит теплообменник предварительного нагрева сырья, первая сторона которого сообщается с линией транспортирования отходящих газов, а вторая сообщается с линией подачи сырья [патент РФ №2491321 RU от 18.02.2010, опубл. 27.08.2013].

Недостаток устройства - малая площадь теплопередачи между теплоносителем и нагреваемым материалом, не обеспечивающая эффективной утилизации тепла отходящих газов.

Задачей заявляемого способа и устройства является использование тепла дымовых газов электролизера с самообжигающимся анодом на нагрев глинозема и сокращение, таким образом, расхода электроэнергии на производство алюминия и энергозатрат на транспортировку анодных газов, уменьшение материалоемкости газоходной сети корпуса электролиза.

Достигается это тем, что способ утилизации тепла анодных газов алюминиевого электролизера включает сжигание анодных газов в горелочном устройстве электролизера и направление дымовых газов в теплообменник, куда противотоком в межтрубное пространство поступает глинозем, где его выдерживают, используя тепло дымовых газов, в течение 10-12 часов для нагрева до температуры 200-250°C, после чего цикл повторяют.

Устройство утилизации тепла анодных газов алюминиевого электролизера содержит теплообменник, который установлен между двумя смежными электролизерами, выполнен наклонным по отношению к ним и состоит из 40-50 труб наружным диаметром 50 мм, через которые дымовые газы непосредственно отдают тепло глинозему, при этом наружный диаметр теплообменника составляет 800±50 мм, площадь теплообмена 15-20 м2, кроме того, теплообменник снабжен отводящими наклонными трубопроводами для подачи глинозема в электролизер.

Целесообразность установки теплообменника между двумя смежными электролизерами и подачи из него нагретого глинозема в смежные электролизеры обосновывается тем, что в этом случае происходит сокращение количества эксплуатируемых бункеров системы автоматического питания электролизера (системы АПГ), уменьшение нагрузки на домкраты анодной рамы и улучшение условий формирования самообжигающегося анода. В настоящее время питание электролизера глиноземом осуществляется четырьмя бункерами, размещенными на анодном кожухе, по два с каждой продольной стороны электролизера. Установка теплообменника, использующего в качестве бункера системы АПГ, между двумя смежными электролизерами позволит уменьшить их количество практически в 2 раза - в масштабе корпуса электролиза, эксплуатирующего 88 электролизеров, с 352 до 192 единиц. При этом нагрузка на домкраты анодной рамы снизится на 6-8 тонн, а удельное потребление электроэнергии приводами домкратов анодной рамы - на 2,0-2,5 кВт·ч/тАl. Также удаление бункеров системы АПГ увеличит отвод тепла от анодного кожуха, что улучшит условия формирования самообжигающегося анода, исключит образование в нем «шеек» и протеки жидкого пека в подколокольное пространство, что улучшит экологические показатели производства алюминия.

Подача глинозема в межтрубное пространство теплообменника обосновывается необходимостью его загрузки в объеме, достаточном для питания смежных электролизеров в течение 10-12 часов, - времени, достаточного для нагрева глинозема до целевых температур 200-250°C. Наружный диаметр теплообменника 800±50 мм обеспечивает около 1 м3 свободного объем межтрубного пространства, что достаточно для загрузки 1,5-1,7 т глинозема, необходимых для питания смежных электролизеров в течение 10-12 часов.

Направление дымовых газов в трубы теплообменника обеспечивает эффективную отдачу от них тепла нагреваемому глинозему.

Время выдержки глинозема в теплообменнике в течение 10-12 часов обусловлено тем, что в этот период от электролизера с дымовыми газами в систему газоотсоса уносится 750-900 кДж тепла, достаточного для нагрева до температуры 200-250°C 1,2-1,5 тонн глинозема, требующихся для питания смежных электролизеров в течение 10-12 часов.

Площадь теплообмена 15-20 м2 определяется тепловым потоком, создаваемым теплом дымовых газов.

Количество, диаметр и длина труб выбраны из соображений обеспечения необходимой площади теплообмена, равной 15-20 м2.

Наклон теплообменника и отводящих труб равным 35-40° обеспечивает оптимальную подачу глинозема. Уменьшение угла наклона теплообменника и труб по отношению к горизонту менее 45° создает риск их закупоривания глиноземом. Превышение угла наклона труб более 50° потребует установки теплообменника на высоте, затрудняющей его загрузку глиноземом специальной обрабатывающей техникой.

Способ и устройство для утилизации тепла анодных газов иллюстрируются графически. Анодные газы от электролизера 1 собираются газосборным колоколом 2 и направляются на дожиг в горелочное устройство 3. Из горелочного устройства горячие дымовые газы, температура которых составляет 500-600°C, по газоотводящему патрубку 4 направляются в трубы 5 теплообменника 6, где они охлаждаются до 80-100°C. В межтрубном пространстве теплообменника, противотоком по отношению к движению газов, движется глинозем, нагреваясь до температуры 200-250°C, используя тепло дымовых газов, где его выдерживают в течение 10-12 часов. Порции нагретого таким образом глинозема, по 1,5-2,0 кг каждая, по наклонным трубам 7 самотеком поступают в электролизер, где его погружение в расплав осуществляется с помощью пробойника 8 системы АПГ.

Преимущества заявляемого способа и устройства для его осуществления: нагрев глинозема до 200-250°C уменьшает удельный расход электроэнергии на 80-95 кВт·ч/тАl, охлаждение анодных газов с 500-600°C до 80-100°C снижает объем эвакуируемых газов в 2-2,5 раза, удельные энергозатраты на их транспортировку - на 15-20 кВт·ч/тАl, снижение материалоемкости газоходной сети корпуса электролиза на 12-15 т, сокращение количества бункеров почти в 2 раза, снижение нагрузки на домкраты анодной рамы на 6-8 т и потребление электроэнергии их приводами на 2,0-2,5 кВт·ч/тАl, обеспечение более благоприятных условий формирования самообжигающегося анода, сокращение протеков пека в подколокольное пространство и улучшение экологических показателей производства алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, снижение интенсивности эксплуатации дизельных машин загрузки глинозема в бункеры систем АПГ. В общей сложности реализация заявляемого способа обеспечивает сокращение удельного расхода электроэнергии на производство каждой тонны алюминия на 100-120 кВт·ч.

1. Способ утилизации тепла анодных газов алюминиевых электролизеров, включающий сжигание анодных газов в горелочном устройстве электролизера, направление дымовых газов в теплообменник и подогрев дымовыми газами подаваемого в электролизеры глинозема, отличающийся тем, что дымовые газы направляют в трубы теплообменника, а глинозем направляют противотоком в межтрубное пространство теплообменника и выдерживают в нем в течение 10-12 ч для нагрева его теплом дымовых газов до температуры 200-250°C.

2. Устройство для утилизации тепла анодных газов алюминиевых электролизеров, содержащее теплообменник, выполненный с возможностью подогрева дымовыми газами подаваемого в электролизеры глинозема, отличающееся тем, что теплообменник установлен между двумя смежными электролизерами, с наклоном под углом 35-40° по отношению к ним, содержит 40-50 труб для непосредственной отдачи тепла дымовых газов глинозему с наружным диаметром каждая 50 мм, а теплообменник имеет наружный диаметр, составляющий 800±50 мм, площадь теплообмена 15-20 м2 и снабжен отводящими наклонными трубопроводами для подачи глинозема в электролизеры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для сбора и удаления газов на электролизерах с односторонним газоотсосом при поперечном их расположении в корпусе. Устройство содержит балку-коллектор, имеющую верхний и нижний пояса жесткости и двойные вертикальные стенки, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы основные газоходные каналы переменного сечения с конфузорами, расположенными вдоль продольной оси балки-коллектора над анодами, одним концом закрепленными на входе в обтекатель, а другим с отверстиями в нижнем поясе жесткости, высота основных газоходных каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки.

Изобретение относится к газосборнику для улавливания и термического обезвреживания анодных газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами (варианты).

Изобретение относится к устройствам для дожигания анодных газов алюминиевых электролизеров. Устройство содержит горелку с щелями для подсоса воздуха и турбулизаторы для интенсификации смешивания горючих компонентов с воздухом и регулирования расхода воздуха, выполненные в виде дисков, закрепленных на поворотных осях, при этом угол между проекциями этих осей на горизонтальную плоскость составляет от 0 до 90 градусов, диски расположены на разных уровнях по высоте горелки не менее чем в два яруса с возможностью их поворота на угол 360 градусов.

Изобретение относится к производству алюминия электролизом расплавов, в частности к укрытию электролизера для получения алюминия с верхним подводом тока. Укрытие алюминиевого электролизера с верхним токоподводом содержит подъемные плиты, газонепроницаемо соединенные с поясом анодного кожуха и боковыми стенками электролизера посредством закрепленных на анодном кожухе поворотных рычагов, каждая продольная сторона укрытия имеет не менее двух отверстий площадью S1, отношение которой к площади всего укрытия S2 составляет S1:S2=0,01÷0,05:1, причем отверстия снабжены герметичными крышками, а само укрытие выполнено с теплоизоляцией.

Изобретение относится к устройству для улавливания и удаления отходящих газов алюминиевых электролизеров Содерберга. Устройство содержит газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха, соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, и патрубки.

Изобретение относится к способу удаления фторида водорода из технологического газа, образуемого во время получения алюминия из оксида алюминия. Система газоочистки (1) содержит скрубберную камеру (8, 10, 12) для целей смешивания технологического газа с дисперсным оксидом алюминия, и фильтрующее устройство (24, 26, 28), которое расположено ниже по потоку от скрубберной камеры (8, 10, 12) по отношению к направлению потока технологического газа.

Изобретение относится к очистке отходящих газов электролизеров с обожженными анодами, снабженных системой автоматической подачи глинозема. Линия включает блок сухой очистки, содержащий бункер свежего глинозема, вертикальный реактор - адсорбер, соединенный линией подачи свежего глинозема с бункером и снабженный узлом для подачи отходящих газов, узлом подачи свежего глинозема, узлом подачи отработанного глинозема, рукавный фильтр, состоящий из фильтрационной камеры и бункера-накопителя отработанного глинозема, связанного с бункером фторированного глинозема.
Изобретение относится к способу перестановки штырей на алюминиевом электролизере с верхним токоподводом. .

Изобретение относится к устройству для аспирации газа электролизера с верхним токоподводом для электролитического получения алюминия. .

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для улавливания выбросов при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией укрытий.

Изобретение относится к способу вентиляции электролизера для получения алюминия. Способ включает отведение вентиляционных газов из внутренней зоны, охлаждение по части вентиляционных газов с образованием охлажденных вентиляционных газов, осуществление циркуляции части охлажденных вентиляционных газов во внутреннюю зону, охлаждение всего потока вентиляционных газов, отведенных из внутренней зоны, с использованием первого теплообменника, отведение из первого теплообменника части охлажденных вентиляционных газов, осуществление циркуляции части охлажденных вентиляционных газов во второй теплообменник для их дополнительного охлаждения и осуществление циркуляции части упомянутых дополнительно охлажденных вентиляционных газов во внутреннюю зону. Раскрыт также электролизер, имеющий теплообменники в газоходе. Обеспечивается снижение капитальных затрат и текущих эксплуатационных расходов. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к газосборному устройству алюминиевого электролизера. Газосборное устройство алюминиевого электролизера содержит прямые и угловые секции, подвешенные с помощью зацепов по периметру анодного кожуха. Секции выполнены пустотелыми и между их внутренней и наружной стенками размещен теплоизолирующий слой высотой h, равной 0,7-0,8 высоты H секции газосборного устройства. Обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии на производство алюминия, на 250-400 кВт·ч/т Al. 3 ил.

Изобретение относится к системе и способу сбора неочищенного газа из алюминиевых электролизеров. Система содержит отводные каналы, каждый из которых проточно соединен с соответствующим алюминиевым электролизером из упомянутых алюминиевых электролизеров и выполнен с возможностью транспортирования неочищенного газа от впуска соответствующего отводного канала на электролизере к выпуску соответствующего отводного канала, и первый общий сборный канал, проточно соединенный с упомянутыми отводными каналами на выпусках соответствующих отводных каналов, причем первый общий сборный канал выполнен с возможностью транспортирования неочищенного газа от выпусков отводных каналов к газоочистной установке, первый и второй теплообменники, размещенные в первом и втором отводных каналах, причем первый теплообменник выполнен с возможностью создания гидравлического сопротивления, которое превышает гидравлическое сопротивление второго теплообменника, и передачи тепла от первого отводимого потока неочищенного газа теплопередающей среде в первом теплообменнике, а второй отводной канал соединен с упомянутым общим сборным каналом выше по потоку первого отводного канала относительно потока неочищенного газа в сборном канале. Обеспечивается уменьшение необходимости в регулировании объемных потоков в соответствующих отводных каналах с помощью демпферов и снижение мощности, требуемой для транспортировки неочищенного газа через систему. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к системе и способу сбора неочищенного газа из алюминиевых электролизеров. Система содержит общий сборный канал для проведения потока общего сборного канала неочищенного газа в направлении потока общего сборного канала и отводные каналы, каждый которых имеет впуск, присоединенный к электролизеру для втягивания из него соответствующего отводимого потока неочищенного газа, и выпускной конец, присоединенный к общему сборному каналу, оборудованному совмещающей секцией для совмещения соответствующего отводимого потока с направлением упомянутого потока общего сборного канала, выпускное отверстие и сужение канала для ускорения соответствующего отводимого потока через выпускное отверстие в общий сборный канал, причем каждый из по меньшей мере двух отводных каналов снабжен соответствующим теплообменником, каждый из которых снабжен теплопередающим элементом, расположенным в соответствующем отводимом потоке газа, при этом теплообменники выполнены с возможностью ускорения течения соответствующего отводимого потока в общий сборный канал. Раскрыт способ сбора неочищенного газа посредством упомянутой системы. Обеспечивается уменьшение необходимости регулирования соответствующих отводимых потоков (28d) с помощью демпферов за счет объединенного гидравлического сопротивления совмещающей секции и теплообменника и снижение мощности, требуемой для транспорта неочищенного газа. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу и устройству улавливания SO2, присутствующего в газах, выходящих из ванн для промышленного производства алюминия методом огневого электролиза. Способ осуществляется посредством реакторов, через которые параллельно проходит газовый поток и в которые поступает сорбент типа порошка, с возможностью адсорбции отходов, присутствующих в газовом потоке, при этом каждый из реакторов содержит средства сбора сорбента после вхождения в контакт с газовым потоком, один из реакторов содержит средства удаления сорбента после вхождения в контакт с газовым потоком в средства нагнетания в другой из реакторов, причем между средствами удаления и средствами нагнетания происходит десорбция SO2 из сорбента, который он адсорбировал при вхождении в контакт с газовым потоком до его прохождения в средства удаления. Изобретение обеспечивает эффективное улавливание SO2. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх