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.

Изобретение относится к системе и способу удаления газов из алюминиевого электролизера с предварительно обожженными анодами. Система удаления газов из алюминиевого электролизера, содержащего анодную балку-коллектор, съемные укрытия для выполнения технологических операций и имеющего, по меньшей мере, одно выпускное отверстие газоотводного патрубка в верхней части торца анодной балки, содержит средства для удаления стандартизированного количества газов во время нормальной работы электролизера, средства для удаления увеличенного количества газов при снятии одного или более укрытий, при этом анодная балка-коллектор объединена в единый коллектор с рядом стоящим электролизером и содержит, по меньшей мере, один элемент регулирования объема удаляемых газов, расположенный в газоотводном патрубке, и, по меньшей мере, один датчик измерения фиксируемого параметра в соответствии с заданными технологическими режимами. Удаление увеличенного объема газов регулируют с помощью элементов регулирования в зависимости от выполнения технологических операций, при этом измеряют значения параметров с помощью установленных датчиков, фиксируют эти значения, определяют объем удаляемых выбросов, затем приводят элементы регулирования в положение от 0° до 90°. Обеспечивается снижение выбросов фтора, повышение КПД укрытия электролизера и снижение капитальных и эксплуатационных затрат на газоочистное оборудование и систему газоходов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл.

Изобретение относится к устройству для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера. В устройстве в газоходных каналах установлены пластины, разделяющие газоходные каналы на четыре зоны забора анодных газов - две с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, и две с торца, противоположного торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки. Высота газоходного канала в каждой из четырех зон уменьшается к торцу балки-коллектора, противоположному торцу, соединенному с системой газоочистки, а высота установки обтекателей над впускными отверстиями увеличивается. Соотношение высоты установки последнего обтекателя в зоне торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, к высоте газохода в этом сечении равно соотношению высоты первого обтекателя в зоне с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, к высоте газоходного канала в этом сечении. Изобретение обеспечивает возможность выровнить газодинамическое сопротивление в отдельных зонах системы удаления газов при частичной разгерметизации электролизера во время замены анодов и выливки металла. 3 ил.

Изобретение относится к системе сухой очистки отходящего газа электролитического производства алюминия с нижним газоподводом. Система содержит пылеочиститель, дно которого сообщено с передним коллектором пылеочистителя через газоподводящую трубу пылеочистителя, реактор многоточечного типа, расположенный в газоподводящей трубе пылеочистителя, средство распределения глинозема, расположенное между реактором многоточечного типа и накопительным бункером свежего глинозема и соединенное с упомянутым реактором распределительным желобом, средство подачи глинозема, расположенное между средством распределения глинозема и накопительным бункером свежего глинозема, накопительный бункер фторсодержащего глинозема, возвратный желоб, средство подъема материала по возвратному желобу, выходной коллектор, выпускную трубу, воздуходувку и вытяжную трубу, причем верхняя часть пылеочистителя сообщена с выходным коллектором пылеочистителя через выпускную трубу пылеочистителя, а выходной коллектор пылеочистителя соединен с вытяжной трубой через воздуходувку, трубопровод расположен ниже пылеочистителя, предусмотрен подводящий возвратный трубопровод, соединенный со средством подъема глинозема по возвратному желобу и с накопительным бункером фторсодержащего глинозема. Обеспечивается снижение капиталовложений, повышение эффективности, снижение энергопотребления системы. 14 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройству для сбора и удаления отходящих газов алюминиевых электролизеров Содерберга. Устройство содержит газосборный колокол, на продольных сторонах и в угловой части которого установлены патрубки, соединенные трубопроводами между собой и через коллектор с корпусной системой газоочистки посредством газоходных спусков электролизера, отверстия для подачи воздуха, при этом отношение высоты патрубков, расположенных на продольных сторонах газосборного колокола, к высоте патрубков, расположенных в угловой части газосборного колокола, составляет 1:(2-5). Отверстия для подачи воздуха в зону горения выполнены на боковых стенках патрубков на высоте, равной по меньшей мере половине длины основания патрубков. Обеспечивается полное дожигание анодных газов, выделяющихся под устройством без интенсивного износа и забивания трубопровода и выгорания анода. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу защиты обожженного анода алюминиевого электролизера при производстве алюминия электролитическим способом в электролизерах с обожженным анодом. Способ включает загрузку укрывного материала на сторону анода, обращенную к фланцевому листу катодного устройства электролизера, в два этапа, при этом первый слой укрывного материала загружают на выемку, выполненную в аноде на высоте h от его основания и шириной В, равной 0,05-0,1 длины L угольного анодного блока, с образованием угла α1, равного 37-42°, между верхней границей укрывного материала и горизонтальной плоскостью, а после спекания укрывного материала и образования на его поверхности прочной корки на нее загружают второй слой укрывного материала на высоту Н-h с образованием угла α2, равного 55-60°, между верхней границей укрывного материала и горизонтальной плоскостью, где Н - высота анода, h - высота анода от его основания до выемки. Обеспечивается повышение степени защиты анода. 1 ил.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-08-10 2015-08-09T00:07:08
Наверх