RU2218453C1

RU2218453C1 - Apparatus to collect and remove gases of aluminum electrolyzer

Info

Publication number: RU2218453C1
Application number: RU2002112293A
Authority: RU
Inventors: А.П. Спиридонов; Ю.Н. Колосов; Т.Ю. Толкачева
Original assignee: Открытое акционерное общество "Всероссийский алюминиево-магниевый институт"
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, winning of aluminum by electrolysis. SUBSTANCE: technical result of invention consists in increased efficiency of apparatus to collect and remove gases from electrolyzers with one-way gas suction with their lateral arrangement in body, in provision for application of optimal designs of system and bus arrangement. Gear includes beam-collector with vertical walls, upper and lower rigidity belts and ducts to collect and remove gases with suction windows. Vertical walls of beam-collector are double walls intended to form two ducts to collect and remove gases located in upper part of beam- collector, Limiters forming suction slot of constant width and variable height are installed with inclination in each duct. Height of ducts grows towards butt of beam- collector connected to gas suction system. EFFECT: increased efficiency of apparatus. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis.

Известен патент СССР 1473718, выданный французской фирме "Алюминиум Пешине", "Способ автоматического управления вытяжкой электролизных ванн для производства алюминия и устройство для его осуществления". Согласно рисунку, представленному в описании к патенту, внутренняя полость балки-коллектора разделена по высоте на пять зон всасывания газов с помощью горизонтальных перегородок разной длины (пластин), причем каждая зона всасывания распространяет свое действие на длину коллектора, равную примерно ширине двух боковых створок укрытия электролизера. Пространства 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. Known USSR patent 1473718, issued to the French company "Aluminum Pechine", "A method for automatically controlling the extraction of electrolysis baths for the production of aluminum and a device for its implementation." According to the figure presented in the description of the patent, the internal cavity of the collector beam is divided in height into five gas suction zones using horizontal partitions of different lengths (plates), each suction zone extending its effect on the length of the collector, equal to approximately the width of the two side wings of the shelter electrolyzer. The spaces between two adjacent partitions form predetermined channels for removing gases from each suction zone, which converge into a common collector connected to a central suction device.

Регулирование объема отсасываемых каждым каналом газов производится с помощью температурных датчиков - термопар и поворотных заслонок (шиберов), установленных в каждом из каналов. The volume of gases sucked by each channel is regulated by temperature sensors - thermocouples and rotary dampers (gates) installed in each channel.

Из заголовка и приведенного в патенте описания видно, что основной целью работы является автоматическое регулирование интенсивности газоотсоса при различных режимах работы электролизера. From the title and the description given in the patent, it is evident that the main purpose of the work is to automatically control the intensity of the gas pump under various operating conditions of the electrolyzer.

К недостаткам устройства можно отнести следующее:
- в связи с тем, что внутренняя полость коллектора разделена сплошными (от стенки до стенки) горизонтальными перегородками практически по всей его длине, полностью исключается возможность установки во внутренней полости коллектора системы автоматизированного питания электролизера глиноземом с сетью сжатого воздуха для ее пневмоцилиндров. Кроме этого, представленная система газоотсоса с перегородками 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 (техническое решение по а. с. 990881). По этим причинам рассматриваемая конструкция могла бы применяться только в электролизерах устаревших конструкций без системы АПГ и с ошиновкой без распорок, как это было вначале семидесятых годов;
- разделение полости коллектора на всасывающие зоны с помощью горизонтальных перегородок обеспечивает равномерность газоотсоса по длине электролизера лишь приблизительно, т.к. приблизительными являются сами зоны всасывания;
- при "забивании" одного из каналов осадками глинозема, который неизбежно присутствует в значительном количестве в потоке отсасываемых из электролизера газов, нарушается работа всей системы вследствие перераспределения потоков по каналам. То же самое происходит при отказе одного из многочисленных элементов автоматического регулирования интенсивности газоотсоса;
- сложность конструкции балки-коллектора, технологические трудности при изготовлении, связанные с точностью установки перегородок внутри коллектора.The disadvantages of the device include the following:
- due to the fact that the inner cavity of the collector is divided by continuous (wall to wall) horizontal partitions practically along its entire length, the possibility of installing an automated alumina feed system for the electrolyzer with a compressed air network for its pneumatic cylinders is completely excluded. In addition, the presented gas exhaust system with partitions does not allow the use of the anode busbar, in which movable current-carrying bus packets located along the side walls of the collector are interconnected for stiffness by spacers passing through the walls of the collector through special windows (technical solution a.s. 990881 ) For these reasons, the design in question could be used only in electrolyzers of obsolete designs without an APG system and with a tire without spacers, as was the case in the early seventies;
- the separation of the collector cavity into the suction zones using horizontal partitions ensures the uniformity of the gas pump along the length of the cell only approximately, because approximate are the suction zones themselves;
- when one of the channels is clogged with precipitation of alumina, which is inevitably present in a significant amount in the stream of gases sucked from the electrolyzer, the operation of the entire system is disrupted due to the redistribution of flows through the channels. The same thing happens when one of the many elements of automatic control of the intensity of the gas pump fails;
- the complexity of the design of the beam-collector, technological difficulties in manufacturing, associated with the accuracy of the installation of partitions inside the collector.

Известно анодное устройство электролизера с обожженными анодами по а. с. 975839, принятое за прототип, согласно которому газы, выделяющиеся в процессе электролиза, собираются в балке коллекторе и удаляются из нее в цеховую систему газоотсоса через газоходы, выполненные в виде каналов постоянного сечения и расположенные под пакетами шин анодной ошиновки вдоль днища по всей длине сторон коллектора. При этом в его днище выполнены газозаборные окна, а каналы на выходе из коллектора соединены с камерами смешения газовых потоков. Данная конструкция широко используется в настоящее время в алюминиевой промышленности в электролизерах с двухсторонней системой газоотсоса при продольном их расположении в корпусе электролизера. В этом случае весь объем выделяющихся газов удаляется по каналам коллектора через оба торца электролизера влево и вправо, следовательно, в каждом направлении удаляется половина всего обьема газов, что позволяет иметь каналы с небольшими проходными сечениями при заданных скоростях транспортирования газов в пределах 10-12 м/с (большие скорости применять нецелесообразно из-за уноса глинозема). Known anode device of the electrolytic cell with calcined anodes on a. from. 975839, adopted as a prototype, according to which the gases released during the electrolysis process are collected in the collector beam and removed from it into the gas extraction shop system through gas ducts made in the form of channels of constant section and located under the anode busbar packs along the bottom along the entire length of the collector sides . At the same time, gas sampling windows are made in its bottom, and channels at the outlet of the collector are connected to gas mixing chambers. This design is currently widely used in the aluminum industry in electrolyzers with a two-sided gas extraction system with their longitudinal arrangement in the electrolyzer body. In this case, the entire volume of evolved gases is removed through the collector channels through both ends of the electrolyzer to the left and to the right, therefore, in each direction, half of the total volume of gases is removed, which makes it possible to have channels with small passages at given gas transportation speeds in the range of 10-12 m / s (high speeds are impractical due to the entrainment of alumina).

Описанная система газоотсоса отвечает предъявляемым требованиям при продольном расположении электролизеров в корпусе, но не может быть применена в электролизерах с поперечным их расположением в корпусе, когда удаление полного обьема газов производится только через один торец электролизера. В этом случае при сохранении прежних скоростей транспортирования газов 10-12 м/с, для электролизера той же мощности необходимо иметь каналы, проходное сечение которых должно быть в два раза больше. The described gas suction system meets the requirements for a longitudinal arrangement of electrolysers in the housing, but cannot be used in electrolyzers with their transverse arrangement in the housing, when the full volume of gases is removed only through one end of the electrolyzer. In this case, while maintaining the previous gas transportation speeds of 10-12 m / s, for an electrolyzer of the same power, it is necessary to have channels whose passage section should be twice as large.

При увеличении мощности электролизера возрастает и его объем выделяющихся газов, следовательно, увеличиваются объемы газоотсоса. Так, если для электролизеров на силу тока 175 кА объем газоотсоса составляет 8000 куб. м/час, то для электролизера на силу тока 300 кА объем газоотсоса составляет 13000 куб./м/час, т.е. возрастает в 1,625 раза. Таким образом, проходные сечения каналов для удаления газов в электролизерах на 300 кА при поперечном расположении в корпусе с односторонним газоотсосом в сравнении с каналом электролизеров на 175 кА с двусторонним газоотсосом должны быть увеличены как минимум в 3,25 раза, что не представляется возможным выполнить без принципиальных изменений конструкций и компоновочных решений анодной ошиновки и системы АПГ, сопрягаемых с коллектором. With increasing capacity of the electrolyzer, its volume of released gases also increases, therefore, the volumes of the gas pump increase. So, if for electrolyzers a current of 175 kA, the volume of the gas pump is 8000 cubic meters. m / h, then for an electrolyzer with a current strength of 300 kA, the volume of the gas suction pump is 13,000 cubic / m / h, i.e. increases by 1.625 times. Thus, the cross-sections of the channels for removing gases in electrolytic cells by 300 kA with a transverse arrangement in the case with a one-sided gas pump in comparison with the channel of electrolyzers by 175 kA with a double-sided gas pump should be increased by at least 3.25 times, which is not possible to do without fundamental changes in the designs and layout decisions of the anode busbar and the APG system mating with the collector.

Технической задачей изобретения является увеличение эффективности (повышение КПД) устройства сбора и удаления газов в электролизерах с односторонним газоотсосом при их поперечном расположении в корпусе, сохраняя при этом возможность для применения оптимальных технических решений по конструкциям системы АПГ, анодной ошиновки и др. An object of the invention is to increase the efficiency (increase efficiency) of a device for collecting and removing gases in electrolyzers with a one-sided gas pump with their transverse arrangement in the housing, while maintaining the ability to apply optimal technical solutions for the design of the APG system, anode busbar, etc.

Поставленная техническая задача решается выполнением устройства для сбора и удаления выделяющихся из алюминиевого электролизера газов, содержащего 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. The stated technical problem is solved by the implementation of a device for collecting and removing gases emitted from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with vertical walls, upper and lower stiffening belts and channels for collecting and removing gases with suction windows, in which the vertical walls of the collector beam are double for the formation of two channels for collecting and removing gases located in the upper part of the collector beam, in each of which limiters are installed obliquely, forming a suction gap tinuous variable width and height, wherein the height of the channel increases towards the end of the beam collector connected to the gas suction system.

В связи с тем что в устройстве каналы для сбора и удаления газов расположены между двойными стенками по боковым сторонам коллектора, внутренняя полость коллектора в средней зоне остается полностью свободной для размещения системы автоматизированного питания с суточным запасом глинозема. Кроме этого, так как каналы расположены в верхней части коллектора, под его верхним поясом, то поверхности стенок в нижней части свободны для выполнения сквозных окон для установки распорок анодной ошиновки. Due to the fact that in the device the channels for collecting and removing gases are located between the double walls on the sides of the collector, the internal cavity of the collector in the middle zone remains completely free to accommodate an automated power system with a daily supply of alumina. In addition, since the channels are located in the upper part of the collector, under its upper belt, the surface of the walls in the lower part are free to make through windows for installing struts of the anode busbar.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного газоотсоса по всей длине электролизера и повышение его эффективности при одновременном снижении сопротивления в системе. The technical result of the invention is the provision of a uniform gas extraction along the entire length of the cell and increasing its efficiency while reducing the resistance in the system.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - продольный разрез коллектора;
на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, which depict:
figure 1 is a longitudinal section of the collector;
figure 2 is a cross section aa in figure 1.

Конструкция устройства для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 с двойными вертикальными стенками 2, верхним 3 и нижним 4 поясами жесткости. Пространства между двойными стенками образуют каналы 5, которые имеют ограничители 6, между которыми остается щель 7 постоянной ширины. Ограничители 6 (угольники, приваренные навстречу друг другу) устанавливают по длине наклонно и, таким образом, получаются каналы 5 переменной высоты (переменного сечения), которые оканчиваются в торце коллектора выходными патрубками 8, соединяющимися далее с цеховой системой газоотсоса. The design of the device for collecting and removing gases consists of a beam-collector 1 with double vertical walls 2, upper 3 and lower 4 stiffness belts. The spaces between the double walls form channels 5, which have limiters 6, between which there remains a gap 7 of constant width. The limiters 6 (angles welded towards each other) are set obliquely along the length and, thus, channels 5 of variable height (variable section) are obtained, which end at the end of the collector with outlet pipes 8, which are further connected to the workshop exhaust system.

В процессе работы электролизера выделяющиеся газы свободно поднимаются вверх и попадают в пространство между двойными стенками 2, проходят в щель 7 между ограничителями 6 и оказываются в каналах 5, по которым транспортируются вдоль электролизера к выходному патрубку 8 и далее в цеховую систему газоотсоса. In the process of operation of the electrolyzer, the released gases freely rise up and fall into the space between the double walls 2, pass into the gap 7 between the limiters 6 and end up in the channels 5 through which they are transported along the electrolyzer to the outlet pipe 8 and further to the shop exhaust system.

Высота каналов 5 возрастает от одного торца коллектора к другому, к выходному патрубку 8, пропорционально возрастанию выделяющегося количества газов от одного торца электролизера (начальная точка отсчета) к другому, обеспечивая равномерный отсос газов по всей длине. The height of the channels 5 increases from one end of the collector to the other, to the outlet pipe 8, in proportion to the increase in the emitted amount of gases from one end of the cell (the starting point) to the other, ensuring a uniform exhaustion of gases along the entire length.

Другим преимуществом данного устройства является то, что газы на пути движения в пределах электролизера практически не меняют своего направления, т.е. отсутствуют различные изгибы каналов. Another advantage of this device is that the gases in the path of movement within the cell practically do not change their direction, i.e. there are no various bends of the channels.

Поэтому данная система обладает достаточной эффективностью с малым сопротивлением, а это прямо отражается на мощности дымососов, с помощью которых транспортируются газы по магистралям в систему газоочистки, а также создает предпосылки для снижения выбросов в атмосферу электролизного корпуса. Therefore, this system has sufficient efficiency with low resistance, and this directly affects the power of smoke exhausters, with the help of which gases are transported through the mains to the gas cleaning system, and also creates the prerequisites for reducing emissions into the atmosphere of the electrolysis cell.

Claims

A device for collecting and removing gases emitted from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with vertical walls, upper and lower stiffening belts and channels for collecting and removing gases with suction windows, characterized in that the vertical walls of the collector beam are double for the formation of two channels for collecting and removing gases located in the upper part of the collector beam, in each of which limiters are installed obliquely, forming a suction slot of constant width and variable height, m, the height of the channels increases to the end of the collector beam connected to the gas exhaust system.