RU2443804C1

RU2443804C1 - Device for collecting and removing gases from soderberg aluminium electrolyser

Info

Publication number: RU2443804C1
Application number: RU2010141366/02A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Викторович Архипов (RU); Геннадий Викторович Архипов; Виктор Христьянович Манн (RU); Виктор Христьянович Манн; Виталий Валерьевич Пингин (RU); Виталий Валерьевич Пингин; Владимир Константинович Фризоргер (RU); Владимир Константинович Фризоргер; Ярослав Александрович Третьяков (RU); Ярослав Александрович Третьяков; Александр Геннадьевич Архипов (RU); Александр Геннадьевич Архипов; Валерий Георгиевич Шадрин (RU); Валерий Георгиевич Шадрин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-02-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: gas collecting and removing device includes gas collecting bell suspended along the perimetre of anode jacket and connected to gas ducts of centralised gas removal system. At least two connection pipes connected via pipelines to each other and to gas ducts of centralised gas removal system are installed on longitudinal sides of gas collecting bell diagonally and asymmetrically. One of the connection pipes is located in corner part of gas collecting bell. Connection pipes are made so that area of outlet hole of a connection pipe in relation to inlet hole is decreased. Air supply holes are made in the zone of gas collecting bell, which is adjacent to installation places of connection pipes, in the installation zone of system of spring-hydraulic shock absorber and on its end surfaces. Ratio of area of outlet hole of connection pipe to inlet hole is 20÷25.

EFFECT: reduction of emissions of anode gases to the housing; excluding the blocking of gas channels of gas removal system at afterburning of anode gases in the space below the bell.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к оборудованию для электролитического получения алюминия, а конкретно к устройствам для улавливания и удаления отходящих газов алюминиевых электролизеров Содерберга.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to equipment for the electrolytic production of aluminum, and in particular to devices for trapping and removing exhaust gases from aluminum Soderberg electrolyzers.

Улавливание и удаление газов от алюминиевых электролизеров Содерберга осуществляется в основном газосборным колоколом (ГСК), выполненным из навесных секций, укрепленных на нижней части анодного кожуха. На угловых секциях по диагонали имеются патрубки, на которых установлены горелочные устройства для сжигания анодных газов. Питание алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками проводится через отверстия в корке, образованные пробойниками устройства автоматического питания глиноземом (АПГ).The capture and removal of gases from Soderberg aluminum electrolyzers is carried out mainly by a gas collection bell (HSC) made of hinged sections mounted on the bottom of the anode casing. On the corner sections diagonally there are nozzles on which burner devices for burning anode gases are installed. The aluminum electrolyzer is fed with alumina and corrective additives through openings in the crust formed by the punches of the automatic alumina (APG) feed device.

Известно устройство для удаления газов алюминиевого электролизера, содержащее газосборный колокол, выполненный из отдельных прямых и угловых навесных секций укрытия в виде камер, образующих совместно с анодом канал, по которому удаляются газообразные продукты электролиза на дожигание и очистку [А.И.Басов, Ф.П.Ельцев. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981, с.401-405].A device for removing gases of an aluminum electrolyzer containing a gas collection bell made of separate direct and angular mounted sections of the shelter in the form of chambers, forming together with the anode a channel through which gaseous products of electrolysis are removed for afterburning and cleaning [A.I. Basov, F. P. Yeltsov. Handbook of mechanics of non-ferrous metallurgy plants. M .: Metallurgy, 1981, p. 40-405].

Недостатком конструкции устройства-аналога является незначительная площадь вертикальных и горизонтальных сечений укрытия, вследствие чего скорость анодного газа и частиц пылевого потока высокая, чем обусловлено отложение частиц пылевого потока в системе организованного отсоса и в угловых секциях. Работа пробойника АПГ при подаче глинозема увеличивает содержание пыли в газовом потоке, что приводит к зарастанию каналов системы удаления газов глиноземом.The disadvantage of the design of the analog device is the insignificant area of the vertical and horizontal sections of the shelter, as a result of which the speed of the anode gas and the particles of the dust stream is high, due to the deposition of particles of the dust stream in the organized suction system and in the corner sections. The operation of the APG punch while feeding alumina increases the dust content in the gas stream, which leads to overgrowth of the channels of the gas removal system with alumina.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, включающее газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха и соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, горелки для сжигания газов, систему трубопроводов, а также вторую ступень улавливания газов, выполненную в виде замкнутого по всему периметру анода коллектора с патрубками. (Авторское свидетельство СССР №269494, МПК C22D 3/02, 1965).Closest to the claimed invention in technical essence is a device for collecting and removing gases from an aluminum Soderberg electrolytic cell, including a gas collection bell, hung around the perimeter of the anode casing and connected to the gas ducts of the central gas removal system, gas burners, piping system, as well as the second stage of capture gases, made in the form of a collector with nozzles closed around the entire perimeter of the anode. (USSR author's certificate No. 269494, IPC C22D 3/02, 1965).

Недостатком устройства-прототипа является то, что подколокольное пространство ГСК сообщается через канал, представляющий собой сквозную щель, которая в процессе эксплуатации забивается пылесмоляными и электролитными отложениями, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газов. В итоге камера сгорания в горелке для сжигания газов, оказывается «изолированной» от подколокольного пространства. Диффузорная (каплевидная) форма камеры сгорания делает практически невозможной ее очистку от отложений в процессе эксплуатации электролизера.The disadvantage of the prototype device is that the HSC podkolokolnaya space is communicated through a channel, which is a through gap, which during operation is clogged with dust and electrolyte deposits, which creates additional hydraulic resistance to gas movement. As a result, the combustion chamber in the burner for burning gases turns out to be “isolated” from the pop-up space. The diffuser (drop-shaped) shape of the combustion chamber makes it almost impossible to clean it from deposits during the operation of the electrolyzer.

В случае разгерметизации газосборного колокола анодные газы без дожигания удаляются через вторичное укрытие. Смолистые вещества, содержащиеся в анодных газах, приведут к зарастанию газоходных каналов.In the case of depressurization of the gas collection bell, the anode gases are removed through the secondary cover without afterburning. The resinous substances contained in the anode gases will lead to overgrowth of the ducts.

В основу изобретения положена задача разработки устройства для сбора и удаления анодных газов из алюминиевого электролизера Содерберга, которое позволяло бы снизить количество выбросов анодных газов в корпус и исключить забивание газоходных каналов системы удаления газов глиноземом при условии дожигания анодных газов в подколокольном пространстве.The basis of the invention is the development of a device for collecting and removing anode gases from an Soderberg aluminum electrolysis cell, which would reduce the amount of anode gas emissions into the casing and prevent clogging of the ducts of the gas removal system with alumina, provided that the anode gases were burned in the bells.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга, оснащенного системой автоматической подачи глинозема (АПГ), включающем газосборный колокол, навешенный по периметру анодного кожуха и соединенный с газоходами системы централизованного газоудаления, согласно заявляемому изобретению, на газосборном колоколе на продольных сторонах диагонально ассиметрично установлены не менее двух патрубков, соединенных между собой и газоходами системы централизованного газоудаления трубопроводами, при этом один из патрубков расположен в угловой части газосборного колокола, и патрубки выполнены с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, а в газосборном колоколе, в зоне, прилегающей к местам установки патрубков, в зоне установки системы АПГ и с торцевых сторон, выполнены отверстия для подачи воздуха.The problem is solved in that in the device for collecting and removing gases from the aluminum electrolyzer of Soderberg, equipped with an automatic alumina feeding system (APG), including a gas collection bell, hung around the perimeter of the anode casing and connected to the gas ducts of the centralized gas removal system, according to the claimed invention, on the gas collection the bell on the longitudinal sides of the diagonal asymmetrically installed at least two nozzles connected to each other and the gas ducts of the centralized gas removal system pipelines, while one of the nozzles is located in the corner of the gas collection bell, and the pipes are made with a decrease in the area of the outlet of the pipe with respect to the inlet, and in the gas collection bell, in the area adjacent to the places of installation of the pipes, in the installation area of the APG system and end faces, holes for air supply are made.

Соотношение площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному может составлять 20÷25.The ratio of the area of the outlet of the nozzle with respect to the inlet can be 20 ÷ 25.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки:In relation to the prototype of the proposed device has the following distinctive features:

- Не менее двух патрубков на продольных сторонах газосборного колокола выполнены с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному и установлены диагонально ассиметрично. Патрубки соединены между собой и с корпусной системой удаления газов трубопроводами.- At least two nozzles on the longitudinal sides of the gas collection bell are made with decreasing area of the outlet opening of the nozzle relative to the inlet and are installed diagonally asymmetrically. The nozzles are interconnected and with the case system of gas removal by pipelines.

- В зоне расположения патрубков и АПГ, а также с торцевых сторон электролизера, в секциях газосборного колокола выполнены отверстия, через которые под укрытие поступает воздух.- In the area where the nozzles and the gas generator are located, as well as from the ends of the electrolyser, holes are made in the gas collecting bell sections through which air enters under the shelter.

Использование патрубков, выполненных с уменьшением площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, т.е. ссужающихся патрубков по ходу удаления отходящих газов и установленных диагонально ассиметрично, увеличивает скорость газовых потоков в газоходных каналах и уменьшает скорость газовых потоков в зоне забора газа из-под укрытия, в результате попадание пылевидных частиц будет снижено, что приведет к уменьшению зарастания газоходных каналов.The use of nozzles made with decreasing the area of the outlet of the nozzle relative to the inlet, i.e. the converging nozzles along the exhaust gas discharge and installed diagonally asymmetrically increases the gas flow rate in the gas ducts and reduces the gas flow velocity in the gas intake zone from under the shelter, as a result, the ingress of dust particles will be reduced, which will lead to a decrease in overgrowing of the gas ducts.

Поступающие под газосборный колокол воздушные струи направлены перпендикулярно потоку анодных газов и выполняют две функции:Air jets coming under the gas collection bell are directed perpendicular to the flow of anode gases and perform two functions:

- снижение скорости газового потока в зоне работы пробойника АПГ и в зоне забора газов из-под укрытия газосборного колокола;- reducing the gas flow rate in the area of operation of the APG punch and in the zone of gas intake from under the shelter of the gas collection bell;

- дожигание анодных газов в подколокольном пространстве.- afterburning of the anode gases in the bells;

В результате большая часть частиц глинозема осядет под укрытием, трубопроводы не будут зарастать смолистыми веществами и частицами глинозема.As a result, most of the alumina particles will settle under cover; pipelines will not be overgrown with tarry substances and alumina particles.

Соотношение площади выходного отверстия патрубка по отношению к входному, т.е. степень сужения патрубков, равная К=20÷25, обеспечивает под колокольным пространством величину разряжения, достаточную для исключения выбивания газов в корпус, как при полной герметизации ГСК, так и в случае частичной разгерметизации.The ratio of the area of the outlet of the nozzle with respect to the inlet, i.e. the degree of narrowing of the nozzles, equal to K = 20 ÷ 25, provides a vacuum value under the bell-shaped space that is sufficient to exclude gas being knocked out into the casing, both when the HSC is completely sealed and in case of partial depressurization.

Выполненные в газосборном колоколе отверстия, через которые под укрытие поступает воздух, обеспечивают снижение скорости газового потока в зоне работы пробойника АПГ и в зоне забора газов из-под укрытия и используются для дожигания анодных газов в подколокольном пространстве.The openings made in the gas collection bell through which air enters the shelter provide a decrease in the gas flow rate in the working area of the APG punch and in the gas intake zone from under the shelter and are used for afterburning anode gases in the annular space.

Из патентной и научно-технической литературы не известно использование указанных отличительных признаков с целью увеличения эффективности сбора и удаления анодных газов. Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».From the patent and scientific and technical literature it is not known to use these distinguishing features in order to increase the efficiency of the collection and removal of anode gases. This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Устройство удаления газов поясняется фигурой.The gas removal device is illustrated by a figure.

На фигуре представлен общий вид устройства удаления газов алюминиевого электролизера.The figure shows a General view of the device for removing gases of an aluminum electrolyzer.

Устройство для удаления газов из алюминиевого электролизера Содерберга включает ссужающие патрубки, установленные на продольной стороне 1 и угловой части 2 газосборного колокола 3. Основание каждого ссужающего патрубка 1, 2 представляет собой входное отверстие в секции ГСК. Патрубки 1, 2 соединены между собой трубопроводами 4, подсоединенными к выходным отверстиям патрубков. Каждая пара ссужающихся патрубков 1, 2 соединена трубопроводом с корпусной системой газоочистки 5. В газосборном колоколе 3 выполнены отверстия 6 в зоне, прилегающей к местам установки патрубков 1, 2, в зоне установки системы АПГ 7 и с торцевых сторон.The device for removing gases from the aluminum electrolyzer of Soderberg includes a supply pipe installed on the longitudinal side 1 and corner part 2 of the gas collection bell 3. The base of each supply pipe 1, 2 is an inlet in the HSC section. The nozzles 1, 2 are interconnected by pipelines 4 connected to the outlet openings of the nozzles. Each pair of converging nozzles 1, 2 is connected by a pipeline to the gas purification system 5. In the gas collection bell 3 holes 6 are made in the area adjacent to the places of installation of the nozzles 1, 2, in the installation area of the APG 7 system and from the end sides.

В процессе работы алюминиевого электролизера происходит выделение анодных газов, которые поступают в подколокольное пространство газосборного колокола 3, дожигаются при взаимодействии с воздухом, поступающим через отверстия 6 в газосборном колоколе, и удаляются через ссужающие патрубки 1, 2 под действием разряжения, создаваемого дымососами газоочистных сооружений. Воздушные струи, поступающие через отверстия 6 в зоне работы АПГ, установки патрубков и на торцах электролизера, создают дополнительное сопротивление для движения анодных газов, снижая скорость их движения.In the process of operation of the aluminum electrolyzer, anode gases are released, which enter the annular space of the gas collection bell 3, are burned up when interacting with air entering through the openings 6 in the gas collection bell, and are removed through the supply pipes 1, 2 under the action of the discharge created by the smoke exhausts of the gas treatment plants. Air jets entering through openings 6 in the area of operation of the gas generator, installation of nozzles and at the ends of the electrolyzer create additional resistance to the movement of the anode gases, reducing their speed.

Предложенная конструкция обеспечивает работу электролизера без зарастания смолистыми веществами и частицами глинозема трубопроводов устройства для удаления газов, уменьшает попадание пылевого потока в систему организованного удаления газа, обеспечивает полное дожигание анодных газов перед попаданием их в систему газоочистки.The proposed design ensures the operation of the electrolytic cell without overgrowing with resinous substances and alumina particles in the pipelines of the gas removal device, reduces the ingress of dust into the organized gas removal system, and ensures the complete afterburning of the anode gases before they enter the gas purification system.

Результаты математического моделирования, выполненные в программе StarCD, показали, что использование заявляемого устройства обеспечивает достаточную величину разряжения под ГСК для удаления анодных газов из-под газосборного колокола электролизера, как при полной герметизации ГСК, так и при частичной разгерметизации ГСК, тем самым решает проблему снижения выбросов в атмосферу корпуса электролиза.The results of mathematical modeling performed in the StarCD program showed that the use of the inventive device provides a sufficient amount of vacuum under the HSC to remove anode gases from the gas collecting bell of the electrolyzer, both with full sealing of the HSC and with partial depressurization of the HSC, thereby solving the problem of reducing emissions into the atmosphere of the electrolysis housing.

Claims

1. A device for collecting and removing gases from an aluminum electrolyzer of Soderberg, equipped with an automatic alumina feeding system (APG), including a gas collection bell, hung around the perimeter of the anode casing and connected to the gas ducts of the centralized gas removal system, characterized in that the diagonal is asymmetrically on the longitudinal sides of the gas collection bell. at least two nozzles are installed, connected by pipelines to each other and the gas ducts of the centralized gas removal system, while one of the nozzles is located It is married in the corner of the gas collection bell, the pipes are made with decreasing the area of the pipe outlet in relation to the inlet, and in the zone of the gas collection bell adjacent to the places of installation of the pipes, holes for air supply are made in the installation area of the APG system and from its end sides.

2. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of the area of the outlet of the nozzle with respect to the inlet is 20-25.