RU2603524C1

RU2603524C1 - Device for collection and removal of gases from aluminium electrolysis cell

Info

Publication number: RU2603524C1
Application number: RU2015122917/02A
Authority: RU
Inventors: Андрей Васильевич Завадяк; Илья Иванович Пузанов; Валерий Георгиевич Шадрин; Евгений Яковлевич Гиберт; Ярослав Александрович Третьяков; Михаил Михайлович Морозов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2016-11-27

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to a device for collection and removal of gases from aluminium electrolysis unit. In device in gas channels there are plates, dividing gas channels into four intake zone of anode gases - two at end of beam-manifold, connected to gas cleaning system, and two at end opposite to end of beam-manifold, connected to gas cleaning system. Height of gas channel in each of four zones decreases to end of beam-manifold, opposite to end connected to gas cleaning system, and height of installation of fairings above inlet holes increases. Ratio of installation height of last fairing in area of end of beam-manifold connected to gas cleaning system, to gas channel height in said section equals ratio of height of first fairing in zone at end of beam-manifold, opposite to end connected to gas cleaning system, to height of gas channel in said section.

EFFECT: invention enables to align gas-dynamic resistance in separate zones of gas removal system with partial depressurisation of electrolysis cell during replacement of anodes and metal tapping.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза, и может быть применено для удаления газов из алюминиевых электролизеров.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis, and can be used to remove gases from aluminum electrolysis cells.

Известно устройство (патент SU 1473718, С25С 3/20, опубл. 15.04.1989), в котором балка-коллектор разделена по высоте на несколько зон забора анодных газов из электролизера с помощью горизонтальных перегородок разной длины, причем каждая зона удаления газов распространяет свое действие на длину коллектора, равную примерно ширине двух боковых створок укрытия электролизера. Пространство между двумя соседними перегородками образуют заранее заданные каналы для удаления газов из каждой зоны всасывания. Регулирование газоудаления производится с помощью установленных в каждом канале температурных датчиков и поворотных заслонок. Основной целью работы устройства является автоматическое регулирование интенсивности газоудаления при различных режимах работы электролизера.A device is known (patent SU 1473718, С25С 3/20, publ. 04/15/1989), in which the collector beam is divided in height into several zones of anode gas intake from the electrolyzer using horizontal partitions of different lengths, with each gas removal zone spreading its effect by a collector length equal to approximately the width of the two side flaps of the electrolyser cover. The space between two adjacent partitions is formed by predetermined channels for removing gases from each suction zone. Exhaust gas regulation is carried out using temperature sensors and rotary dampers installed in each channel. The main purpose of the device is to automatically control the intensity of gas removal at various modes of operation of the cell.

К недостаткам устройства, прежде всего, следует отнести разделение газоходного канала балки-коллектора перегородками на систему параллельных каналов постоянного сечения, что увеличивает потери энергии газового потока по длине канала в несколько раз. Для преодоления большой величины сопротивления потребуется обеспечить значительное разрежение. Кроме того, установленные внутри каждого канала шиберы создают дополнительное сопротивление и способствуют оседанию глинозема в каналах. Работа шиберов либо будет затруднена воздействием высокой температуры, абразивных частиц, фтористых соединений и магнитного поля, либо будет невозможна. В связи с тем что внутренняя полость коллектора разделена сплошными горизонтальными перегородками, исключается возможность подачи сырья в зону продольной оси электролизера и возможность установки токоведущих перемычек между анодными шинами, то есть исключается возможность применения технических решений, касающихся систем питания электролизеров глиноземом и модернизации конструкции анодной ошиновки.The disadvantages of the device, first of all, include the separation of the gas duct of the collector beam by partitions into a system of parallel channels of constant cross section, which increases the energy loss of the gas stream along the channel several times. To overcome a large resistance value, significant vacuum is required. In addition, the gates installed inside each channel create additional resistance and contribute to the settling of alumina in the channels. The operation of gates will either be hindered by exposure to high temperature, abrasive particles, fluoride compounds and a magnetic field, or it will be impossible. Due to the fact that the inner cavity of the collector is separated by continuous horizontal partitions, the possibility of supplying raw materials to the zone of the longitudinal axis of the electrolyzer and the possibility of installing current-carrying jumpers between the anode buses are excluded, that is, the possibility of applying technical solutions regarding the alumina feed systems of electrolysis and modernizing the design of the anode busbar is excluded.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для сбора и удаления выделяющихся газов из алюминиевого электролизера с обожженными анодами (патент RU 2385975, С25С 3/22, опубл. 10.04.2010), оснащенное системой автоматической подачи сырья с пробойниками, содержащее балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы газоходные каналы переменного сечения, высота которых возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, между вертикальными стенками балки-коллектора, между пробойниками установлены пластины с образованием постепенно сужающихся вверх входных каналов, снабженных на входе в газоходный канал обтекателями, выполненными с уменьшением высоты их поперечного сечения к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, вертикальные двойные стенки газоходного канала соединены между собой поперечной пластиной, в которой выполнены отверстия, при этом в торце балки-коллектора, соединенном с системой газоочистки, газоходные каналы объединены с образованием выходного канала, площадь поперечного сечения которого не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов, а в торце балки-коллектора, противоположном торцу, соединенному с системой газоочистки, газоходные каналы объединены между собой с помощью дополнительно установленных пластин с образованием всасывающего отверстия для газов над зоной забора металла.Closest to the claimed invention is a device for collecting and removing released gases from an aluminum electrolyzer with calcined anodes (patent RU 2385975, С25С 3/22, publ. 04/10/2010), equipped with an automatic feed system with punches, containing a collector beam with a top and lower stiffening belts and vertical double walls, between which in the upper part of the collector beam along the vertical walls gas ducts of variable cross section are formed, the height of which increases towards the end of the collector beam, connected to the gas purification system, between the vertical walls of the collector beam, between the punches, plates are formed with the formation of input channels gradually tapering upwards, equipped with fairings at the entrance to the gas duct, made to reduce the height of their cross section to the end of the collector beam connected to the gas purification system, the vertical double walls of the gas duct are interconnected by a transverse plate in which the holes are made, while at the end of the collector beam connected to the gas system sewers, gas ducts are combined to form an outlet channel, the cross-sectional area of which is not less than the sum of the maximum cross-sectional areas of the gas ducts, and at the end of the collector beam opposite the end connected to the gas cleaning system, the gas ducts are combined using additionally installed plates with the formation of a suction hole for gases above the metal intake zone.

Недостаток данного устройства заключается в том, что высота установки обтекателей настраивается из условия равномерного удаления газов по длине электролизера в межоперационном режиме работы. При выполнении операции замены анодов и выливки металла происходит частичная разгерметизация укрытия электролизера и значительное локальное увеличение объема газа под укрытием. Впускные каналы в зоне разгерметизации не справляются с удалением газов, т.к. настроены на удаление меньшего объема газов. Наличие только одной зоны регулирования, настроенной на работу в межоперационный период, в случае частичной разгерметизации электролизера не обеспечивает перераспределение объема газов между отдельными участками системы удаления газов и равномерное удаление газов на каждом из них. Кроме того, при выполнении операции замены анодов требуется многократное увеличение разрежения на входе в газоходные каналы. Система удаления газов во время выполнения операций работает неэффективно.The disadvantage of this device is that the installation height of the fairings is adjusted from the condition of uniform removal of gases along the length of the cell in an inter-operational mode of operation. When performing the operation of replacing the anodes and pouring the metal, partial depressurization of the electrolyser cover and a significant local increase in the gas volume under the cover occur. The inlet channels in the depressurization zone do not cope with the removal of gases, because configured to remove less gas. The presence of only one regulation zone configured to work in the interoperational period, in the case of partial depressurization of the electrolyzer, does not ensure the redistribution of the volume of gases between individual sections of the gas removal system and the uniform removal of gases on each of them. In addition, when performing the operation of replacing the anodes, a multiple increase in vacuum at the inlet to the gas ducts is required. The gas removal system is inefficient during operations.

В основу изобретения положена задача, заключающаяся в повышении эффективности удаления газов с электролизера при выполнении операций замены анодов и выливки металла с электролизера.The basis of the invention is the task of increasing the efficiency of removing gases from the electrolyzer during the operation of replacing the anodes and pouring metal from the electrolyzer.

Техническим результатом изобретения является выравнивание газодинамического сопротивления в отдельных зонах системы удаления газов при частичной разгерметизации электролизера во время замены анодов и выливки металла.The technical result of the invention is the equalization of gas-dynamic resistance in separate zones of the gas removal system during partial depressurization of the electrolyzer during the replacement of anodes and metal casting.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера с обожженными анодами, оснащенном системой автоматической подачи сырья с пробойниками, содержащем балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы газоходные каналы переменного сечения, высота которых возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, при этом между вертикальными стенками балки-коллектора, между пробойниками установлены пластины с образованием постепенно сужающихся вверх входных каналов с обтекателями на входе в газоходный канал, выполненными с уменьшением высоты их поперечного сечения к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, а вертикальные двойные стенки газоходного канала соединены между собой поперечной пластиной, в которой выполнены отверстия, при этом в торце балки-коллектора, соединенном с системой газоочистки, газоходные каналы объединены с образованием выходного канала, площадь поперечного сечения которого не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов, а в торце балки-коллектора, противоположном торцу, соединенному с системой газоочистки, газоходные каналы объединены между собой с помощью дополнительно установленных пластин с образованием всасывающего отверстия для газов над зоной забора металла, согласно заявляемому изобретению 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, при этом 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, причем 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.The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in a device for collecting and removing gases from an aluminum electrolyzer with calcined anodes, equipped with an automatic feed system with punches, comprising a collector beam with upper and lower stiffness belts and vertical double walls, between which are in the upper part collector beams along vertical walls formed gas ducts of variable cross section, the height of which increases to the end of the collector beams connected to the gas system sources, while between the vertical walls of the collector beam, between the punches, plates are installed with the formation of input channels gradually tapering upwards with fairings at the entrance to the gas duct, made with a decrease in the height of their cross section to the end of the collector beam connected to the gas purification system, and vertical the double walls of the gas duct are interconnected by a transverse plate in which the holes are made, while in the end of the collector beam connected to the gas cleaning system, the gas duct combined with the formation of the outlet channel, the cross-sectional area of which is not less than the sum of the maximum cross-sectional areas of the gas ducts, and at the end of the collector beam opposite the end connected to the gas cleaning system, the gas ducts are combined with each other using additionally installed plates to form a suction port for gases above the metal intake zone, according to the claimed invention, plates are installed in the gas ducts dividing the gas ducts into four intake zones anode gases - two from the end of the collector beam connected to the gas treatment system, and two from the end opposite to the end of the collector beam connected to the gas treatment system, while the height of the gas duct in each of the four zones decreases to the end of the collector beam opposite the end connected to the gas cleaning system, and the installation height of the fairings above the inlet increases, and the ratio of the installation height of the last fairing in the area of the end face of the beam-collector connected to the gas cleaning system to the height the gas duct in this section is equal to the ratio of the height of the first fairing in the area from the end of the collector beam, opposite the end connected to the gas cleaning system, to the height of the gas duct in this section.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображено устройство для сбора и удаления газов, на фиг. 2 - продольный разрез устройства в изометрии, на фиг. 3 - поперечный разрез устройства.The invention is illustrated by the following drawings. In FIG. 1 shows a device for collecting and removing gases, FIG. 2 is a longitudinal section of the device in isometry; FIG. 3 is a cross-sectional view of the device.

Устройство для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 и укрытия электролизера 2. Балка-коллектор содержит вертикальные двойные стенки 3, а также верхний 4 и нижний 5 пояса жесткости. В верхней части балки-коллектора 1 вдоль вертикальных двойных стенок 3 образованы два газоходных канала 6 переменного сечения постоянной ширины. В соединенном с системой газоочистки торце балки-коллектора 1 газоходные каналы 6 объединяются, образуя один выходной канал 7, при этом площадь поперечного сечения канала 7 должна быть не менее суммы максимальных площадей поперечного сечения газоходных каналов 6. В нижних стенках газоходных каналов 6 выполнены впускные отверстия 8, над которыми расположены обтекатели 9 направленного действия. Всасывающие отверстия 10, выполненные в нижнем поясе жесткости 5, соединены с впускными отверстиями 8 входными каналами 11, имеющими форму купола. В нижнем поясе жесткости 5 балки-коллектора 1 с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, выполнено отверстие 12 для поступления газов в газоходные каналы при осуществлении выливки металла. В газоходных каналах переменного сечения 6 установлены регулировочные пластины 13, объединяющие три входных канала 4а, 4b, 4с в зону забора газа с торца балки-коллектора 1, соединенного с системой газоочистки. Входные каналы 3а, 3b, 3с и отверстие в зоне выливки металла 12 образуют зону забора металла с торца балки-коллектора, противоположного торцу, соединенному с системой газоочистки, с которого осуществляется выливка металла.A device for collecting and removing gases consists of a collector beam 1 and a shelter of the electrolyzer 2. The collector beam contains vertical double walls 3, as well as upper 4 and lower 5 stiffness belts. In the upper part of the beam-collector 1 along the vertical double walls 3 are formed two gas ducts 6 of variable cross section of constant width. At the end of the beam-collector 1 connected to the gas cleaning system, the gas ducts 6 are combined to form one outlet channel 7, while the cross-sectional area of the duct 7 should be at least the sum of the maximum cross-sectional areas of the gas ducts 6. Inlet openings are made in the lower walls of the gas ducts 6 8, over which are located radomes 9 directional action. The suction holes 10, made in the lower stiffening belt 5, are connected to the inlet holes 8 of the input channels 11 having the shape of a dome. In the lower stiffness belt 5 of the beam-collector 1 from the end of the beam-collector, opposite the end connected to the gas purification system, a hole 12 is made for the entry of gases into the gas ducts during metal pouring. In the gas ducts of variable cross section 6, adjusting plates 13 are installed, combining the three inlet channels 4a, 4b, 4c into the gas intake zone from the end of the collector beam 1 connected to the gas treatment system. The inlet channels 3a, 3b, 3c and the hole in the casting zone 12 form a metal intake zone from the end of the collector beam, opposite the end connected to the gas cleaning system from which the metal is cast.

В межоперационном режиме работы электролизера, выделяющиеся газы поднимаются вверх, проходя через отверстия 10, попадают во входные каналы 11, откуда, проходя впускные отверстия 8, через обтекатели 9 оказываются в газоходных каналах 6 в верхней части балки-коллектора 1, по которым транспортируются вдоль электролизера к каналу 7 и далее в систему газоочистки.In the inter-operational mode of operation of the electrolyzer, the released gases rise upward, passing through the openings 10, enter the inlet channels 11, from where, passing the inlet openings 8, through the fairings 9 are in the gas ducts 6 in the upper part of the collector beam 1, which are transported along the electrolyzer to channel 7 and further to the gas treatment system.

В режиме замены анодов электролизер частично разгерметизируется в одной из зон забора газа, либо с одного из торцов балки-коллектора. В результате разрежение, создаваемое газоочисткой на входном канале 7, перераспределяется между четырьмя зонами забора газов 6а, 6b, 6с, 6d. По длине каждой зоны посредством обтекателей 9 выравнивается газодинамическое сопротивление. В результате выравнивания сопротивления в каждой зоне обеспечивается равномерное удаление газов без образования застойных зон. Отсутствие застойных зон под укрытием 1 электролизера и равномерное удаление газов через входные каналы 11 в каждой зоне исключают выбивание газов в корпус.In the anode replacement mode, the electrolyzer is partially depressurized in one of the gas intake zones, or from one of the ends of the collector beam. As a result, the vacuum created by the gas purification at the inlet channel 7 is redistributed between the four gas intake zones 6a, 6b, 6c, 6d. The length of each zone by means of fairings 9 equalizes the gas-dynamic resistance. The equalization of resistance in each zone ensures uniform removal of gases without the formation of stagnant zones. The absence of stagnant zones under the shelter 1 of the cell and the uniform removal of gases through the inlet channels 11 in each zone exclude the knocking of gases into the housing.

В процессе выливки металла из электролизера газы удаляются через отверстия 12 и 10, образующие зону забора металла с торца, противоположного торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоочистки, и далее через газоходные каналы 6 транспортируются в систему газоочистки. Объединение каналов 3а, 3b, 3с и отверстия 12 в единую зону забора газов с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, позволяет обеспечить необходимую величину разрежения в этой зоне. Посредством обтекателей 9 выравнивается газодинамическое сопротивление в зоне забора металла с торца балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки, что исключает образование застойных зон и выбивание газов из-под укрытия электролизера.In the process of pouring metal from the electrolyzer, gases are removed through openings 12 and 10, forming a metal intake zone from the end opposite the end of the collector beam connected to the gas treatment system, and then transported through gas ducts 6 to the gas treatment system. The combination of channels 3a, 3b, 3c and openings 12 into a single zone of gas intake from the end of the collector beam connected to the gas purification system allows us to provide the necessary rarefaction in this zone. By means of fairings 9, the gas-dynamic resistance is aligned in the zone of metal intake from the end of the collector beam connected to the gas purification system, which eliminates the formation of stagnant zones and gas knocking out from under the electrolyzer.

В результате такой установки обтекателей и разделения газохода на отдельные зоны, газодинамическое сопротивление выравнивается по длине каждой из четырех зон, а также по длине всего электролизера. При частичной разгерметизации укрытия объем удаляемых газов вначале перераспределяется между отдельными зонами, затем равномерно удаляется по длине каждой из них.As a result of such installation of fairings and separation of the gas duct into separate zones, the gas-dynamic resistance is aligned along the length of each of the four zones, as well as along the length of the entire cell. With partial depressurization of the shelter, the volume of exhaust gases is initially redistributed between the individual zones, then evenly removed along the length of each of them.

Claims

A device for collecting and removing gases from an aluminum electrolytic cell with calcined anodes, equipped with an automatic feed system with punches and a gas cleaning system, comprising a collector beam with upper and lower stiffness belts and vertical double walls, between which in the upper part of the collector beam along vertical walls gas ducts of variable cross section are formed, the height of which increases to the end of the collector beam connected to the gas purification system, while between the vertical walls of the beam plates and between the punch plates are installed with the formation of input channels gradually tapering upwards with fairings at the entrance to the gas duct, made with a decrease in the height of their cross section to the end of the collector beam connected to the gas cleaning system, and the vertical double walls of the gas duct are connected by a transverse plate in which the holes are made, while in the end of the collector beam connected to the gas cleaning system, the gas ducts are combined to form an outlet channel, area l whose cross-section is not less than the sum of the maximum cross-sectional areas of the gas ducts, and at the end of the collector beam opposite the end connected to the gas cleaning system, the gas ducts are interconnected by means of additionally installed plates with the formation of a suction hole for gases above the metal intake zone, characterized in that it is equipped with plates for dividing the gas ducts into four zones of anode gas intake, two of which are installed from the end of the collector beam pa connected to the gas purification system, and two from the end opposite the end of the collector beam connected to the gas purification system, while the height of the gas duct in each of the four zones decreases to the end of the collector beam opposite the end connected to the gas purification system, and the installation height of the fairings above the inlet increases, and the ratio of the installation height of the last fairing in the area of the end face of the collector beam connected to the gas cleaning system to the height of the gas duct in this section is equal to the ratio iju height of the first shroud in the zone of an end-beam collector, the opposite end connected to the gas cleaning system to a height of the flue gas channel section.