устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера

Формула изобретения

Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с воздухоподводящими щелями, выполненными в нижней части корпуса горелки, и экраном, установленным с возможностью перекрытия воздухоподводящих щелей, отличающееся тем, что экран выполнен в виде полого тонкостенного цилиндра, установленного коаксиально с зазором относительно корпуса горелки и герметично закрепленного в верхней части корпуса горелки по ее круговому периметру, в нижней торцевой части экран открыт и расположен на половине воздухоподводящих отверстий, при этом высота экрана составляет 60% от высоты горелки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам, применяемым для сжигания анодных газов электролизного производства алюминия.

Известно устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее щелевую горелку и цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки (патент РФ №2104337, С25С 3/22, 1996). Теплообменник при этом выполняет и роль теплового экрана, поскольку уменьшаются лучистые потери нижней частью корпуса горелки и воздухоподводящими щелями в окружающую среду.

Недостаток устройства состоит в том, что экран не охватывает среднюю и верхнюю часть горелки, где температура поверхности достигает 400°С и более, и, следовательно, велики теплопотери корпуса горелки. При этом снижается температурный уровень по высоте горелки и эффективность термического обезвреживания вредных составляющих анодного газа.

Другим недостатком аналога является неудобство чистки горелки, особенно в условиях автоматического питания электролизной ванны глиноземом. Пыль забивает воздухоподводящие отверстия и пространство между экраном-теплообменником и корпусом горелки.

За прототип принято устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера (патент РФ №2194096, С25С 3/10, С25С 3/22, 2001). В устройстве имеется горелка с воздухоподводящими щелями и экраном, выполненным в виде заслонок. Экран установлен с возможностью частичного перекрытия воздухоподводящих щелей, выполненных в нижней части корпуса горелки. Заслонки могут перемещаться по круговому периметру горелки и перекрывать различную площадь воздухоподводящих щелей. При этом изменяется расход поступающего в горелку воздуха и количество теплоты, теряемой горелкой лучеиспусканием через воздухоподводящие щели и экран в окружающую среду.

Недостатком устройства является отсутствие экранирования корпуса горелки, вследствие чего имеют место конвективные и лучистые теплопотери, снижающие температурный уровень по высоте горелки и эффективность термического обезвреживания анодного газа.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности термического обезвреживания анодных газов.

Техническим результатом изобретения является повышение степени дожигания горючих компонентов анодного газа, уменьшение выбросов в организованную сеть газоотсоса вредных составляющих анодного газа за счет уменьшения теплопотерь корпусом горелки и частичного подогрева воздуха, поступающего в воздухоподводящие щели горелки.

Для решения поставленной задачи в устройстве для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающем горелку с воздухоподводящими щелями, выполненными в нижней части корпуса горелки, и экраном, установленным с возможностью перекрытия воздухоподводящих щелей, согласно заявляемому изобретению экран выполнен в виде полого тонкостенного цилиндра, установленного коаксиально с зазором относительно корпуса горелки и герметично закрепленного в верхней части корпуса горелки по ее круговому периметру.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки. Горелка снабжена экраном, представляющим собой полый цилиндр из тонкостенной стали. Экран установлен на горелке коаксиально с зазором относительно корпуса горелки. В верхней части экрана зазор герметизирован. В нижней части экрана зазор открыт.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено в разрезе устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера.

Устройство включает корпус горелки 1 с воздухоподводящими щелями 2, выполненными в его нижней части. Экран 3 выполнен в виде тонкостенного цилиндра и загемертизирован в верхней части корпуса горелки 1 узлом герметизации 4. Экран 3 крепится на хомуте 5 винтом 6 с пластиной 7, приваренной к поверхности экрана, и установлен коаксиально относительно корпуса горелки 1 с зазором 8.

Устройство работает следующим образом.

В корпусе горелки 1 в процессе горения анодного газа в зоне воздухоподводящих щелей 2 формируется пламя (факел). Продукты дожигания анодного газа с высоким температурным потенциалом движутся вверх под действием разрежения, создаваемого в газоотсасывающей сети дымососом. Часть тепла продуктов дожигания рассеивается путем теплопередачи (конвекцией, теплопроводностью и излучением) через корпус горелки 1 и экран 3 в горизонтальном направлении в окружающую среду. Часть лучистого теплового потока переизлучается внутренней поверхностью экрана 3 обратно на корпус горелки 1, что предотвращает резкое снижение температурного уровня по высоте устройства. Узел герметизации 4 предотвращает сквозную конвекцию по вертикали в зазоре 8, что приводит к уменьшению тепловых потерь через корпус горелки 1 и экран 3. В нижней части экрана 3 зазор 8 открыт. Воздух частично подогревается в зазоре 8 и нагретым поступает в воздухоподводящие щели 2, повышая температуру факела внутри устройства. Температурный уровень внутри устройства для сжигания повышается, что способствует более полному выгоранию СО, смолистых веществ и бенз(а)пирена.

Экран представляет собой полый цилиндр из тонкостенной стали высотой, составляющей по конструктивным соображениям 60% от высоты горелки. Он установлен на горелке с зазором по периметру в 20-30 мм, что практически исключает свободную конвекцию между корпусом горелки и экраном. В верхней торцевой части зазор герметизирован, например, шнуровым кремнеземистым материалом, металлическим кольцом, разъемными обечайками. В нижней торцевой части экран открыт и расположен на половине высоты воздухоподводящих отверстий. При наличии экрана уменьшаются конвективные и лучистые потери корпусом горелки, обеспечивается частичный подогрев воздуха, поступающего в горелку, тем самым повышается температурный уровень по высоте горелки, эффективность термического обезвреживания анодных газов. Заявленное устройство испытано на опытном участке КрАЗа на пяти электролизерах. Испытания проведены при отсутствии технологических обработок ванн. В ходе экспериментов измерена температура факела (пламени) устройства и дымовых газов в лючке переходного колена устройства обоих полузвеньев электролизеров, а также аэродинамические параметры продуктов дожигания анодного газа в конце продольных газоходов полузвеньев электролизеров на нулевой отметке корпуса электролиза (температура газа, разрежение, скорость и расход газопылевых потоков). Определены концентрации и массовые выбросы в организованную сеть газоотсоса СО, смолистых веществ, пыли и бенз(а)пирена. Средние данные измерений и расчетов по результатам испытаний устройств по прототипу (сопоставительного полузвена) и заявляемого устройства с экранами опытного полузвена электролизеров приведены в таблице.

Таблица
№ пп.	Наименование показателей	Ед. измерений	Значение показателей
			Устройства без экранов	Устройства с экранами
1.	Температура пламени в горелке	°С	741	793
2.	Температура газов в лючке переходного колена	°С	480	502
3.	Температура газов в газоходе	°C	152,5	134,5
4.	Разрежение в газоходе	мм вод.ст.	65,8	59
5.	Расход газопылевых потоков при нормальных условиях	нм 3/час	3453	3605
6.	Массовая концентрация компонентов в газопылевом потоке:
	оксида углерода	мг/нм3	1957,2	1088,31
	пыли	мг/нм 3	883,7	705,11
	смолистых веществ	мг/нм3	86,85	50,44
	бенз(а)пирена	мг/нм3	0,245	0,019
7.	Вынос в систему организованного газоотсоса от 5-ти электролизеров:
	оксида углерода	кг/час	6,76	3,9
	пыли	кг/час	3,05	2,5
	смолистых веществ	кг/час	0,31	0,18
	бенз(а)пирена	кг/час	0,000845	0,0000684
8.	Уменьшение выноса в систему организованного газоотсоса:
	оксида углерода	%	-	41,9
	пыли	%	-	16,7
	смолистых веществ	%	-	41,3
	бенз(а)пирена	%	-	91,9

Установка на устройствах экранов существенно повышает эффективность термического обезвреживания анодных газов. Согласно приведенным данным щелевые горелочные устройства с экранами позволяют уменьшить вынос в систему организованного газоотсоса: СО - на 41,9%, пыли - на 16,7%, смолистых веществ - на 41,3%, бенз(а)пирена - на 91,9%.