Ofenhalle für den Betrieb von Aluminium-Elektrolyseöfen Bei der Schmelzflusselektrolyse des Aluminiums werden bedeutende Wärmemengen frei, die an die Luft abgegeben werden und abgeführt werden müs sen. Die Ofenhalle mit den Elektrolyseöfen muss deshalb für einen raschen Luftwechsel eingerichtet sein; es ist ungefähr eine 30- bis 40fache Lufterneue rung pro Stunde erforderlich. Der Luftwechsel erfolgt meistens ohne künstliche Hilfsmittel, wie Ventilato ren und dergleichen, sondern allein durch den ther mischen Auftrieb der warmen Luft. Zur Durchlüf tung der Ofenhallen sind in den Wänden und im Dach zahlreiche Öffnungen (Türen, Fenster, Dach luken, Kamine) angeordnet.
Anderseits lässt sich bei der Aluminiumelektro lyse ein Verlust an fluorhaltigen Bestandteilen des Elektrolyts in den Abgasen und in Form von Staub nicht vermeiden. Man bemüht sich daher, die Ab gase der Öfen möglichst vollständig zu fassen und zur Rückgewinnung der fluorhaltigen Bestandteile aufzuarbeiten. Die Öfen können nun aber nicht voll ständig geschlossen und abgedichtet werden, da sie zur Bedienung immer wieder geöffnet werden müs sen.
Es kann deshalb trotz Absaugeeinrichtung nicht verhindert werden, dass Abgase und Staub in die Ofenhalle austreten und infolge der Lufterneuerung, die zur Aufrechterhaltung einer für das Ofenbedie nungspersonal erträglichen Temperatur und zur Schaffung befriedigender Luftverhältnisse notwendig ist, ins Freie gelangen. Vielerorts bemüht man sich, die aus der Ofenhalle austretende Luft zu reinigen und hat zu diesem Zweck in Aufbauten am Dachfirst Berieselungsanlagen eingebaut. Es kann aber unter anderem infolge Windeinwirkung nicht verhindert werden, dass ein Teil der verunreinigten Luft auch durch Fenster, Türen und andere Öffnungen austritt, wo sie nicht berieselt wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Ofenhalle für den Betrieb von Aluminium-Elek- trolyseöfen, die auf einfache Weise den notwendigen Luftwechsel bei gleichzeitiger Reinigung der gesam ten austretenden Luft gewährleistet.
Zu diesem Zweck weist die Ofenhalle für den zur Aufrechterhaltung von erträglichen Luftbedingungen notwendigen Luft wechsel in ihrem Boden Öffnungen für die Frischluft zufuhr auf, während im Dachfirst Kamine mit einer Sprühanlage, deren Sprühstrahlen in die Richtung des Luftaustrittes gerichtet sind und eine Injektorwirkung ausüben, so angeordnet sind, dass die warme, auf steigende Luft in natürlichem Zug ohne Zuhilfe nahme von Ventilatoren nur durch diese Kamine entweichen kann, in welchen sie durch die Sprüh strahlen gereinigt wird.
Die Halle kann gegebenen falls noch in den Seitenwänden bis höchstens zu einem Drittel der Höhe vom Hallenboden bis zum Dachfirst Öffnungen für die Frischluftzufuhr auf weisen.
Durch diese Ausbildung der Ofenhalle wird ver hindert, dass verunreinigte Luft unkontrollierbar ins Freie gelangt. Die warme, verunreinigte Luft steigt auf und kann nur durch die Kamine entweichen, in denen sie durch Besprühen, zum Beispiel mit Wasser, von fluorhaltigen und andern Verunreinigungen be freit wird. Die Frischluft tritt infolge des entstehenden Soges durch Öffnungen im Boden der Halle und gegebenenfalls noch im untern Drittel der Hallen wände in die Halle ein; Ventilatoren werden zu die sem Zweck nicht benötigt.
Im Gegensatz zu den bis her bekannten Gasreinigungsanlagen, bei welchen die Abgase in Rohrleitungen von jedem einzelnen Ofen abgesaugt und durch die Waschanlagen gesaugt oder gedrückt werden, erfordert die erfindungsgemässe Ausbildung der Ofenhalle kein solches Gassammel- system mit den dazugehörigen Ventilatoren. Die notwendige Anzahl Luftwechsel pro Stunde hängt selbstverständlich von der Aussentemperatur ab. Ein 50facher Luftwechsel zum Beispiel ist im Winter für das Ofenbedienungspersonal unerträg lich, während er im Hochsommer angenehm sein kann.
Da die Lufterneuerung anderseits von der Temperaturdifferenz zwischen der warmen Hallen luft und der kalten oder weniger warmen Aussenluft und von den Windverhältnissen abhängig ist, kann es vorteilhaft sein, Vorrichtungen zur Regulierung des Lufteintrittes oder des Luftaustrittes oder von beiden gleichzeitig vorzusehen. Die Lufterneuerung ist vom Typ der Elektrolyseöfen und deren Stromstärke un abhängig.
Es wurde festgestellt, dass die Höhe, bis zu der Öffnungen in den Wänden angebracht werden dürfen, ohne dass Luft durch diese Öffnungen austritt, von der Grösse der Lufterneuerung abhängt. Bei einem 30fachen Luftwechsel pro Stunde beträgt diese Höhe zum Beispiel ein Drittel der Hallenhöhe, ge messen vom Ofenflur bis zum Dachfirst. Mit andern Worten, wenn sich bei diesem Luftwechsel Öffnun gen etwa im untern Drittel der Wände befinden, tritt keine Luft aus; im Gegenteil, es tritt Luft infolge des Soges ein. Bei einem 50fachen Luftwechsel dürfen die Öffnungen bis zur halben Hallenhöhe angebracht sein, aber eine solche Ausführung ist nicht zu emp fehlen. Am besten ist es, Öffnungen in den Wänden nur sparsam anzubringen; bei Sturmwind kann es notwendig sein, sie zu schliessen.
Der Gesamtquer schnitt der Luftzutrittsöffnungen ist vorteilhafter weise mindestens doppelt so gross wie der gesamte lichte Querschnitt der Kamine.
Bei der Reinigung der entweichenden Luft in den Kaminen durch Besprühen, zum Beispiel mit Wasser oder einer geeigneten Lösung, zum Beispiel verdünn ter Natronlauge, werden die Fluor enthaltenden Ab gase, insbesondere Fluorwasserstoff, aber auch Schwe feldioxyd und andere Gase gelöst und die staub- förmigen Bestandteile niedergeschlagen. Das die aus der Luft herausgewaschenen Bestandteile enthaltende Wasser wird zweckmässig gesammelt und kann nach bekannten Methoden gereinigt und aufgearbeitet werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Ofenhalle schematisch dar gestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht. Die Ofenhalle 1 ist auf einem Unterbau 2 aufgebaut, zu dem die Aussenluft ungehindert Zutritt hat. Dieser Unterbau kann als Keller unterhalb der Erdoberfläche oder, wie in der Zeichnung, zu ebener Erde liegen. Im ersteren Fall muss durch Luftschächte dafür gesorgt werden, dass genügend Aussenluft eintreten kann.
Die Luft tritt vom Unterbau 2 durch Öffnun gen 3 im Hallenboden 4, die durch Gitter oder Roste abgedeckt sind, in die Ofenhalle 1 ein. Ist kein Unter bau 2 vorhanden, so muss die Luft durch besondere Luftschächte zu den Öffnungen 3 geführt werden. In der Ofenhalle 1 sind in zwei Reihen die Elek- trolyseöfen 5 angeordnet, deren Wannen zum Teil in den Boden 4 eingelassen und gegebenenfalls in den Unterbau absenkbar sind. Der Dachfirst ist mit einem Kaminaufbau 6 versehen, der durch Querwände 7 in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die zum Beispiel eine Länge von 10 m aufweisen.
Die einzelnen Ka minabschnitte sind zweckmässigerweise noch durch eine längslaufende Trennwand 8 unterteilt; dadurch wird vermieden, dass Schlagregen in die Hallen ein dringen kann. Die Kamine können natürlich auch eine andere Form aufweisen. Versuche im Windkanal haben aber ergeben, dass die Kaminform mit Quer wänden gemäss Zeichnung strömungstechnisch am günstigsten ist, wenn sie ungefähr die gleiche Höhe a wie Breite b aufweist. Bei einer Hallenbreite von 25 m genügt zum Beispiel eine . Kaminbreite von 3,5 m.
Wind, der auf die Halle auftrifft, verursacht einen Sog, der die durch Thermik bedingte Luftumwälzung unterstützt. Die Grösse dieses Soges ist am gleich mässigsten bei allen Windrichtungen, wenn das er wähnte Verhältnis von Höhe zu Breite des Kamin aufbaues besteht. Es hat sich ausserdem ergeben, dass es vorteilhaft ist, die Hallenlängsachse in einem Win kel von 30 bis 60 zur Hauptwindrichtung anzuord nen, da dann der Luftwechsel in den Hallen praktisch konstant und unabhängig von der Windstärke bleibt. Aus aerodynamischen Gründen ist eine Dachneigung von ungefähr 30 am günstigsten.
Die einzelnen Kamine können mit Vorrichtungen, zum Beispiel in Form von Schiebern, zur Regulierung der Luftzirkulation versehen sein. Diese Regulierung kann auch durch Änderung des Lufteintrittes im Unterbau der Ofenhalle erfolgen.
In den Kaminen ist eine Sprüheinrichtung an gebracht, zum Beispiel in Form von Röhren, die an eine Druckwasserleitung angeschlossen und mit vielen kleinen Löchern oder Düsen versehen sind, durch welche die Sprühlösung in Richtung des Luftaustrit tes gesprüht wird, so dass durch die Sprühstrahlen eine Injektorwirkung erzeugt wird und gleichzeitig ein praktisch geschlossener Wasservorhang entsteht. Die herabfliessende Lösung wird in einer Sammel- rinne 9 aufgefangen und in die Aufarbeitungsanlage geleitet.
Zur Verhinderung des Entweichens von Wassernebeln, die durch die Besprühung entstehen, können im obern Teil der Kamine Schikanen an geordnet werden, zum Beispiel in Gestalt von Reisig oder mehreren Lagen von Drahtgeflecht, an denen sich die Nebel niederschlagen. Dabei ist darauf zu achten, dass die Anordnung so getroffen wird, dass der Weg zwischen den Düsen und den Schikanen mög lichst lang ist.
Durch die Absorption von Fluorwasserstoff, Schwefeldioxyd usw. entstehen saure Lösungen, die korrodierend wirken. Es ist deshalb von Vorteil, wenn die mit dem Sprühwasser in Berührung kom menden Teile aus einem korrosionsbeständigen Kunst stoff bestehen oder mit einem solchen überzogen sind.
Furnace hall for the operation of aluminum electrolysis furnaces During the fused-salt electrolysis of aluminum, significant amounts of heat are released, which are released into the air and have to be dissipated. The furnace hall with the electrolysis furnaces must therefore be set up for a rapid exchange of air; approximately 30 to 40 air changes per hour are required. The air is usually exchanged without artificial aids such as ventilators and the like, but solely through the thermal lift of the warm air. Numerous openings (doors, windows, roof hatches, chimneys) are arranged in the walls and in the roof for ventilation of the furnace halls.
On the other hand, a loss of fluorine-containing components of the electrolyte in the exhaust gases and in the form of dust cannot be avoided with aluminum electrolysis. Efforts are therefore made to capture the exhaust gases from the ovens as completely as possible and to work them up to recover the fluorine-containing components. The ovens cannot now be closed and sealed completely because they have to be opened again and again to operate.
Despite the suction device, it cannot be prevented that exhaust gases and dust escape into the furnace hall and get outside as a result of the air renewal, which is necessary to maintain a tolerable temperature for the furnace operator and to create satisfactory air conditions. In many places, efforts are being made to clean the air exiting the furnace hall and for this purpose sprinkler systems have been installed in superstructures on the roof ridge. However, due to the action of wind, among other things, it cannot be prevented that part of the polluted air also escapes through windows, doors and other openings where it is not sprinkled.
The present invention relates to a furnace hall for the operation of aluminum electrolysis furnaces, which in a simple manner ensures the necessary air exchange while at the same time cleaning all of the exiting air.
For this purpose, the furnace hall has openings for the fresh air supply in its floor for the air change necessary to maintain tolerable air conditions, while chimneys with a spray system, whose spray jets are directed in the direction of the air outlet and exert an injector effect, are arranged in the roof ridge are that the warm, rising air in a natural draft without the aid of fans can only escape through these chimneys, in which it is cleaned by the spray jets.
If necessary, the hall can also have openings for the fresh air supply in the side walls up to a maximum of one third of the height from the hall floor to the roof ridge.
This design of the furnace hall prevents contaminated air from escaping uncontrollably into the open. The warm, polluted air rises and can only escape through the chimneys, where it is freed of fluorine-containing and other impurities by spraying, for example with water. As a result of the resulting suction, the fresh air enters the hall through openings in the floor of the hall and possibly also in the lower third of the hall walls; Fans are not required for this purpose.
In contrast to the previously known gas cleaning systems, in which the exhaust gases are sucked off in pipelines from each individual furnace and sucked or pushed through the washing systems, the inventive design of the furnace hall does not require such a gas collection system with the associated fans. The number of air changes required per hour naturally depends on the outside temperature. A 50-fold air change, for example, is unbearable for the furnace operating personnel in winter, while it can be pleasant in midsummer.
Since the air renewal depends on the other hand on the temperature difference between the warm indoor air and the cold or less warm outside air and on the wind conditions, it can be advantageous to provide devices for regulating the air inlet or the air outlet or both at the same time. The air renewal is independent of the type of electrolysis furnace and its amperage.
It has been found that the height to which openings can be made in the walls without air escaping through these openings depends on the size of the air renewal. With a 30-fold air change per hour, this height is, for example, a third of the hall height, measured from the furnace floor to the roof ridge. In other words, if there are openings in the lower third of the walls during this air change, no air escapes; on the contrary, air enters as a result of the suction. With a 50-fold air change, the openings may be made up to half the height of the hall, but such a design is not recommended. It is best to make openings in the walls only sparingly; it may be necessary to close it in the event of a storm.
The total cross-section of the air inlet openings is advantageously at least twice as large as the total clear cross-section of the chimneys.
When cleaning the escaping air in the chimneys by spraying, for example with water or a suitable solution, for example diluted caustic soda, the fluorine-containing gases, especially hydrogen fluoride, but also sulfur dioxide and other gases are dissolved and the dusty ones Components knocked down. The water containing the constituents washed out of the air is expediently collected and can be purified and worked up by known methods.
In the drawing, an embodiment of an inventive furnace hall is shown schematically. 1 shows a cross section and FIG. 2 shows a perspective view. The furnace hall 1 is built on a substructure 2 to which the outside air has unhindered access. This substructure can be a basement below the surface of the earth or, as in the drawing, on the ground floor. In the first case, air shafts must be used to ensure that sufficient outside air can enter.
The air enters the furnace hall 1 from the substructure 2 through openings 3 in the hall floor 4, which are covered by grids or grates. If there is no substructure 2, the air must be guided to openings 3 through special air ducts. In the furnace hall 1, the electrolysis furnaces 5 are arranged in two rows, some of which are embedded in the floor 4 and, if necessary, can be lowered into the substructure. The roof ridge is provided with a chimney structure 6, which is divided by transverse walls 7 into several sections, which have a length of 10 m, for example.
The individual Ka min sections are expediently divided by a longitudinal partition 8; this prevents driving rain from penetrating the halls. The chimneys can of course also have a different shape. Tests in the wind tunnel have shown, however, that the chimney shape with transverse walls according to the drawing is the most fluid flow when it has approximately the same height a as width b. For a hall width of 25 m, for example, one is sufficient. Chimney width of 3.5 m.
Wind hitting the hall creates a suction that supports the air circulation caused by thermals. The size of this suction is the most even in all wind directions if the ratio of height to width of the chimney structure mentioned above exists. It has also been found that it is advantageous to arrange the longitudinal axis of the hall at an angle of 30 to 60 to the main wind direction, since the air exchange in the halls then remains practically constant and independent of the wind strength. For aerodynamic reasons, a roof pitch of about 30 is best.
The individual chimneys can be provided with devices, for example in the form of sliders, to regulate the air circulation. This regulation can also take place by changing the air inlet in the substructure of the furnace hall.
In the chimneys a spray device is attached, for example in the form of pipes that are connected to a pressurized water line and are provided with many small holes or nozzles through which the spray solution is sprayed in the direction of the Luftaustrit tes, so that the spray jets have an injector effect and a practically closed water curtain is created at the same time. The solution flowing down is collected in a collecting channel 9 and passed into the processing plant.
To prevent the escape of water mist caused by the spray, baffles can be arranged in the upper part of the chimneys, for example in the form of brushwood or several layers of wire mesh on which the mist is reflected. Make sure that the arrangement is made so that the path between the nozzles and the baffles is as long as possible.
The absorption of hydrogen fluoride, sulfur dioxide etc. creates acidic solutions that have a corrosive effect. It is therefore advantageous if the parts coming into contact with the spray water are made of a corrosion-resistant plastic or are coated with such a material.