RU2448201C1

RU2448201C1 - Recovery method of anode gases from aluminium electrolysis unit

Info

Publication number: RU2448201C1
Application number: RU2010139785/02A
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; Михаил Александрович Пак (RU); Михаил Александрович Пак
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-20

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: recovery method of anode gases involves combustion of anode gas in under-bell space of gas-collecting bell at air supply and removal of anode gases in process conditions, operational treatments of electrolysis unit and anode effects. Combustion of anode gas is performed at air supply through holes made along the perimetre of gas-collecting bell with total surface area of 50% to 100% of total surface area of connection pipes installed in corners of gas-collecting bell. Removal of gases is performed after combustion through connection pipes installed in corners of gas-collecting bell and connected to gas ducts of centralised gas removal system.

EFFECT: increasing gas suction efficiency without sufficient additional costs.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом, и может быть использовано для удаления анодных газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимся анодом, оснащенных системой автоматической подачи сырья.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by an electrolytic method, and can be used to remove anode gases from aluminum electrolytic cells with a self-burning anode, equipped with an automatic feed system.

Существующий на электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом способ колокольного газоотсоса не обеспечивает требуемой эффективности сбора и эвакуации газов, сходящих из-под подошвы анода. Эффективность колокольного газоотсоса, эксплуатируемого в настоящее время, составляет в среднем 75-85%, что недостаточно для достижения норм предельно допустимых выбросов, установленных для Российских алюминиевых заводов.The method of bell gas exhausting existing on electrolyzers with a self-burning anode and top current supply does not provide the required efficiency of collecting and evacuating gases coming from under the bottom of the anode. The efficiency of the bell gas exhaust pump currently in operation is on average 75-85%, which is not enough to achieve the maximum permissible emissions established for the Russian aluminum smelters.

В связи с этим актуален поиск технических решений, позволяющих повысить эффективность колокольного газоотсоса до 93÷95% без существенных дополнительных затрат.In this regard, the search for technical solutions to increase the efficiency of the bell gas exhaust to 93 ÷ 95% without significant additional costs is relevant.

Известен способ удаления анодных газов с дожиганием в горелочном устройстве, установленном на газосборном колоколе (ГСК) электролизера, при котором воздух, поступающий в горелочное устройство, подогревается и поступает в камеру сгорания с температурой около 500°С (авторское свидетельство СССР №466296, м. кл. С25С 3/22, 1973).There is a method of removing anode gases with afterburning in a burner mounted on a gas collection bell (HSC) of an electrolyzer, in which the air entering the burner is heated and enters the combustion chamber with a temperature of about 500 ° C (USSR copyright certificate No. 4666296, m C. C25C 3/22, 1973).

Недостатком известного способа является то, что газ, попадая в менее высокий температурный режим, испытывает так называемые фазовые превращения, т.е. частично переходит в твердые частицы (пыль, смолистые), которые оседают затем на стенках укрытий, в выходном патрубке газосборника. Значительная часть их, не успев сгореть в горелочных устройствах, оседает в газоходах, очистка которых требует больших трудовых затрат.The disadvantage of this method is that the gas, getting into a lower temperature, experiences the so-called phase transformations, i.e. partially passes into solid particles (dust, resinous), which then settle on the walls of the shelters in the outlet pipe of the gas collector. A significant part of them, not having time to burn in burners, settles in the flues, the cleaning of which requires a lot of labor.

С увеличением силы тока процесса электролиза до 170 кА и выше объем анодных газов, выделяющихся от электролизера, увеличился до 70÷110 м³/час, при этом данный способ не способен обеспечить эффективный сбор и эвакуацию возросшего объема анодных газов, сходящих из-под подошвы анода.With an increase in the current strength of the electrolysis process to 170 kA and higher, the volume of anode gases released from the electrolyzer increased to 70 ÷ 110 m ³ / h, while this method is not capable of efficiently collecting and evacuating the increased volume of anode gases coming out from under the sole anode.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ удаления отходящих газов из электролизера, включающий предварительное сжигание под газосборником путем подачи дополнительного воздуха с глиноземом и дожигание газа. Дожигание газа осуществляют путем дополнительной подачи прогретого сжатого воздуха через эжектор в горелочное устройство (патент РФ №1702717, м. кл. С25С 3/12, 1996). В алюминиевом электролизере навешен газосборник по периметру кожуха анода. Поясок кожуха анода снабжен каналом для подачи сжатого воздуха под газосборник и камерой подачи глинозема. Канал соединяет сеть сжатого воздуха и с эжектором. Под газосборник осуществляют подачу воздуха одновременно с глиноземом в соотношении объема воздуха к объему газов электролиза, равном 0,8-1-1,5-1. Одновременно в горелочное устройство подают предварительно прогретый воздух. Анодные газы перед попаданием в горелочное устройство предварительно сжигаются под газосборником путем подачи дополнительного воздуха с глиноземом при давлении 0,05-0,10 атм.The closest in technical essence to the claimed method is a method of removing exhaust gases from the electrolyzer, including preliminary combustion under the gas collector by supplying additional air with alumina and afterburning of gas. The gas afterburning is carried out by additional supply of heated compressed air through the ejector to the burner device (RF patent No. 1702717, class C25C 3/12, 1996). In the aluminum electrolyzer, a gas collector is hung around the perimeter of the anode casing. The belt of the anode casing is equipped with a channel for supplying compressed air under the gas collector and an alumina feed chamber. The channel connects the compressed air network and with the ejector. Under the gas collector, air is supplied simultaneously with alumina in the ratio of the volume of air to the volume of electrolysis gases equal to 0.8-1-1.5-1. At the same time, preheated air is supplied to the burner device. Before entering the burner, the anode gases are preliminarily burned under the gas collector by supplying additional air with alumina at a pressure of 0.05-0.10 atm.

Недостатком известного способа является то, что в случае частичной разгерметизации ГСК и при выполнении технологической обработки электролизера, подача сжатого воздуха под укрытие приведет к выбиванию анодных газов в корпус.The disadvantage of this method is that in the case of partial depressurization of the HSC and when performing technological processing of the electrolyzer, the supply of compressed air under the shelter will lead to the knocking out of the anode gases in the housing.

Одновременная подача воздуха с глиноземом усилит пылеобразование под укрытием, что приведет в процессе эксплуатации к забиванию пылесмоляными и электролитными отложениями газоходных каналов, что создает дополнительное гидравлическое сопротивление движению газов.The simultaneous supply of air with alumina will increase dust formation under cover, which will lead to clogging of duct flues with dust and electrolyte deposits during operation, which creates additional hydraulic resistance to the movement of gases.

Подача прогретого воздуха в горелку под давлением через инжектор увеличит тягу, однако ухудшит условия смешивания анодных газов и воздуха, в результате процесс горения и соответственно процесс термического обезвреживания анодных газов будет не стабильным и не эффективным.The supply of heated air to the burner under pressure through the injector will increase draft, however, it will worsen the mixing conditions of the anode gases and air, as a result, the combustion process and, accordingly, the process of thermal neutralization of the anode gases will be unstable and not effective.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности сбора, дожига и эвакуации анодных газов как при обычной работе электролизера, так и при выполнении технологической обработки.The objective of the invention is to increase the efficiency of collection, afterburning and evacuation of anode gases during normal operation of the electrolyzer, and when performing processing.

Поставленная задача решается тем, что в способе улавливания анодных газов из алюминиевого электролизера, оснащенного системой автоматической подачи глинозема и снабженного газосборным колоколом, навешенным по периметру анодного кожуха, и соединенного с газоходами системы централизованного газоудаления, включающем сжигание анодного газа в подколокольном пространстве газосборного колокола при подаче воздуха и удаление анодных газов при технологическом режиме, операционных обработках электролизера и анодных эффектах, согласно заявляемому способу сжигание анодного газа осуществляют при подаче воздуха через отверстия, выполненные по периметру газосборного колокола, а удаление газов после сжигания производят через патрубки, установленные в углах газосборного колокола и соединенные с газоходами системы централизованного газоудаления.The problem is solved in that in a method for capturing anode gases from an aluminum electrolyzer equipped with an automatic alumina feed system and equipped with a gas collection bell hung around the perimeter of the anode casing, and connected to gas ducts of a centralized gas removal system, including burning anode gas in the bell-shaped space of the gas collection bell air and the removal of anode gases during the technological regime, operating treatments of the electrolyzer and anode effects, according to the application yaemomu anode gas burning method is performed at an intake air through holes formed on the perimeter of the bell the gas collection and removal of gases after combustion produced through nozzles installed in the corners of the gas-collection bell and connected to a central-flue gas exhaust system.

Подачу воздуха осуществляют через отверстия, выполненные по периметру газосборного колокола суммарной площадью от 50% до 100% от суммарной площади патрубков, установленных в углах газосборного колокола.Air is supplied through openings made along the perimeter of the gas collection bell with a total area of 50% to 100% of the total area of the nozzles installed in the corners of the gas collection bell.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в секциях газосборного колокола выполнены отверстия для организованного подсоса воздуха в подколокольное пространство для дожига анодных газов непосредственно под колоколом электролизера, а удаление отходящих газов из алюминиевого электролизера производят организованным газоотсосом со всех четырех углов газосборного колокола при помощи газоотводящих патрубков, расположенных в углах газосборного колокола (ГСК). Суммарная площадь отверстий в секциях ГСК составляет от 50% до 100% от суммарной площади четырех угловых патрубков для отсоса анодных газов.The proposed method differs from the prototype in that the gas collecting bell sections have openings for organized air intake into the under-bell-shaped space for burning anode gases directly under the electrolysis bell, and the exhaust gases are removed from the aluminum electrolytic cell by an organized gas suction from all four corners of the gas collecting bell using gas exhaust pipes located in the corners of the gas collection bell (HSC). The total area of the openings in the sections of the HSC is from 50% to 100% of the total area of the four corner nozzles for suction of the anode gases.

В результате такого решения анодные газы сгорают в более полном объеме непосредственно в зоне высоких температур подколокольного пространства и установка отдельных горелок становится не нужна. Кроме того, высокие скорости воздушных потоков в щелях секций ГСК приводят к тому, что глинозем сдувается с корки и оседает на боковых поверхностях анода, предохраняя его тем самым от дополнительного выгорания. Удаление газов со всех четырех углов позволяет выровнять разрежение по всему подколокольному пространству, предотвращая местные выбивания газов из-под ГСК.As a result of this solution, the anode gases are burned to a fuller extent directly in the high temperature zone of the bell-shaped space and the installation of individual burners becomes unnecessary. In addition, the high air velocity in the slots of the HSC sections leads to the fact that alumina is blown off the crust and settles on the lateral surfaces of the anode, thereby protecting it from additional burnout. The removal of gases from all four angles makes it possible to even out the rarefaction throughout the whole bell-ring space, preventing local gas knocking out from under the HSC.

Ни из патентной, ни из научно-технической литературы не известно использование указанных отличительных признаков с целью увеличения эффективности дожига, сбора и эвакуации анодных газов.Neither from the patent nor from the scientific and technical literature is it known to use these distinguishing features in order to increase the efficiency of afterburning, collection and evacuation of anode gases.

Это позволяет сделать вывод о том, что предложенное техническое решение соответствует критериям «новизна» и «существенные отличия».This allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Способ иллюстрируется фигурами, где на фиг.1 показан вариант осуществления способа для системы газоудаления электролизера Содерберга с верхним токоподводом. На фиг.2 приведена диаграмма разрежения, показывающая распределение разрежения (Па) в подколокольном пространстве и системе удаления газов электролизера.The method is illustrated by figures, in which Fig. 1 shows an embodiment of a method for a gas removal system of an Soderberg electrolyzer with an upper current supply. Figure 2 is a rarefaction diagram showing the distribution of rarefaction (Pa) in the belfry space and the gas removal system of the electrolyzer.

Устройство состоит из ГСК электролизера 1, в котором выполнены отверстия для подсоса воздуха 2. Эвакуация анодных газов производится через газоотводящие патрубки 3, установленные в углах газосборного колокола 1. На ГСК выполнены отверстия 4 для установки системы автоматической подачи глинозема. Газоотводящие патрубки 3 соединены с газоходами системы централизованного газоудаления 5.The device consists of a HSC electrolyzer 1, in which openings are made for air suction 2. Anode gases are evacuated through gas outlet pipes 3 installed in the corners of the gas collection bell 1. Holes 4 are made on the HSC for installing an automatic alumina feed system. The gas outlet pipes 3 are connected to the flues of the centralized gas removal system 5.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В процессе работы алюминиевого электролизера происходит выделение анодных газов, которые поступают под колокольное пространство. Дожигаются анодные газы непосредственно под колоколом электролизера при взаимодействии с воздухом, поступающим через отверстия в газосборном колоколе 2, и удаляются через газоотводящие патрубки 3 в систему газоудаления корпуса 5.In the process of operation of an aluminum electrolyzer, anode gases are released that enter under the bell space. Anode gases are burned directly under the electrolyser bell when interacting with air flowing through the openings in the gas collection bell 2, and are removed through the exhaust pipes 3 to the gas removal system of the housing 5.

ПримерExample

В программе StarCD создана модель и проведены расчеты горения и газодинамики анодных газов с целью проверки эффективности данного способа.A model was created in the StarCD program and calculations of the combustion and gas dynamics of anode gases were performed in order to verify the effectiveness of this method.

Моделировалась система удаления газов из подколокольного пространства с дожигом газов в подколокольном пространстве и с дожитом в горелках. Величина разрежения на выходе системы удаления газов электролизера составляла Р=-270 Па, объем удаляемых газов 650 нм³/ час. Площадь разгерметизации ГСК принята 650 см².A system was developed for removing gases from the bell-shaped space with the afterburning of gases in the bell-shaped space and with surviving burners. The rarefaction value at the outlet of the electrolyzer gas removal system was P = -270 Pa, the volume of the removed gases was 650 nm ³ / h. The depressurization area of HSC was adopted 650 cm ² .

Результаты численных исследований приведены в таблице.The results of numerical studies are given in the table.

Содержание горючих составляющихCombustible content ПрототипPrototype Предлагаемый способThe proposed method Окись углерода, об. %Carbon monoxide, vol. % 0,0860,086 0,0270,027 Водорода, об. %Hydrogen, vol. % 0,002450,00245 0,0008320,000832

Численные исследования показали повышение эффективности дожига анодных газов в среднем в 3 раза по отношению к прототипу. Величина разрежения под ГСК составила Р=-10 Па (фиг.2), что обеспечивает работу электролизера при частичной разгерметизации без выбивания анодных газов в корпус завода.Numerical studies have shown an increase in the efficiency of anode gas afterburning by an average of 3 times in relation to the prototype. The value of the vacuum under the HSC was P = -10 Pa (figure 2), which ensures the operation of the electrolyzer with partial depressurization without knocking out the anode gases into the plant.

Claims

1. The method of trapping anode gases from an aluminum electrolyzer equipped with an automatic alumina feed system and equipped with a gas collection bell hung around the perimeter of the anode casing and connected to the gas ducts of a central gas removal system, including burning anode gas in the bell-shaped space of the gas collection bell when air is supplied and removing the anode gas characterized in that the burning of the anode gas is carried out when air is supplied through openings made around the perimeter of the gas collection bell la, and the removal of the anode gases after combustion is carried out through pipes installed in the corners of the gas collection bell and connected to the gas ducts of the central gas removal system.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air supply is carried out through openings made around the perimeter of the gas collection bell with a total area of 50% to 100% of the total area of pipes installed in the corners of the gas collection bell.