RU2668617C1 - Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell - Google Patents
Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2668617C1 RU2668617C1 RU2017140384A RU2017140384A RU2668617C1 RU 2668617 C1 RU2668617 C1 RU 2668617C1 RU 2017140384 A RU2017140384 A RU 2017140384A RU 2017140384 A RU2017140384 A RU 2017140384A RU 2668617 C1 RU2668617 C1 RU 2668617C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- height
- channel
- collecting
- main
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/22—Collecting emitted gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для уменьшения объемов удаляемых газов от электролизера при сохранении высокой эффективности удаления в межоперационный период и при выполнении технологических операций на электролизере, связанных с разгерметизацией укрытий.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum in electrolytic cells with prebaked anodes, and can be used to reduce the volume of removed gases from the electrolysis cell while maintaining high removal efficiency in the interoperation period and when performing technological operations on the electrolyzer associated with depressurization of shelters.
Уровень техникиState of the art
Известно устройство, в котором газосборный колпак контактирует с коркой в месте отверстия в корке. Целью данного изобретения является сбор отходящих газов из электролизера для очистки фтористых компонентов глинозема. (Патент США 4,770,752 (1988 г. )).A device is known in which the gas cap is in contact with the crust at the location of the hole in the crust. The aim of this invention is the collection of exhaust gases from the electrolyzer for the purification of fluorine components of alumina. (U.S. Patent 4,770,752 (1988)).
Недостатки известного устройства заключаются в том, что данное изобретение имеет ограничения с точки зрения техобслуживания системы подачи глинозема, расположенного внутри колпака, и возможных повреждений во время замены анодов, поскольку колпак находится близко к анодам и к корке.The disadvantages of the known device are that this invention has limitations from the point of view of maintaining the alumina feed system located inside the cap and possible damage during the replacement of the anodes, since the cap is close to the anodes and to the crust.
Известно устройство, в котором в межоперационный период удаляется стандартизованное количество технологических газов и увеличенное количество технологических газов при открывании крышек анодного кожуха, путем включения дополнительного вытяжного вентилятора. Внутри укрытия установлена разделительная стенка для направления потоков вверх в газовые каналы для снижения выбросов в корпус (патент RU 2251593 С2, МПК С25С 3/20, опубл. 15.11.2000 г. ).A device is known in which a standardized amount of process gases and an increased amount of process gases are removed during the interoperational period when opening the covers of the anode casing by turning on an additional exhaust fan. Inside the shelter there is a separation wall for directing upward flows into the gas channels to reduce emissions into the housing (patent RU 2251593 C2, IPC
Недостатком устройства-аналога является то, что при разгерметизации электролизера, поток воздуха, затягиваемый под укрытие, перемещает электролизные газы вдоль электролизера и создает под нижним фланцем балки-коллектора застойные области с повышенной концентрацией электролизных газов. В этих областях газы выбиваются в рабочую зону корпуса электролизера через зазоры между анодными штангами и фланцем, а также через зазоры между щитами укрытия.A disadvantage of the analog device is that when the electrolyzer is depressurized, the air flow drawn in under the shelter moves the electrolysis gases along the electrolyzer and creates stagnant regions with an increased concentration of electrolysis gases under the lower flange of the collector beam. In these areas, gases are knocked out into the working area of the cell body through the gaps between the anode rods and the flange, as well as through the gaps between the shelter shields.
Известно устройство для сбора и удаления газов из алюминиевого электролизера по патенту RU 2553137, С25С 3/22 опубл. 10.06.2015, содержащее балку-коллектор, имеющую верхний и нижний пояса жесткости и двойные вертикальные стенки, между которыми в верхней части балки-коллектора вдоль вертикальных стенок образованы основные газоходные каналы переменного сечения с конфузорами, расположенными вдоль продольной оси балки-коллектора над анодами, одним концом закрепленными на входе в обтекатель, а другим с отверстиями в нижнем поясе жесткости, высота основных газоходных каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенного с системой газоочистки. Между верхним и нижним поясами жесткости симметрично продольной оси балки-коллектора расположены два дополнительных газоходных канала переменного сечения, соединенные с нижним поясом жесткости с помощью конфузоров, снабженных заслонками и расположенных вдоль продольной оси над анодами между конфузорами основного газоходного канала, при этом с лицевой стороны каждый основной газоходный канал имеет конфузор, установленный в зоне забора металла.A device for collecting and removing gases from an aluminum electrolyzer according to the patent RU 2553137,
Недостатком предлагаемого устройства является то, что в устройстве предусмотрено локальное повышение разрежения в зоне замены анодов, без выравнивания разрежения под всем укрытием. Для этого включаются дополнительные газоходы, соединенные с конфузорами, которые снабжены автоматическими заслонками. Через проемы, где сняты створки для замены анода, под укрытие затягивается большой объем воздуха с образованием вихревых потоков распределяющихся под всем укрытием. В результате в других зонах укрытия конфузоры не справляются с удалением газов, и газ через неплотности укрытия будет выбиваться в корпус.Предлагаемое устройство не обеспечивает эффективное удаление газов при выполнении операции замены анодов.The disadvantage of the proposed device is that the device provides a local increase in vacuum in the area of replacement of the anodes, without equalization of the vacuum under the entire shelter. For this, additional gas ducts are connected, connected to the confusers, which are equipped with automatic shutters. Through the openings where the shutters were removed to replace the anode, a large volume of air is drawn into the shelter with the formation of vortex flows distributed under the entire shelter. As a result, in other areas of the shelter, the confusers cannot cope with the removal of gases, and gas through the leaks of the shelter will be knocked out into the housing. The proposed device does not provide effective removal of gases during the operation of replacing the anodes.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для сбора горячего газа, отходящего в процессе электролиза, предложенное в патенте WO 2010/033037 А1., МПК С25С 3/22, опубл. 25.03.2010 г., взятое за прототип. В устройстве колпак для удаления газов расположен непосредственно над отверстием в корке и обеспечивает меньший суммарный объем газа отводимого из электролизера с большей концентрацией СО2 и повышенной температурой, что позволяет сократить количество газоочистных установок и повысить потенциал теплообмена. Кроме того, газосборный колпак имеет, как минимум, два входа, т.е. его стенки выполнены двойными. Скорость всасывания между двойными стенками значительно превышает скорость в центре колпака, что формирует дополнительную тягу, которая создает искусственную «воздушную стену», обеспечивающую более эффективный сбор отходящих газов и снижает помехи со стороны поперечных потоков.Closest to the claimed invention by its technical nature is a device for collecting hot gas exhausted during electrolysis, proposed in patent WO 2010/033037 A1., IPC
Недостатки устройства-прототипа:The disadvantages of the prototype device:
В конструкции колпака прототипа эффективное удаление электролизных газов обеспечивается двойными стенками, которые создают искусственную «воздушную стену» и снижают помехи со стороны поперечных потоков. В этом случае смещение колпаков в сторону от пробойников сделает удаление газов не эффективным, а размещение колпака непосредственно над отверстием в корке приведет, в результате работы в агрессивной среде, к повреждению механизмов регулирования потоков отражателя и питателя электролизера.In the design of the cap of the prototype, the effective removal of electrolysis gases is provided by double walls, which create an artificial “air wall” and reduce interference from the side of transverse flows. In this case, the displacement of the caps away from the punches will make the gas removal not efficient, and the placement of the cap directly above the hole in the crust will lead, as a result of operation in an aggressive environment, to damage to the mechanisms for regulating the reflector and electrolyzer feeder flows.
Желательный диапазон размещения колпака над коркой от 10 до 1000 мм, определяется скоростью уноса глинозема и возможностью проведения операции замены анодов. Для выполнения этого условия необходимо изменение высоты установки колпака при различных операциях, что нарушает герметичность, устройства удаления газов.The desired range of cap placement over the crust from 10 to 1000 mm is determined by the rate of alumina entrainment and the possibility of anode replacement operation. To fulfill this condition, it is necessary to change the cap height during various operations, which violates the tightness of the gas removal device.
Для эффективного удаления газа от электролизера необходимо обеспечить равные объемы удаления газов от всех колпаков, размещенных под укрытием электролизера. Для этого величины разрежения на входе в каждый колпак должны быть одинаковыми, однако в устройстве прототипа система, регулирующая равномерный забор газа под укрытием электролизера, отсутствует.To effectively remove gas from the cell, it is necessary to ensure equal volumes of gas removal from all caps placed under the shelter of the cell. For this, the rarefaction values at the inlet to each cap should be the same, however, in the prototype device there is no system regulating the uniform gas intake under the electrolyser cover.
В устройстве по WO 2010/033037 колпак для сбора технологических газов может быть установлен рядом с питателем, а не представлять с ним единое целое. В этом случае большая часть газов будет затягиваться на периферии колпака, однако для этого необходимо обеспечить равномерный забор газов по длине основания колпака.In a device according to WO 2010/033037, a hood for collecting process gases can be installed next to the feeder, and not be a single unit with it. In this case, most of the gases will be drawn on at the periphery of the cap, however, for this it is necessary to ensure uniform intake of gases along the length of the base of the cap.
При выполнении операции замены анодов открываются крышки укрытия и воздух, затягиваемый через образовавшийся проем, образует вихревые потоки, которые смещают газ в один из торцов электролизера, колпаки в этой зоне не справятся с удалением увеличенного объема газа. Кроме того, «воздушная стена» препятствует затягиванию поперечных потоков газа, выделяющегося через образовавшиеся большие разломы корки электролита, в месте удаляемых анодов.When performing the anode replacement operation, shelter covers open and air drawn in through the formed opening forms vortex flows that displace gas to one of the ends of the electrolyzer; caps in this zone cannot cope with the removal of the increased gas volume. In addition, the "air wall" prevents the drawing of transverse streams of gas released through the formed large faults of the electrolyte crust at the place of the removed anodes.
Таким образом, устройство прототипа не позволяет эффективно удалять электролизные газы, как в межоперационном режиме работы электролизера, так и при выполнении технологических операций. Кроме того, оборудование, размещенное под укрытием, испытывает большие нагрузки со стороны агрессивной среды.Thus, the prototype device does not allow to effectively remove electrolysis gases, both in the interoperational mode of operation of the electrolyzer, and when performing technological operations. In addition, equipment placed under shelter experiences heavy loads from an aggressive environment.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
В основу изобретения положена задача снижение потерь тепла с отходящими газами от электролизера и уменьшение нагрузки на газоочистные установки при сохранении эффективности удаления газов.The basis of the invention is the task of reducing heat loss with exhaust gases from the electrolyzer and reducing the load on the gas treatment plants while maintaining the efficiency of gas removal.
Нагрузка на газоочистные сооружения определяется объемом удаляемых газов с электролизеров. Общий объем удаляемых газов от электролизера с обожженными анодами составляет 3000÷20000 нм3/час, из них только 1%÷2% составляют электролизные газы, а остальное это воздух. Эффективность удаления газов из электролизера определяется показателем к.п.д. системы удаления газов из электролизера, обычно эта величина составляет 98%.The load on gas treatment plants is determined by the volume of gases removed from the electrolytic cells. The total volume of gases removed from the electrolytic cell with calcined anodes is 3,000 ÷ 20,000 nm 3 / h, of which only 1% ÷ 2% are electrolysis gases, and the rest is air. The efficiency of gas removal from the electrolyzer is determined by the coefficient of efficiency systems for removing gases from the electrolyzer, usually this value is 98%.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение суммарного объема удаляемых газов из электролизера в несколько раз за счет уменьшения объема воздуха, при выполнении следующих условий:The technical result of the claimed invention is to reduce the total volume of removed gases from the cell several times by reducing the volume of air, under the following conditions:
1. Величина к.п.д. системы удаления газов сохраняется на уровне не менее 98%, как в межоперационном режиме работы электролизера, так и при выполнении технологических операций.1. The value of efficiency the gas removal system is maintained at a level of not less than 98%, both in the inter-operational mode of operation of the electrolyzer and during technological operations.
2. Нагрузка со стороны агрессивной среды на оборудование, размещенное под укрытием, не увеличивается.2. The load from the aggressive environment on the equipment located under the shelter does not increase.
Для выполнения первого условия в предлагаемом техническом решении в межоперационном режиме работы электролизера обеспечивается равномерность забора газов по длине укрытия электролизера и по длине основания каждого газосборного колпака.To fulfill the first condition in the proposed technical solution in the inter-operational mode of operation of the electrolyzer, the uniformity of gas intake is provided along the length of the shelter of the electrolyzer and along the length of the base of each gas collection hood.
Для выполнения второго условия газосборные колпаки располагаются таким образом, чтобы механизмы для подачи глинозема находились вне зоны забора газов, а колпаки имеют такую конструкцию, которая обеспечивает равномерность забора газов по длине основания каждого газосборного колпака при указанном расположении - вне зоны забора газов.To fulfill the second condition, gas collection caps are arranged so that the alumina feed mechanisms are outside the gas intake zone, and the caps are designed to ensure uniform gas intake along the base length of each gas collection cap at the indicated location - outside the gas intake zone.
В одном из вариантов осуществления решение поставленной задачи достигается устройством для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере, которое содержит систему газоходов, содержащую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и дополнительного газоходов; и газосборные колпаки, при этом каждый из газосборных колпаков соединен первым каналом с горизонтальным основным газоходом, образуя основной контур удаления газов, и вторым каналом с дополнительным вертикальным газоходом, образуя дополнительный контур удаления газов. Высота каждого последующего первого канала основного контура увеличивается по потоку газа на 16÷24% от высоты предыдущего первого канала, а высота каждого последующего второго канала дополнительного контура увеличивается по потоку газа на 24÷26% от высоты предыдущего второго канала. В нижней части на внутренней поверхности продольных сторон по меньшей мере одного газосборного колпака вдоль направления движения газа установлены разделительные пластины, длина которых составляет не более 50% от высоты газосборного колпака, при этом с каждой стороны от центральной оси газосборного колпака симметрично установлены по меньшей мере две разделительные пластины и длина каждой следующей по направлению к центральной оси колпака пластины уменьшается по отношению к предыдущей на 25-35%.In one embodiment, the implementation of the task is achieved by a device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell, which comprises a gas duct system comprising horizontal main and additional gas ducts configured to turn on / off the main and additional gas ducts; and gas collection caps, wherein each of the gas collection caps is connected by a first channel to a horizontal main gas duct, forming a main gas removal circuit, and a second channel with an additional vertical gas duct, forming an additional gas removal circuit. The height of each subsequent first channel of the main circuit increases in gas flow by 16–24% of the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit increases in gas flow by 24–26% of the height of the previous second channel. At the bottom of the inner surface of the longitudinal sides of the at least one gas collection hood, separation plates are installed along the direction of gas movement, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection hood, at least two symmetrically mounted on each side of the central axis of the gas collection hood dividing plates and the length of each following towards the central axis of the cap of the plate is reduced in relation to the previous one by 25-35%.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения колпаки выполнены в виде конфузоров.According to one of the variants of the proposed invention, the caps are made in the form of confusers.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения основной и дополнительный контур в верхней части колпаков объединены.According to one of the variants of the proposed invention, the main and additional circuit in the upper part of the caps are combined.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения расстояние между разделительными пластинами составляет не менее 15% от длины основания газосборного колпака.According to one of the variants of the proposed invention, the distance between the separation plates is at least 15% of the length of the base of the gas hood.
Кроме того, предложена система сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере, которая содержит электролизер, содержащий, по меньшей мере, аноды и пробойники электролитной корки, укрытие электролизера, которое выполнено из съемных щитов, систему газоходов, включающую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и дополнительного газоходов и газосборные колпаки, размещенные под укрытием электролизера вдоль его продольной оси между пробойниками электролитной корки, образуя зону забора газов в центре электролизера. На внутренней стороне съемных щитов укрытия горизонтально по отношению к электролитной корке установлены направляющие элементы, выполненные с возможностью направлять потоки газов в зону забора газов, при этом каждый из газосборных колпаков соединен первым каналом с горизонтальным основным газоходом, образуя основной контур удаления газов, и вторым каналом с дополнительным вертикальным газоходом, образуя дополнительный контур удаления газов. Высота каждого последующего первого канала основного контура, увеличивается по потоку газа на 16÷24% от высоты предыдущего первого канала, а высота каждого последующего второго канала дополнительного контура, увеличивается по потоку газа на 24÷26% от высоты предыдущего второго канала. При этом в нижней части на внутренней поверхности продольных сторон по меньшей мере одного газосборного колпака вдоль направления движения газа установлены разделительные пластины, длина которых составляет не более 50% от высоты газосборного колпака. С каждой стороны от центральной оси газосборного колпака симметрично установлены по меньшей мере две разделительные пластины, при этом длина каждой следующей по направлению к центральной оси колпака пластины уменьшается по отношению к предыдущей на 25-35%.In addition, the proposed system of collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell, which contains an electrolytic cell containing at least anodes and punches of the electrolyte crust, the shelter of the electrolytic cell, which is made of removable shields, a gas duct system including horizontal main and additional flues made with the ability to enable / disable the main and additional flues and gas collection caps placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the punches of the electrolyte crust, about braraz gas intake zone in the center of the cell. On the inner side of the removable shelter shields horizontally with respect to the electrolyte crust, guide elements are installed that are capable of directing gas flows into the gas intake zone, while each of the gas collection caps is connected by the first channel to the horizontal main gas duct, forming the main gas removal circuit, and the second channel with an additional vertical gas duct, forming an additional gas removal circuit. The height of each subsequent first channel of the main circuit increases in gas flow by 16–24% of the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit increases in gas flow by 24–26% of the height of the previous second channel. Moreover, on the lower part on the inner surface of the longitudinal sides of the at least one gas collection hood, separation plates are installed along the direction of gas movement, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection hood. At least two dividing plates are symmetrically mounted on each side of the central axis of the gas collection cap, and the length of each plate that is next to the central axis of the cap decreases by 25-35% relative to the previous one.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения газосборные колпаки в системе размещены над коркой электролита на расстоянии равном 0,5÷1,5 высоты нового анода электролизера.According to one of the variants of the proposed invention, gas collection caps in the system are placed above the electrolyte crust at a distance equal to 0.5 ÷ 1.5 of the height of the new anode of the electrolyzer.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения высота укрытия по отношению к уровню электролита составляет 1.5÷2 высоты нового анода.According to one of the variants of the proposed invention, the height of the shelter with respect to the electrolyte level is 1.5 ÷ 2 of the height of the new anode.
Также предложен электролизер который содержит устройство для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере, описанное выше.Also proposed is an electrolytic cell which comprises a device for collecting and removing gases in an aluminum electrolytic cell, described above.
Приведенные варианты частного выполнения по изобретению не являются единственно возможными. Допускаются различные модификации и улучшения, не выходящие за пределы области действия изобретения, определенной независимыми пунктами формулы.The given private embodiments according to the invention are not the only ones possible. Various modifications and improvements are allowed without departing from the scope of the invention defined by the independent claims.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
на фиг. 1 показан общий вид электролизера, который содержит устройство для сбора и удаления газов;in FIG. 1 shows a general view of an electrolyzer that includes a device for collecting and removing gases;
на фиг. 2 показано расположение элементов конструкции для сбора и удаления газов внутри электролизера;in FIG. 2 shows the location of structural elements for collecting and removing gases inside the cell;
на фиг. 3 показаны элементы основного и дополнительного контуров удаления газов;in FIG. 3 shows elements of the primary and secondary gas removal circuits;
на фиг. 4 показан вариант направляющего элемента устройства для сбора и удаления газов, выполненный в виде выступа (поперечный разрез электролизера);in FIG. 4 shows a variant of the guide element of the device for collecting and removing gases, made in the form of a protrusion (transverse section of the electrolyzer);
на фиг. 5 показан вариант выполнения направляющего элемента устройства для сбора и удаления газов в виде пластин (поперечный разрез электролизера); на фиг. 6 показано расположение разделяющих пластин в газосборном колпаке (поперечный разрез колпака);in FIG. 5 shows an embodiment of a guide element of a device for collecting and removing gases in the form of plates (cross section of an electrolyzer); in FIG. 6 shows the location of the dividing plates in the gas cap (cross section of the cap);
на фиг. 7 показаны основной и дополнительный контуры удаления газов с газосборными колпаками в продольном разрезе.in FIG. 7 shows a main and additional contours of gas removal with gas collection caps in longitudinal section.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Устройство для сбора и удаления газов устанавливается в электролизере. Электролизер - это устройство для производства алюминия электролизом расплавов, содержащее, как правило, аноды, точечные питатели глиноземом с пробойниками, балку-коллектор с газоходами и газосборными колпаками, а также укрытие. Все конструктивные элементы заявленного устройства крепятся на балке-коллекторе (1). Укрытие электролизера (2), выполнено из отдельных щитов, на которых с внутренней стороны жестко установлены направляющие элементы 3 горизонтально по отношению к электролитной корке расплава. Направляющие элементы конструктивно могут быть выполнены в виде пластин или выступов (Фиг. 4 и Фиг. 5) из материалов, используемых для изготовления щитов укрытия, например из алюминия. Количество направляющих элементов определяется скоростью потоков между направляющими и должно обеспечить скорость воздушных потоков больше 2 м/с и меньше 7 м/с, чтобы исключить выбивание газов из электролизера и унос глинозема с поверхности корки. Расположение и длина направляющих элементов определяется конфигурацией укрытия при условии равномерного обтекания анодов.A device for collecting and removing gases is installed in the cell. An electrolyzer is a device for the production of aluminum by electrolysis of melts, containing, as a rule, anodes, point feeders with alumina with punches, a beam-collector with flues and gas collecting caps, as well as a shelter. All structural elements of the claimed device are mounted on a beam-collector (1). The shelter of the electrolyzer (2) is made of separate panels on which the
Газосборные колпаки (4) размещены под укрытием электролизера вдоль его продольной оси между пробойниками электролитной корки над анодами (5), между пробойниками (6), образуя зону забора газов в центре электролизера.Gas collecting caps (4) are placed under the electrolyzer’s cover along its longitudinal axis between the electrolyte crust punches above the anodes (5) and between the punches (6), forming a gas intake zone in the center of the electrolyzer.
Каждый газосборный колпак (4) соединен первым каналом (8) с горизонтальным основным газоходом (9), образуя основной контур удаления газов, и вторым каналом (8') с дополнительным вертикальным газоходом (10), образуя дополнительный контур удаления газов (Фиг. 3). Высота каждого последующего первого канала основного контура, увеличивается по потоку газа на 16÷24% от высоты предыдущего первого канала, а высота каждого последующего второго канала дополнительного контура, увеличивается по потоку газа на 24÷26% от высоты предыдущего второго канала. Основной (9) и дополнительный (10) горизонтальные газоходы соединены с корпусной системой удаления газов (не показана).Each gas cap (4) is connected by the first channel (8) with a horizontal main gas duct (9), forming the main gas removal circuit, and the second channel (8 ') with an additional vertical gas duct (10), forming an additional gas removal circuit (Fig. 3 ) The height of each subsequent first channel of the main circuit increases in gas flow by 16–24% of the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit increases in gas flow by 24–26% of the height of the previous second channel. The primary (9) and secondary (10) horizontal flues are connected to a cabinet gas removal system (not shown).
В нижней части на внутренней поверхности продольных сторон по меньшей мере одного газосборного колпака вдоль направления движения газа установлены разделительные пластины, длина которых составляет не более 50% от высоты газосборного колпака (Фиг. 7). С каждой стороны от центральной оси газосборного колпака жестко закрепляют разделительные пластины, при этом длина каждой следующей по направлению к центральной оси колпака пластины уменьшается по отношению к предыдущей на 25-35%. Располагаются пластины симметрично относительно центральной оси колпака, что обеспечивает равные условия забора газа по длине основания колпака. Для исключения застойных зон в колпаке, количество пластин должно быть не менее двух с каждой стороны от центральной оси. Установленные таким образом разделительные пластины разбивают объем колпака на сектора (каналы) с равными скоростями в основании колпака, без образования застойных зон через которые газ не будет удаляться, обеспечивая одинаковую эффективность забора газа в центре колпака и на его периферии. Ширина каждого параллельного канала, предпочтительно, может составлять не менее 15% от длины основания колпака. Достигнутый эффект позволяет располагать колпаки между пробойниками, когда механизмы для подачи глинозема находятся вне зоны забора газов и нагрузка на них со стороны агрессивной среды минимальная.In the lower part on the inner surface of the longitudinal sides of the at least one gas collection hood, separation plates are installed along the direction of gas movement, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection hood (Fig. 7). Separation plates are rigidly fixed on each side of the central axis of the gas collection cap, while the length of each next plate toward the central axis of the cap decreases by 25-35% relative to the previous one. The plates are located symmetrically with respect to the central axis of the hood, which ensures equal conditions for gas intake along the length of the base of the hood. To eliminate stagnant zones in the cap, the number of plates should be at least two on each side of the central axis. The separation plates installed in this way divide the cap volume into sectors (channels) with equal speeds at the base of the cap, without the formation of stagnant zones through which gas will not be removed, ensuring the same gas intake efficiency in the center of the cap and on its periphery. The width of each parallel channel may preferably be at least 15% of the length of the base of the hood. The achieved effect allows you to place caps between the punch, when the mechanisms for feeding alumina are outside the zone of gas intake and the load on them from the aggressive environment is minimal.
При отличном расположении и размерах пластин эффект равномерного забора газов в основании колпака, как было неожиданно выявлено разработчиками, не достигается.With an excellent arrangement and size of the plates, the effect of a uniform intake of gases at the base of the cap, as was unexpectedly revealed by the developers, is not achieved.
Например, увеличение длин пластин или направление их к центру колпака приводило к столкновению потоков отдельных каналов между собой и соответственно к образованию зон с положительным давлением. Газ в этом случае выбивался обратно под укрытие. Расположение пластин в вершине колпака приводило к увеличению скоростей на выходе из колпака. Как следствие, увеличивалось газодинамическое сопротивление колпака, т.е. нагрузка на газоочистные сопротивления также увеличивалась. Также увеличивалась неравномерность забора газов в основании колпака, т.к. в этом случае на входе в колпак образуются зоны с различной величиной разрежения. Кроме того, возможно образование «воздушных стен», аналогичных «воздушным стенам» в прототипе, которые препятствуют забору газов на периферии колпака.For example, increasing the lengths of the plates or their direction to the center of the cap led to a collision of the flows of individual channels with each other and, accordingly, to the formation of zones with positive pressure. Gas in this case was knocked back under cover. The location of the plates at the top of the cap led to an increase in the speeds at the exit of the cap. As a result, the gas-dynamic resistance of the hood increased, i.e. the load on the gas cleaning resistance also increased. The non-uniformity of gas intake at the base of the cap also increased. in this case, zones with different rarefaction values are formed at the entrance to the hood. In addition, it is possible the formation of "air walls", similar to the "air walls" in the prototype, which prevent the intake of gases at the periphery of the cap.
Газосборные колпаки (4) устанавливают над коркой электролита, например, на расстоянии равном 0,5÷1,5 высоты нового анода, а высота укрытия равна 1,5÷2,0 от высоты нового анода. При увеличении высоты укрытия увеличится объем воздуха в составе удаляемых газов, для удаления газов потребуется увеличения разряжения до значений, реализуемых в существующих конструкциях электролизеров, увеличится нагрузка на газоочистные сооружения, а также величина потерь тепла. В случае уменьшения объема станет невозможным выполнение операции замены анодов.The gas collection caps (4) are installed above the electrolyte crust, for example, at a distance of 0.5 ÷ 1.5 of the height of the new anode, and the shelter height is 1.5 ÷ 2.0 of the height of the new anode. With an increase in the height of the shelter, the volume of air in the composition of the removed gases will increase, for the removal of gases, it will be necessary to increase the vacuum to the values realized in existing designs of electrolytic cells, increase the load on the gas treatment plants, as well as the amount of heat loss. In the event of a decrease in volume, it becomes impossible to perform an anode replacement operation.
В одном из вариантов спроектированном в процессе разработки изобретения газосборный колпак был выполнен в виде конфузора - устройства, в котором канал плавно ссужается, что увеличивает скорость удаляемых газов и уменьшает потери энергии, затрачиваемой на удаление газа. Высота колпака составила 800 мм, а длина основания 1800 мм, при ширине основания 170 мм. Разделительные пластины были закреплены на высоте 30 мм от основания колпака и направлены вдоль боковых стенок, образуя параллельные каналы для движения газов. Длина первой пластины составила 400 мм, что составляет 50% от высоты колпака. Длины второй и третьей пластины равны 260 мм и 170 мм соответственно. Форма основания колпаков прямоугольник была определена условием выполнения замены анодов и расположением механизмов питания глиноземом под укрытием, при этом колпаки закрывают все пространство в центре электролизера между анодами, за исключением пространства для работы пробойников и питателей. Ширина каждого из параллельных каналов составила 180 мм. Колпаки устанавливали на высоте 50 мм над анодами.In one of the variants designed during the development of the invention, the gas-collecting cap was made in the form of a confuser - a device in which the channel is smoothly contracted, which increases the speed of the removed gases and reduces the loss of energy spent on gas removal. The cap height was 800 mm and the base length 1800 mm, with a base width of 170 mm. Dividing plates were fixed at a height of 30 mm from the base of the cap and directed along the side walls, forming parallel channels for the movement of gases. The length of the first plate was 400 mm, which is 50% of the height of the cap. The lengths of the second and third plates are 260 mm and 170 mm, respectively. The shape of the base of the rectangle hoods was determined by the condition of replacing the anodes and the arrangement of alumina feeding mechanisms under the shelter, while the hoods cover the entire space in the center of the cell between the anodes, with the exception of the space for the work of punches and feeders. The width of each of the parallel channels was 180 mm. Caps were mounted at a height of 50 mm above the anodes.
Устройство работает следующим образом. В межоперационный период работы электролизера газ, поступающий под укрытие электролизера (2) через отверстия в местах разрушения корки пробойниками (6), смешивается с воздухом, который попадает через не плотности укрытия и затягивается в колпаки (4) основного горизонтального газохода (9) удаления газов и далее направляется в корпусную систему удаления газов (не показано). Разделительные пластины (7) в колпаках (4) равномерно распределяют газовый поток по основанию колпаков. Равномерность распределения газовых потоков между колпаками (4) обеспечивается распределением сопротивления по длине основного горизонтального газохода (9), путем изменения высоты каналов (8) и (8') в основной газоход. Расположение колпаков (4) над коркой предпочтительно на высоте 0,5÷1,5 от высоты анода (5), между пробойниками (6), что обеспечивает величину разрежения достаточную для полного удаления газов.The device operates as follows. In the interoperational period of operation of the electrolyzer, the gas entering under the shelter of the electrolyzer (2) through the holes in the places of crust destruction by the punches (6) is mixed with air that enters through the shelter density and is drawn into the caps (4) of the main horizontal gas duct (9) for gas removal and then sent to a case-based gas removal system (not shown). Dividing plates (7) in the caps (4) evenly distribute the gas flow at the base of the caps. The uniform distribution of gas flows between the caps (4) is ensured by the distribution of resistance along the length of the main horizontal gas duct (9), by changing the height of the channels (8) and (8 ') in the main gas duct. The location of the caps (4) above the crust is preferably at a height of 0.5 ÷ 1.5 from the height of the anode (5), between the punches (6), which provides a vacuum value sufficient to completely remove the gases.
При выполнении операций на электролизере, связанных с частичной разгерметизацией электролизера, под укрытие (2), затягивается воздух, который смешивается с анодными газами, образуя вертикальные и горизонтальные вихревые потоки. Направляющие элементы (3), прикрепленные к щитам укрытия с внутренней стороны, разбивают вихревые потоки и направляют их к колпакам (4). Во время выполнения операций (например при замене анодов) газ удаляется одновременно через основной (9) и дополнительный (10) газоходы. Таким образом, величина разрежения под укрытием может быть увеличена в 3÷4 раза, что достаточно для удаления газов при частичной разгерметизации укрытия. Включение и отключение основного и дополнительного газоходов выполняется известными механизмами, например шибером.When performing operations on the electrolyzer associated with partial depressurization of the electrolytic cell, under cover (2), air is drawn in, which mixes with the anode gases, forming vertical and horizontal vortex flows. The guiding elements (3), attached to the shelter shields on the inside, break the vortex flows and direct them to the caps (4). During operations (for example, when replacing anodes), gas is removed simultaneously through the main (9) and additional (10) flues. Thus, the rarefaction value under the shelter can be increased by 3–4 times, which is enough to remove gases during partial depressurization of the shelter. Turning on and off the main and additional flues is carried out by known mechanisms, for example, a gate.
При реализации заявляемого устройства объем удаляемых газов с одного электролизера уменьшиться в 2÷4 раза за счет суммарного эффекта от уменьшения объема удаляемых газов, перераспределения потоков газа в зону забора газов и расположения колпаков вблизи выхода электролизных газов под укрытием. При этом достигается эффективность удаления газов к.п.д. =98%÷99%, в зависимости от операций, выполняемых на электролизере.When implementing the inventive device, the volume of exhaust gases from one electrolyzer will decrease by 2 ÷ 4 times due to the total effect of reducing the volume of exhaust gases, the redistribution of gas flows into the gas intake zone and the location of caps near the outlet of electrolysis gases under the shelter. In this case, the efficiency of gas removal is achieved. = 98% ÷ 99%, depending on the operations performed on the electrolyzer.
Установка колпаков под укрытием, вблизи выхода электролизных газов позволяет повысить эффективность удаления газов при меньшем объеме удаляемых газов, а указанная высота установки колпаков над коркой электролита обеспечивает возможность замены анодов без повреждения колпаков. Пластины внутри колпаков обеспечивают равномерный забор газов по длине основания колпаков.The installation of caps under a shelter, near the outlet of electrolysis gases allows to increase the efficiency of gas removal with a smaller volume of removed gases, and the indicated installation height of the caps above the electrolyte crust makes it possible to replace the anodes without damaging the caps. The plates inside the caps provide a uniform intake of gases along the length of the base of the caps.
Колпаки одновременно включены в основную и дополнительную систему удаления газов, что обеспечивает эффективное удаление газов, как в межоперационный период работы, так и при выполнении операций.Caps are simultaneously included in the primary and secondary gas removal systems, which ensures efficient gas removal, both during the interoperational period of operation and during operations.
Указанный диапазон изменения высоты соединительных каналов с колпаками, обеспечивает эффективную работу всех колпаков, т.е. эффективное удаление газов по длине электролизера.The specified range of changes in the height of the connecting channels with caps ensures the efficient operation of all caps, i.e. effective removal of gases along the length of the cell.
Основной и дополнительный газоход соединяются с колпаками в верхней части колпаков (в вершине конфузоров). Скорость потоков на выходе из конфузоров уже выровнена, и подключение дополнительного контура не приведет к изменению характера течения газов внутри конфузора, т.е. не повлияет на равномерность забора газов в основании колпаков. Газ перераспределяется по контурам пропорционально разрежению в контурах и площади сечений газоходов.The primary and secondary ducts are connected to the caps at the top of the caps (at the top of the confusers). The flow rate at the outlet of the confusers is already aligned, and connecting an additional circuit will not lead to a change in the nature of the gas flow inside the confuser, i.e. will not affect the uniformity of gas intake at the base of the hoods. Gas is redistributed along the contours in proportion to the vacuum in the circuits and the cross-sectional area of the gas ducts.
Расположение колпаков между пробойниками на высоте равной от 0,5 до 1,5 от высоты анода позволяет выполнять операцию замены анода без повреждения конструктивных элементов устройства для удаления газов и снижает влияние температур и абразивных частиц на работоспособность пробойников и питателей электролизера.The location of the caps between the punches at a height equal to from 0.5 to 1.5 from the height of the anode allows you to perform the operation of replacing the anode without damaging the structural elements of the device for removing gases and reduces the influence of temperatures and abrasive particles on the performance of punches and feeders of the electrolyzer.
Claims (22)
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140384A RU2668617C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell |
| CN201880074515.2A CN111356788B (en) | 2017-11-20 | 2018-07-26 | Apparatus for collecting and removing gas in aluminum reduction cell |
| CA3082087A CA3082087C (en) | 2017-11-20 | 2018-07-26 | Device for collecting and removing gases in an aluminum reduction cell |
| PCT/RU2018/050084 WO2019098888A1 (en) | 2017-11-20 | 2018-07-26 | Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell |
| NO20200539A NO20200539A1 (en) | 2017-11-20 | 2020-05-08 | Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017140384A RU2668617C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2668617C1 true RU2668617C1 (en) | 2018-10-02 |
Family
ID=63798231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017140384A RU2668617C1 (en) | 2017-11-20 | 2017-11-20 | Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111356788B (en) |
| CA (1) | CA3082087C (en) |
| NO (1) | NO20200539A1 (en) |
| RU (1) | RU2668617C1 (en) |
| WO (1) | WO2019098888A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NO20190343A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-15 | Norsk Hydro As | Arrangement for collection of hot gas from an electrolysis process, and a method for such gas collection |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57174483A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-27 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Method and device for continuous measurement of current efficiency of aluminum electrolyzing cell |
| SU1025756A1 (en) * | 1981-11-26 | 1983-06-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Apparatus for catching gases released in producing aluminium by electrolysis |
| WO2010033037A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Norsk Hydro Asa | A device for collection of hot gas from an electrolysis process, and a method for gas collection with said device |
| RU2468127C1 (en) * | 2011-05-10 | 2012-11-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Device for collection and evacuation of anode gases from under electrolytic cell shelter with annealed anodes |
| RU2553137C1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Device for gases collecting and removing from aluminium electrolyser |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2806742B1 (en) * | 2000-03-24 | 2002-05-03 | Pechiney Aluminium | INSTALLATION OF FACILITIES OF AN ELECTROLYSIS PLANT FOR THE PRODUCTION OF ALUMINUM |
| NO314469B1 (en) * | 2001-06-25 | 2003-03-24 | Alstom Technology Ltd | Method and apparatus for gas transport |
| GB0705439D0 (en) * | 2007-03-22 | 2007-05-02 | Alstom Intellectual Property | Improved flue gas cooling and cleaning arrangment |
| CN201485516U (en) * | 2009-08-10 | 2010-05-26 | 山东滨州渤海活塞股份有限公司 | Double-channel alloy aluminum electrolysis flue gas purifying dust collector |
| CN102312253A (en) * | 2010-06-29 | 2012-01-11 | 沈阳铝镁设计研究院有限公司 | Double-flue pipe gas-collecting pipeline system of aluminum electrolytic tank and control method |
| CN201793776U (en) * | 2010-06-29 | 2011-04-13 | 沈阳铝镁设计研究院 | Gas collecting pipeline system with aluminum cell and double smoke pipes |
| CN102995064A (en) * | 2012-12-24 | 2013-03-27 | 云南云铝涌鑫铝业有限公司 | Collecting device of smoke in electrolysis |
| CN106149007A (en) * | 2015-04-22 | 2016-11-23 | 沈阳铝镁科技有限公司 | Aluminum electrolyzing cell used multistage stand alone type gas collection lower flue structure |
| RU2603524C1 (en) * | 2015-06-15 | 2016-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Device for collection and removal of gases from aluminium electrolysis cell |
| CN105154921B (en) * | 2015-09-30 | 2017-10-10 | 东北大学设计研究院（有限公司） | A kind of electrolytic cell flue deashing device and ash removal method |
-
2017
- 2017-11-20 RU RU2017140384A patent/RU2668617C1/en active
-
2018
- 2018-07-26 CA CA3082087A patent/CA3082087C/en active Active
- 2018-07-26 CN CN201880074515.2A patent/CN111356788B/en active Active
- 2018-07-26 WO PCT/RU2018/050084 patent/WO2019098888A1/en active Application Filing
-
2020
- 2020-05-08 NO NO20200539A patent/NO20200539A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57174483A (en) * | 1981-04-17 | 1982-10-27 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | Method and device for continuous measurement of current efficiency of aluminum electrolyzing cell |
| SU1025756A1 (en) * | 1981-11-26 | 1983-06-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности | Apparatus for catching gases released in producing aluminium by electrolysis |
| WO2010033037A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Norsk Hydro Asa | A device for collection of hot gas from an electrolysis process, and a method for gas collection with said device |
| RU2468127C1 (en) * | 2011-05-10 | 2012-11-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Device for collection and evacuation of anode gases from under electrolytic cell shelter with annealed anodes |
| RU2553137C1 (en) * | 2014-01-23 | 2015-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Device for gases collecting and removing from aluminium electrolyser |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111356788B (en) | 2022-07-05 |
| CA3082087C (en) | 2021-11-09 |
| CN111356788A (en) | 2020-06-30 |
| WO2019098888A1 (en) | 2019-05-23 |
| NO20200539A1 (en) | 2020-05-08 |
| CA3082087A1 (en) | 2019-05-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2436872C2 (en) | Entrapping system and method of emissions from electrolysis unit | |
| EP2407228B1 (en) | Gas cleaning unit and method for cleaning gas | |
| RU2668617C1 (en) | Device for collection and removal of gases in aluminium electrolysis cell | |
| WO2012172872A1 (en) | Axial flow multi-cyclone dust collector | |
| US20110240458A1 (en) | Stripping column and process for extracting a component from a liquid medium | |
| RU2584104C2 (en) | Electrolytic cell heat exchanger | |
| EP1252373B1 (en) | A method and device for operating an electrolytic cell | |
| CN105233987A (en) | Flow-equalizing electrostatic precipitator | |
| RU2344881C1 (en) | Electric filter | |
| PL79080B1 (en) | ||
| US2708486A (en) | Gas cleaning apparatus | |
| US20070240996A1 (en) | Apparatus for collection and removal of gases from an aluminum reduction cell | |
| RU2603524C1 (en) | Device for collection and removal of gases from aluminium electrolysis cell | |
| RU2553137C1 (en) | Device for gases collecting and removing from aluminium electrolyser | |
| EP2431499B1 (en) | Raw gas collection system | |
| CN210945488U (en) | Special dust falling bin for electric locomotive | |
| CN204564727U (en) | Laboratory exhaust gas purification exhaust case | |
| KR100536877B1 (en) | Structure of gas exit flue section of coke dry quenching equipment | |
| CN104258752B (en) | A kind of flue gas mixing arrangement and method | |
| CN216716481U (en) | Self-circulation air purifier | |
| CN218626451U (en) | Pressure regulator and single-hole carbonization chamber pressure regulator | |
| CN210165512U (en) | Ventilation and heat dissipation device for aluminum profile production line | |
| CN220834761U (en) | Combined device and system for selectively capturing and filtering suspended matters of gas | |
| CN215177026U (en) | Ferroaluminum is smelted and is used fire prevention subassembly and gas cleaning system | |
| CN209623409U (en) | Closed glass fibre reinforced plastics cooling tower |