RU2697148C1 - Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell - Google Patents

Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell Download PDF

Info

Publication number
RU2697148C1
RU2697148C1 RU2018146382A RU2018146382A RU2697148C1 RU 2697148 C1 RU2697148 C1 RU 2697148C1 RU 2018146382 A RU2018146382 A RU 2018146382A RU 2018146382 A RU2018146382 A RU 2018146382A RU 2697148 C1 RU2697148 C1 RU 2697148C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
afterburning
pipes
anode
anode gases
gas
Prior art date
Application number
RU2018146382A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Георгиевич Шахрай
Александр Анатольевич Дектерев
Александр Петрович Скуратов
Павел Анатольевич Необъявляющий
Никита Анатольевич Шарыпов
Андрей Викторович Минаков
Александр Владимирович Белянин
Антон Сергеевич Шахрай
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2018146382A priority Critical patent/RU2697148C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2697148C1 publication Critical patent/RU2697148C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/22Collecting emitted gases

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to device for afterburning of anode gases of aluminum electrolysis cell with self-baking anode. Device comprises a gas collection bell, a combustion chamber and branch pipes interacting with gas discharge pipes, the vertical sections of which enter telescopically into the angular sections of the gas collection bell and are equipped with air intake slots, total area ftotal which is 0.15…0.20 of the cross-section area F of the pipe, and the horizontal pipe sections telescopically enter the combustion chamber.
EFFECT: higher efficiency of afterburning of anode gases of aluminum electrolyzer formed during operation of aluminum electrolytic cell.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия, и предназначено для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, and is intended for burning anode gases in burner devices of electrolytic cells with a self-burning anode.

Известно устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, в котором воздухозаборные щели оборудованы патрубками подвода воздуха, расположенными по отношению к вертикальной оси горелки под углом 45…60° и обеспечивающими спиралевидную закрученную траекторию движения воспламенившейся газовоздушной смеси в зоне горения, характеризующуюся увеличенной площадью контакта сжигаемых анодных газов с воздухом [патент РФ №2664584, опубл. 21.08.2018, бюл. №24].A device is known for afterburning the anode gases of an aluminum electrolyzer, in which the intake slots are equipped with air supply nozzles located relative to the vertical axis of the burner at an angle of 45 ... 60 ° and providing a spiral swirling trajectory of the ignited gas-air mixture in the combustion zone, characterized by an increased contact area of the burned anode gases with air [RF patent No. 2664584, publ. 08/21/2018, bull. No. 24].

Недостатком известного устройства является необходимость оборудования каждой воздухозаборной щели патрубком подвода воздуха, что увеличивает его материалоемкость.A disadvantage of the known device is the need to equip each air intake gap with an air supply pipe, which increases its material consumption.

Известно устройство для сжигания анодных газов, включающее коллектор с патрубками, вертикальные участки которых входят телескопически в угловые секции газосборного колокола смежных электролизеров [авт. св-во СССР №466296, опубл. 05.04.1975, бюл. №13]. Эффективность дожигания анодных газов и содержащихся в них смолистых веществ увеличивается за счет предварительного подогрева воздуха в кольцевом зазоре между коллектором и камерой сгорания, снижения теплоотдачи через стенки камеры сгорания и интенсивного перемешивания путем тангенциального ввода анодного газа в коллектор.A device for burning anode gases is known, including a collector with nozzles, vertical sections of which enter telescopically into the corner sections of the gas collection bell of adjacent electrolyzers [ed. USSR Academy of Sciences No. 4666296, publ. 04/05/1975, bull. No. 13]. The efficiency of the afterburning of the anode gases and the resinous substances contained in them increases due to the preliminary heating of the air in the annular gap between the collector and the combustion chamber, reduction of heat transfer through the walls of the combustion chamber and intensive mixing by tangential injection of the anode gas into the collector.

Недостатком известного устройства, взятого за прототип, является риск охлаждения анодных газов по мере их движения по патрубкам до температуры, ниже температуры их самовоспламенения при смешивании с воздухом.A disadvantage of the known device, taken as a prototype, is the risk of cooling the anode gases as they move through the nozzles to a temperature below the temperature of their self-ignition when mixed with air.

Целью заявляемого изобретения является повышение эффективности дожигания анодных газов, образующихся в процессе работы алюминиевого электролизера.The aim of the invention is to increase the efficiency of afterburning of anode gases generated during operation of an aluminum electrolyzer.

Поставленная цель достигается тем, что вертикальные участки труб оборудованы воздухозаборными щелями, общая площадь fобщ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки труб телескопически входят в камеру сгорания.The goal is achieved in that the vertical pipe sections fitted air intake slits, the total area of which is commonly f ... 0.15 F 0.20 square cross-section pipe and the horizontal pipe sections are telescopically into the combustion chamber.

Наличие воздухозаборных щелей на трубе обеспечивает воспламенение в нем анодных газов, что увеличивает время нахождения сжигаемых анодных газов в зоне горения.The presence of air intakes on the pipe ignites the anode gases in it, which increases the residence time of the burned anode gases in the combustion zone.

Отношение общей площади fобщ воздухозаборных щелей к площади F поперечного сечения трубы обосновывается следующими соображениями. Согласно [Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершествование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга: монография. Красноярск: ИПК СФУ, 2010. 146 с.], оптимальное значение коэффициента избытка воздуха α, при котором в горелке наблюдаются максимальные температуры горения анодного газа, составляет α=1,15. Такое значение α обеспечивается при соотношении объема анодного газа Vан.г. к объему воздуха Vвозд., подаваемого в зону горения Vан.г.возд.=0,15…0,20. Такое соотношение объемов возможно достичь регулированием соотношения площадей воздухозаборных щелей и площади поперечного сечения трубы. Уменьшение общей площади fобщ воздухозаборных щелей < 0,15 Fпатр. приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α<1,15 и это резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие недостатка окислителя в зоне горения. Увеличение общей площади fобщ воздухозаборных щелей > 0,20 Fпатр. - приведет к тому, что горелки будут эксплуатироваться с избытком воздуха α>1,15, что также резко снизит эффективность дожигания анодных газов вследствие охлаждения горелки избыточно подсасываемым воздухом.The ratio of the total area f of the total air intake slots to the cross-sectional area F of the pipe is justified by the following considerations. According to [Shakhrai S.G., Korostovenko V.V., Rebrik I.I. The improvement of bell gas exhaust systems on powerful Soderberg electrolyzers: a monograph. Krasnoyarsk: IPK SFU, 2010. 146 pp.], The optimal value of the coefficient of excess air α, at which the maximum combustion temperatures of the anode gas are observed in the burner, is α = 1.15. This value of α is ensured when the ratio of the volume of the anode gas V eng. to the volume of air V air supplied to the combustion zone V eng. : At the air. = 0.15 ... 0.20. Such a ratio of volumes can be achieved by adjusting the ratio of the areas of the intake slots and the cross-sectional area of the pipe. Reducing the total area f of the total air intake slots <0.15 F pat. will lead to the fact that the burners will be operated with an excess of air α <1.15 and this will sharply reduce the efficiency of afterburning of the anode gases due to the lack of an oxidizing agent in the combustion zone. Increase in total area f of total air inlet slots> 0.20 F pat. - will lead to the fact that the burners will be operated with an excess of air α> 1.15, which will also sharply reduce the efficiency of afterburning of the anode gases due to the cooling of the burner with excessively sucked air.

Телескопический ввод горизонтальных участков труб исключает их механическое воздействие на горелку вследствие их термического удлинения, а телескопический ввод вертикального участка труб в газосборный колокол и горизонтального в горелку, обеспечивает удобство и быстроту замены патрубка при его прогорании, без демонтажа горелки.The telescopic entry of the horizontal pipe sections excludes their mechanical effect on the burner due to their thermal elongation, and the telescopic entry of the vertical pipe section into the gas collection bell and the horizontal pipe into the burner ensures the convenience and speed of replacing the pipe when it burns out without dismantling the burner.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера поясняется графически. На фиг. 1 изображен общий вид устройства, на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 2. Устройство состоит из труб 1 с воздухозаборными щелями 2. Трубы телескопически соединены с газосборным колоколом 3 электролизеров 4 и с горелкой 5. Телескопическое соединение труб обеспечивают патрубки 6, размещенные на газосборном колоколе, и патрубки 7, размещенные на горелке. Несанкционированные подсосы воздуха устраняются с помощью огнестойкого уплотнительного материала 8, размещаемого в зазорах между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7.The inventive device for afterburning the anode gases of an aluminum electrolyzer is illustrated graphically. In FIG. 1 shows a general view of the device, FIG. 2 is a section AA of FIG. 2. The device consists of pipes 1 with air inlet slots 2. The pipes are telescopically connected to the gas collection bell 3 of the electrolysers 4 and to the burner 5. The telescopic pipe connection is provided by nozzles 6 located on the gas collection bell and nozzles 7 located on the burner. Unauthorized air leaks are eliminated using a fire-resistant sealing material 8, which is placed in the gaps between the outer walls of the pipes 1 and the inner walls of the pipes 6 and 7.

Заявляемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера работает следующим образом. Анодные газы, образующиеся в электролизере 4, собираются под газосборным колоколом 3, откуда они по трубам 1 направляются в горелку 5. В трубах анодные газы при смешивании с воздухом, подсасываемым через воздухозаборные щели 2, воспламеняются и уже в горящем состоянии поступают в горелку 5. Ввод горящих газов через патрубки 7 обеспечивает их движение в горелке и увеличение площади контакта сжигаемых анодных газов с воздухом. Таким образом, обеспечивается дожигание анодных газов, не сгоревших в трубах 1. Механическое воздействие на горелку труб вследствие их термического удлинения исключается за счет их телескопического ввода в газосборный колокол через патрубки 6 и в горелку через патрубки 7. Несанкционированный подсос воздуха через зазоры между наружными стенками труб 1 и внутренними стенками патрубков 6 и 7 устраняются за счет их герметизации огнестойким уплотнительным материалом 8. Уплотнительный материал необходим для исключение некоторолируемых подсосов воздуха в трубы и в горелку, т.к. это негативно сказывается на работе системы газоотсоса следующим образом:The inventive device for afterburning the anode gases of an aluminum electrolyzer operates as follows. The anode gases generated in the electrolyzer 4 are collected under the gas collection bell 3, from where they are sent through the pipes 1 to the burner 5. In the pipes, the anode gases, when mixed with the air sucked through the air inlet slots 2, ignite and enter the burner 5 already in the burning state. The input of burning gases through the nozzles 7 ensures their movement in the burner and increase the contact area of the burned anode gases with air. Thus, the afterburning of the anode gases that are not burnt in the pipes is ensured 1. The mechanical effect on the burner of the pipes due to their thermal elongation is eliminated due to their telescopic entry into the gas collection bell through the nozzles 6 and into the burner through the nozzles 7. Unauthorized air intake through the gaps between the outer walls pipes 1 and the inner walls of the nozzles 6 and 7 are eliminated by sealing them with a fire-resistant sealing material 8. The sealing material is necessary to prevent some leaking suction air in the pipes and burner, as this negatively affects the operation of the gas exhaust system as follows:

- повышается нагрузка на насосы за счет увеличения объема газоотсоса;- increases the load on the pumps by increasing the volume of the gas pump;

- снижается эффективность горения газов в трубах 1 и дожигание их в камере сгорания 5 за счет охлаждения последних.- decreases the efficiency of combustion of gases in the pipes 1 and their afterburning in the combustion chamber 5 due to cooling of the latter.

Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении эффективности дожигания анодных газов за счет увеличения времени их нахождения в зоне горения и обеспечения оптимального значения коэффициента избытка воздуха α=1,15, а также в 2-х кратном сокращении количества горелок, эксплуатируемых в корпусах производства алюминия.The technical result of the claimed device is to increase the efficiency of afterburning of the anode gases by increasing the time spent in the combustion zone and ensuring the optimal value of the coefficient of excess air α = 1.15, as well as a 2-fold reduction in the number of burners operated in aluminum production buildings.

Claims (2)

1. Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера, содержащее газосборный колокол, камеру сгорания и патрубки, взаимодействующие с газоотводящими трубами, отличающееся тем, что вертикальные участки газоотводящих труб входят телескопически в угловые секции газосборного колокола и выполнены с воздухозаборными щелями, общая площадь fобщ которых составляет 0,15…0,20 площади F поперечного сечения патрубка, а горизонтальные участки газоотводящих труб телескопически входят в камеру сгорания.1. An apparatus for afterburning gases anode aluminum electrolysis cell comprising a gas gathering bell combustor tubes and interacting with vent pipes, characterized in that the vertical portions of the hot gas pipes are telescopically into angular sections and the gas-collection bell made to the air gaps, the total area which commonly f is 0.15 ... 0.20 area F of the cross section of the pipe, and the horizontal sections of the exhaust pipes are telescopically included in the combustion chamber. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между газоотводящими трубами и патрубками, соединяющими их с газосборным колоколом и горелкой, расположен уплотнительный материал.2. The device according to claim 1, characterized in that between the exhaust pipes and pipes connecting them to the gas collection bell and the burner, there is a sealing material.
RU2018146382A 2018-12-24 2018-12-24 Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell RU2697148C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146382A RU2697148C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146382A RU2697148C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2697148C1 true RU2697148C1 (en) 2019-08-12

Family

ID=67640431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146382A RU2697148C1 (en) 2018-12-24 2018-12-24 Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2697148C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU466296A1 (en) * 1973-05-25 1975-04-05 Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Го Института Алюминиевой,Магниевой, И Электродной Промышленности Anode Gas Combustion Device
US5466421A (en) * 1987-09-21 1995-11-14 Degussa Aktiengesellschaft Apparatus for the catalytic conversion of waste gases containing hydrocarbon, halogenated hydrocarbon and carbon monoxide
RU2345178C2 (en) * 2007-03-26 2009-01-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Device used for afterburning anode gases of aluminium electrolysis unit
JP2011089754A (en) * 2009-10-26 2011-05-06 Ihi Corp Mix burner device of liquid fuel and low calorie fuel
RU2621322C1 (en) * 2016-02-24 2017-06-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method for removing anode gases of an aluminium electrolyser
RU2664584C1 (en) * 2017-12-12 2018-08-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Afterburner for anode gases of aluminium electrolytic cell

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU466296A1 (en) * 1973-05-25 1975-04-05 Иркутский Филиал Всесоюзного Научно-Исследовательского И Проектно-Го Института Алюминиевой,Магниевой, И Электродной Промышленности Anode Gas Combustion Device
US5466421A (en) * 1987-09-21 1995-11-14 Degussa Aktiengesellschaft Apparatus for the catalytic conversion of waste gases containing hydrocarbon, halogenated hydrocarbon and carbon monoxide
RU2345178C2 (en) * 2007-03-26 2009-01-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Device used for afterburning anode gases of aluminium electrolysis unit
JP2011089754A (en) * 2009-10-26 2011-05-06 Ihi Corp Mix burner device of liquid fuel and low calorie fuel
RU2621322C1 (en) * 2016-02-24 2017-06-02 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Method for removing anode gases of an aluminium electrolyser
RU2664584C1 (en) * 2017-12-12 2018-08-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Afterburner for anode gases of aluminium electrolytic cell

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2619434C1 (en) Installation for solid fuel combustion
CN1916494A (en) Burner and method for combusting fuels
TWI554730B (en) Smokeless incinerator and power generation system and heat exchange system using same
CN102829471A (en) Flameless combustion device for pre-mixing and up-injecting gas and air in rotational flow manner in annular channel
CN103900084B (en) A kind of premixed flow forces the turbulent burner of smoke backflow preheated burning
CN205480955U (en) Multiinjector is unpowered, and burning furnace is fired to back mixing formula
RU2697148C1 (en) Device for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell
CN208832468U (en) A kind of pyrolysis gasification furnace
WO2010048796A1 (en) Burner and its gas distribution loop
CN109654491A (en) A kind of interior axial water-cooled premixing combustion apparatus
CN105403040B (en) Flue gas recirculation auxiliary combustion formula aluminium melting furnace
RU2664584C1 (en) Afterburner for anode gases of aluminium electrolytic cell
WO2015094011A1 (en) Shaftless air heater
US3357383A (en) Horizontal cylindrical furnace with removal of liquid slag
CN108266727B (en) Ultra-low NO of internal circulation of flue gas x Exhaust gas burner
CN203215674U (en) Combustor with built-in hot air pipe and combustion in nozzle orthogonal jet mixed heat accumulator
RU2456380C1 (en) Burner of aluminium electrolyser with intensive blending of components
KR101686388B1 (en) Smokless incinerator and system using the same
CN208382142U (en) Big adjust compares coal burner
CN103924022B (en) Combustor with coal gas and air premixed grills to achieve spray, backflow, preheating and combustion
RU2445550C1 (en) Heating device
RU2724755C1 (en) Burner for afterburning of anode gases of aluminum electrolytic cell
CN106047377B (en) A kind of quirk of pyrolysis oven, pyrolysis oven and application
CN109442402A (en) A kind of water cooling premixed combustion method and device
CN106678780A (en) Combustion device