RU95670U1

RU95670U1 - DEVICE FOR COLLECTING AND REMOVING GASES OF ALUMINUM ELECTROLYZER

Info

Publication number: RU95670U1
Application number: RU2010107682/22U
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Шахрай; Вячеслав Васильевич Коростовенко
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2010-07-10

Abstract

Устройство для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащее балку-коллектор с верхним и нижним поясами жесткости и вертикальными двойными стенками, между которыми образованы каналы с всасывающими окнами для сбора и удаления газов, размещенные в верхней части балки-коллектора, соединенной с системой газоотсоса, отличающееся тем, что всасывающие окна выполнены с закругленными кромками, при этом отношение радиуса закругления кромки к гидравлическому диаметру всасывающих окон находится в пределах rк:rг=1:(0,1÷0,5), где rк - радиус кромки; rг - гидравлический диаметр всасывающего окна на уровне нижнего пояса жесткости. A device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with upper and lower stiffening belts and vertical double walls, between which channels with suction windows for collecting and removing gases are formed, located in the upper part of the collector beam connected to gas exhaust system, characterized in that the suction windows are made with rounded edges, while the ratio of the radius of curvature of the edge to the hydraulic diameter of the suction windows is within rk: rg = 1: (0 , 1 ÷ 0.5), where rк is the radius of the edge; rg is the hydraulic diameter of the suction window at the level of the lower stiffness belt.

Description

Полезная модель относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия способом электролиза.The utility model relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis.

Известно техническое решение (патент РФ 2218453, С25С 3/22, 2003., опубл. 10.12.2003), для сбора и удаления выделяющихся из алюминиевого электролизера газов, содержащее балку-коллектор с вертикальными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, в которых вертикальные стенки балки-коллектора выполнены двойными для образования двух каналов для сбора и удаления газов, размещенных в верхней части балки-коллектора, в каждом из которых наклонно установлены ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, причем высота каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоотсоса.A technical solution is known (RF patent 2218453, С25С 3/22, 2003., publ. 10.12.2003), for collecting and removing gases released from an aluminum electrolysis cell, comprising a collector beam with vertical walls, upper and lower stiffening belts and channels for collecting and removal of gases with suction windows, in which the vertical walls of the collector beam are double for the formation of two channels for collecting and removing gases located in the upper part of the collector beam, in each of which there are inclined limiters forming the suction gap l of constant width and variable height, and the height of the channels increases to the end of the beam-collector connected to the gas exhaust system.

Такая конструкция не обеспечивает равномерности газоотсоса через всасывающие окна балки-коллектора. Наибольшие объемы газов удаляются через окна, расположенные в непосредственной близости от газоотводящего патрубка, разрежение в которых максимально. При этом наклонно установленные ограничители, образующие всасывающие щели постоянной ширины и переменной высоты, создают дополнительное аэродинамическое сопротивление. В результате через щели между укрытиями электролизера, расположенными на некотором удалении от всасывающего патрубка, могут наблюдаться выбивания анодных газов в атмосферу корпуса.This design does not ensure the uniformity of the gas exhaust through the suction windows of the beam-collector. The largest volumes of gases are removed through windows located in the immediate vicinity of the exhaust pipe, in which the vacuum is maximum. In this case, obliquely installed limiters forming suction slots of constant width and variable height create additional aerodynamic drag. As a result, knocking out of the anode gases into the atmosphere of the casing can be observed through the cracks between the electrolyzer shelters located at some distance from the suction pipe.

Известно техническое решение наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату (патент РФ 2308551, С25С 3/22, опубл. 20.10.2007 г.), взятое за прототип. В устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами. Во внутренней полости каналов установлено не менее двух криволинейных перегородок, делящих каналы на зоны всасывания газов, с образованием постепенно сужающихся газоходов, изменяющих направление закругления на девяносто градусов в верхней зоне каналов.Known technical solution closest in technical essence and the achieved result (RF patent 2308551, C25C 3/22, publ. 20.10.2007), taken as a prototype. In a device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with vertical double walls, upper and lower stiffening belts and channels for collecting and removing gases with suction windows. At least two curved partitions are installed in the internal cavity of the channels, dividing the channels into gas suction zones, with the formation of gradually narrowing gas ducts that change the direction of the curve by ninety degrees in the upper zone of the channels.

Недостатком конструкции, взятой за прототип, является наличие отверстий и патрубков прямоугольного сечения, присоединенных под прямым углом к нижнему поясу жесткости балки-коллектора, обращенной к расплаву электролита. Кромка на входе потока в патрубок - острая, что создает дополнительные потери напора при расширении струи, сжатой после входа из широкого канала в узкий. При этом вдоль стенки канала образуется струя, отделенная от остальной среды поверхностью раздела, которая распадается и свертывается в мощные вихри. Длина участка l₂, на котором происходит вихреобразование, постепенное рассасывание вихрей и полное растекание потока по сечению, составляет примерно 8-12D_2г (D_2г - гидравлический диаметр широкого сечения) [1].The disadvantage of the design, taken as a prototype, is the presence of holes and nozzles of rectangular cross section, attached at right angles to the lower stiffness of the collector beam facing the molten electrolyte. The edge at the flow inlet to the nozzle is sharp, which creates additional pressure losses during expansion of the jet, compressed after entering from a wide channel into a narrow one. In this case, a jet is formed along the channel wall, which is separated from the rest of the medium by the interface, which decomposes and coagulates into powerful vortices. The length of the section l ₂ on which vortex formation, gradual resorption of vortices and complete spreading of the flow over the cross section is approximately 8-12D _2g (D _2g is the hydraulic diameter of a wide cross section) [1].

Задачами заявляемой полезной модели являются повышение эффективности сбора и удаления от электролизера газов; сокращение аэродинамического сопротивления балки-коллектора.The objectives of the claimed utility model are to increase the efficiency of the collection and removal of electrolyser gases; reduction in aerodynamic drag of the collector beam.

Поставленные задачи достигаются тем, что в устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами согласно предлагаемому решению, всасывающие окна выполнены с закругленными кромками, при этом отношение радиуса закругления кромки к гидравлическому диаметру всасывающих окон находится в пределах r_к:r_г=1:(0,1÷0,5).The objectives are achieved in that in a device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with vertical double walls, upper and lower stiffness belts and channels for collecting and removing gases with suction windows according to the proposed solution, the suction windows are made with rounded edges, while the ratio of the radius of the rounded edge to the hydraulic diameter of the suction windows is in the range r _to : r _g = 1: (0.1 ÷ 0.5).

где: r_к - радиус кромки; r_г - гидравлический диаметр всасывающего окна на уровне нижнего пояса жесткости.where: r _to - the radius of the edge; r _g is the hydraulic diameter of the suction window at the level of the lower stiffness belt.

Данные пределы отношений радиусов выбраны по следующим соображениям. Известно, что сопротивление сужающегося участка можно значительно уменьшить, за счет закругления кромки при переходе от широкого сечения к узкому (И.Е.Идельчик, Справочник по гидравлическим сопротивлениям, // М., «Машиностроение»., 1992, - с.672.; Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем под ред. Юрьева А.С. // Санкт-Петербург, «Мир и семья», 2001. - 1153 с.). Уменьшение соотношения радиусов менее 0,1 сопровождается резким ростом аэродинамического сопротивления потоку на входе во всасывающее окно; превышение этого соотношения более 0,5 значительно ослабит прочность нижнего пояса жесткости устройства сбора и удаления газов. К тому же дальнейшее увеличение соотношения, более 0,5, практически не влияет на уменьшение аэродинамического сопротивления всасывающего окна.These limits of the ratio of the radii are selected for the following reasons. It is known that the resistance of a tapering section can be significantly reduced due to edge rounding during the transition from a wide section to a narrow one (I.E. Idelchik, Handbook of hydraulic resistances, // M., "Mechanical Engineering"., 1992, p.672. ; Handbook of calculations of hydraulic and ventilation systems under the editorship of A. Yuryev // St. Petersburg, "Peace and Family", 2001. - 1153 p.). A decrease in the ratio of radii of less than 0.1 is accompanied by a sharp increase in aerodynamic resistance to flow at the entrance to the suction window; exceeding this ratio of more than 0.5 will significantly weaken the strength of the lower stiffness belt of the device for collecting and removing gases. In addition, a further increase in the ratio, more than 0.5, practically does not affect the decrease in aerodynamic drag of the suction window.

Заявляемая полезная модель поясняется графически. На фиг.-1 - общий вид устройства для сбора и удаления газов алюминиевого электролизера, фиг.2 - разрез на фиг.1The inventive utility model is illustrated graphically. In Fig.-1 is a General view of a device for collecting and removing gases from an aluminum electrolyzer, Fig.2 is a section in Fig.1

Устройство для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 с вертикальными двойными стенками 2, верхним 3 и нижним 4 поясами жесткости. Пространство между двойными стенками образуют каналы 5 для сбора и удаления газов, в которых установлены перегородки 6. Перегородки образуют плавно сужающиеся каналы, в которых вертикально направленный газовый поток из-под укрытия электролизера перестраивается в горизонтальный поток в выходном патрубке 7, соединенным с цеховой системой газоотсоса. В нижнем поясе жесткости 4 балки - коллектора имеются отверстия - всасывающие окна 8, входные кромки которых выполнены закругленными.A device for collecting and removing gases consists of a collector beam 1 with vertical double walls 2, upper 3 and lower 4 stiffness belts. The space between the double walls is formed by channels 5 for collecting and removing gases in which the partitions are installed 6. The partitions form smoothly tapering channels in which a vertically directed gas stream from under the electrolyzer’s cover is converted into a horizontal stream in the outlet pipe 7 connected to the shop exhaust gas system . In the lower stiffness belt 4 of the beam - collector there are holes - suction windows 8, the input edges of which are rounded.

Принцип работы заявляемой полезной модели следующий.The principle of operation of the claimed utility model is as follows.

При работе электролизера выделяющиеся газы из отдельных зон выбросов свободно поднимаются вверх и через всасывающие окна 8 попадают в каналы для сбора и удаления газов 5.During the operation of the electrolyzer, the released gases from individual emission zones freely rise upward and through the suction windows 8 enter the channels for collecting and removing gases 5.

Таким образом, применение предлагаемой конструкции уменьшит аэродинамическое сопротивление устройства сбора и удаления газов, снизит энергозатраты на эвакуацию газов и сократит выбросы в рабочую зону корпуса электролиза.Thus, the application of the proposed design will reduce the aerodynamic drag of the device for collecting and removing gases, reduce energy costs for the evacuation of gases and reduce emissions in the working area of the electrolysis body.

Claims

A device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolysis cell, comprising a collector beam with upper and lower stiffening belts and vertical double walls, between which channels with suction windows for collecting and removing gases are formed, located in the upper part of the collector beam connected to gas exhaust system, characterized in that the suction windows are made with rounded edges, while the ratio of the radius of the curve of the edge to the hydraulic diameter of the suction windows is within r _to : r _g = 1: (0.1 ÷ 0.5), where r _k is the radius of the edge; r _g is the hydraulic diameter of the suction window at the level of the lower stiffness belt.