WO2019098888A1 - Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell - Google Patents

Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell Download PDF

Info

Publication number
WO2019098888A1
WO2019098888A1 PCT/RU2018/050084 RU2018050084W WO2019098888A1 WO 2019098888 A1 WO2019098888 A1 WO 2019098888A1 RU 2018050084 W RU2018050084 W RU 2018050084W WO 2019098888 A1 WO2019098888 A1 WO 2019098888A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
height
channel
caps
gases
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/050084
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Валерий Георгиевич Шадрин
Ярослав Александрович Третьяков
Алексей Сергеевич ЖЕРДЕВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Объединенная Компания Русал Инженерно -Технологический Центр"
Priority to CA3082087A priority Critical patent/CA3082087C/en
Priority to CN201880074515.2A priority patent/CN111356788B/en
Publication of WO2019098888A1 publication Critical patent/WO2019098888A1/en
Priority to NO20200539A priority patent/NO20200539A1/en

Links

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

Definitions

  • the invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum in electrolyzers with prebaked anodes, and can be used to reduce the volume of exhaust gases from the electrolyzer while maintaining high removal efficiency during the interoperational period and when performing technological operations on the electrolyzer associated with depressurization of shelters.
  • a device in which the gas collection cap is in contact with the crust at the opening of the crust.
  • the purpose of this invention is the collection of waste gases from the electrolyzer for the purification of fluorine components of alumina. (US Patent 4,770,752 (1988)).
  • a device in which in the interoperative period a standardized amount of process gases and an increased amount of process gases are removed when the covers of the anode case are opened, by turning on an additional exhaust fan.
  • a separating wall is installed inside the shelter to direct the flow upwards into the gas channels to reduce emissions into the hull (patent RU 2251593 C2, MIK S25SZ / 20, published on November 15, 2000).
  • the disadvantage of the analog device is that during the depressurization of the electrolyzer, the air flow tightened under the cover moves the electrolysis gases along the electrolyzer and creates stagnant areas with a high concentration of electrolysis gases under the lower flange of the beam. In these areas, gases are discharged 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 shields of the shelter.
  • a device for collecting and removing gases from an aluminum electrolyzer according to patent RU 2553137, ⁇ 25 ⁇ 3/22 publ. 06/10/2015, containing a beam-collector, having upper and lower stiffness belts and double vertical walls, between which in the upper part of the collector beam along the vertical walls are formed the main flue channels of variable cross-section with confuser located along the longitudinal axis of the beam-collector above the anodes, one end fixed at the entrance to the fairing, and the other with holes in the lower zone of rigidity, the height of the main duct increases to the end of the beam-collector connected to the gas cleaning system.
  • the main gas conduit has a confuser installed in the metal intake zone.
  • the disadvantage of the proposed device is that the device provides for a local increase in vacuum in the area of replacement of the anodes, without equalizing the vacuum under the entire cover.
  • additional gas ducts connected to the confuser which are equipped with automatic valves. Through openings where the shutters are removed for replacement the anode, under the shelter is drawn in a large volume of air with the formation of vortex flows distributed under the entire shelter.
  • confuser can not cope with the removal of gases, and the gas through the leaks of shelter will break out into the case.
  • the proposed device does not provide effective removal of gases during the operation of replacing the anodes.
  • the cap for gas removal is located directly above the hole in the crust and provides a smaller total volume of gas withdrawn from the electrolyzer with a higher concentration of C0 2 and elevated temperature, which allows reducing the number of gas cleaning plants and increasing the heat exchange potential.
  • the gas collection cap has at least two entrances, i.e. its walls are made double. The suction speed between the double walls considerably exceeds the speed in the center of the cap, which creates additional thrust, which creates an artificial “air wall”, providing more efficient collection of exhaust gases and reduces interference from transverse flows.
  • a cap for collecting process gases can be installed next to the feeder, and not represent a single whole with it. In this case, most of the gas will be dragged to the periphery of the cap, but for this it is necessary to ensure a uniform intake of gases along the length of the base of the cap.
  • the covers of the shelter open and the air drawn in through the formed opening forms vortex flows that displace gas into one of the ends of the electrolyzer, caps in this zone will not cope with the removal of the increased volume of gas.
  • the "air wall” prevents the transverse flow of gas emitted through the large faults of the electrolyte crust to be in place at the place of the anodes to be removed.
  • the device of the prototype does not allow for the efficient removal of electrolysis gases, both in the inter-operation mode of the electrolyzer and in the performance of technological operations.
  • the equipment placed under the shelter is experiencing heavy loads from the aggressive environment. Disclosure of the invention
  • the basis of the invention is the reduction of heat loss from the exhaust gases from the electrolyzer and reducing the load on the gas treatment plant while maintaining the efficiency of removal of gases.
  • the load on the gas treatment facilities is determined by the volume of exhaust gases from the electrolyzers.
  • the total volume of exhaust gases from the electrolyzer with burnt anodes is 3000 tons - 20,000 Nm 3 / hour, of which only 1% 2% are electrolysis gases, and the rest is air.
  • the efficiency of the removal of gases from the electrolyzer is determined by the efficiency factor. systems for removal of gases from the electrolyzer, usually this value is 98%.
  • the technical result of the claimed invention is to reduce the total volume of gases removed from the electrolyzer several times due to a decrease in the volume of air, when the following conditions are met:
  • the value of efficiency gas removal systems remain at a level of at least 98%, both in the inter-operation mode of the electrolyzer, and when performing technological operations.
  • the gases are taken to be evenly distributed along the length of the cell cover and the length of the base of each gas collection cap.
  • the gas-collecting caps are arranged so that the mechanisms for feeding alumina are outside the gas intake zone, and the caps are designed to ensure uniform gas intake along the base of each gas-collecting cap at the specified location - outside the gas intake zone.
  • the solution of the problem is achieved by a device for collecting and disposing of gases in an aluminum electrolysis cell, which contains a flue system containing horizontal main and additional flue ducts made with the possibility of switching on / off the main and additional flue ducts; and gas collecting caps, each of the gas collecting caps connected by the first channel to the horizontal main gas duct, forming the main gas removal circuit, and the second channel to the additional vertical gas duct, forming an additional gas removal circuit.
  • each subsequent first channel of the main circuit increases by gas flow by 16 ⁇ 24% from the height of the previous first channel
  • the height of each subsequent second channel of the additional circuit is increased by gas flow by 24 ⁇ 26% from the height of the previous second channel.
  • separating plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap, while on each side of the central axis of the gas collection cap symmetrically at least two separation plates and the length of each next in the direction of the central axis of the cap plate decreases with respect to the previous one by 25-35%.
  • the caps are made in the form of confusion.
  • the main and additional circuit in the upper part of the caps are combined.
  • the distance between the separation plates is at least 15% of the length of the base of the gas collection cap.
  • the proposed system for the collection and removal of gases in an aluminum electrolysis cell which contains an electrolyzer containing at least anodes and electrolyte peels, an electrolytic shelter, which is made of removable shields, a system of gas ducts, including horizontal main and additional ducts made with the ability to turn on / off the main and additional gas ducts and gas collection caps placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the electrolyte core punches, Forming the gas intake zone in the center of the electrolyzer.
  • each of the gas collection caps connected by a first channel to the horizontal main gas duct, forming the main gas removal loop, and the second channel with the additional vertical gas duct, forming an additional contour of removal of gases.
  • the height of each subsequent first channel of the main circuit increases by gas flow by 16 ⁇ 24% from the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit is increased by gas flow by 24 ⁇ 26% from the height of the previous second channel.
  • separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap.
  • On each side of the central axis of the gas collecting cap at least two separator plates are symmetrically installed, and the length of each next plate towards the central axis of the cap plate decreases relative to the previous one by 25-35%.
  • gas collecting caps in the system are placed above the crust of the electrolyte at a distance of 0.5-1.5 of the height of the new anode of the electrolyzer.
  • the height of the cover in relation to the level of electrolyte is 1.5-5 height of the new anode.
  • an electrolyzer that contains a device for collecting and removing gases in an aluminum electrolyzer, as described above.
  • figure 1 shows a General view of the electrolyzer, which contains a device for the collection and removal of gases;
  • figure 2 shows the arrangement of structural elements for the collection and removal of gases inside the cell
  • figure 4 shows a variant of the guide element of the device for the collection and removal of gases made in the form of a protrusion (cross section of the electrolyzer);
  • FIG. 5 shows an embodiment of the guide element of the device for collecting and removing gases in the form of plates (cross section of the electrolyzer);
  • in fig. 6 shows the arrangement of the separating plates in the gas collection cap (cross section of the cap); in fig. 7 shows the main and additional contours of the removal of gases with gas collection caps in a longitudinal section.
  • An electrolyzer is a device for the production of aluminum by the electrolysis of melts, containing, as a rule, anodes, point feeders with alumina with punchers, a collector beam with gas ducts and gas collection caps, and also shelter. All structural elements of the claimed device are mounted on the beam-collector (1).
  • the shelter of the electrolyzer (2) is made of individual shields, on which the guiding elements 3 are rigidly mounted on the inner side horizontally with respect to the electrolyte melt crust.
  • the guiding elements can be structurally made in the form of plates or protrusions (Fig. 4 and Fig. 5) of the materials used for the manufacture of shelter panels, such as aluminum.
  • the number of guiding elements is determined by the speed of the flow between the guides and must provide air velocity greater than 2 m / s and less than 7 m / s in order to exclude dislodging of gases from the electrolyzer and alumina entrainment from the surface of the crust.
  • the location and length of the guide elements is determined by the configuration of the shelter under the condition of a uniform flow around the anodes.
  • the gas collecting caps (4) are placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the electrolyte peels above the anodes (5), between the punches (6), forming a gas intake zone in the center of the electrolyzer.
  • Each gas cap (4) is connected by the first channel (8) to the horizontal main gas duct (9), forming the main gas removal circuit, and the second channel (8 ') with the 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 with the gas flow by 16 ⁇ 24% of the height of the previous first channel, and the height of each the subsequent second channel of the additional circuit increases with the gas flow by 24 ⁇ 26% of the height of the previous second channel.
  • the main (9) and additional (10) horizontal ducts are connected to a body gas removal system (not shown).
  • separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap (Fig. 7). Separating plates are rigidly fixed on each side of the central axis of the gas collecting cap, while the length of each next plate towards the central axis of the cap of the plate decreases relative to the previous one by 25-35%. Plates are arranged symmetrically with respect to the central axis of the cap, which ensures equal conditions for gas intake along the length of the base of the cap. To exclude stagnant zones in the cap, the number of plates must be at least two on each side of the central axis.
  • the separator plates installed in this way break up the volume of the cap 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 efficiency of gas intake in the center of the cap and at its periphery.
  • the width of each parallel channel preferably, may be at least 15% of the length of the base of the cap. The achieved effect allows you to place the caps between the punches, when the mechanisms for feeding alumina are outside the zone of intake of gases and the load on them from the aggressive environment is minimal.
  • Gas collection caps (4) are placed above the electrolyte crust, for example, at a distance of 0.5, 5 N, 5 the height of the new anode, and the height of the cover is 1.5 K2.0 from the height of the new anode.
  • Increasing the height of the shelter will increase the volume of air in the composition of the gases to be removed; in order to remove gases, it will be necessary to increase the discharge to the values realized in the existing designs of electrolyzers, the load on the gas cleaning facilities will increase, as well as the amount of heat loss. In the case of a decrease in volume, it will be impossible to perform the operation of replacing anodes.
  • the gas collection cap designed during the development of the invention, was made in the form of a confuser, a device in which the channel smoothly lends out, which increases the velocity of the removed gases and reduces the energy losses spent on the removal of gas.
  • the height of the cap was 800 mm, and the base length 1800 mm, with a base width of 170 mm. Separating 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 caps was determined the condition for the replacement of anodes and the location of the power supply mechanisms for alumina under cover, while the caps cover the entire space in the center of the cell between the anodes, except for the space for the work of the punches and feeders.
  • the width of each of the parallel channels was 180 mm. Caps were installed at a height of 50 mm above the anodes.
  • the device works as follows. During the inter-operation period of the cell operation, the gas entering the cell shelter (2) through the holes in the crust destruction places by the punchers (6) is mixed with air, which does not get through the density of the shelter and is drawn into caps (4) of the main horizontal gas duct (9). and then sent to the corpus removal system gases (not shown).
  • the separation plates (7) in the caps (4) evenly distribute the gas flow along 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 arrangement of caps (4) above the crust is preferably at a height of 0.5 t – 1.5 from the height of the anode (5), between the punchers (6), which provides a vacuum value sufficient for complete removal of gases.
  • the volume of exhaust gases from one electrolyzer decrease by 2 + 4 times due to the cumulative 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 exit of electrolysis gases under the shelter.
  • the efficiency of gas removal efficiency 98% t- 99%, depending on the operations performed on the electrolyzer.
  • caps under the cover, near the exit of electrolysis gases allows to increase the efficiency of removal of gases with a smaller volume of gases to be removed, and the specified height of installation of caps over the electrolyte crust makes it possible to replace the anodes without damaging the caps.
  • Plates inside the caps provide a uniform intake of gases along the length of the base caps.
  • Caps are simultaneously included in the main and additional gas removal systems, which ensures efficient gas removal both during the inter-operation period of work and during operations.
  • the specified range of variation in the height of the connecting channels with caps ensures efficient operation of all caps, i.e. effective removal of gases along the length of the electrolyzer.
  • the main and additional flue pipes are connected to the caps in the upper part of the caps (at the top of the confuser).
  • the flow rates at the outlet of confuser are already aligned, and the connection of an additional circuit will not lead to a change in the nature of the flow of gases inside the confuser, i.e. will not affect the uniformity of gas intake at the base of the caps. Gas is redistributed along the contours in proportion to the vacuum in the contours and the cross-sectional area of the gas ducts.
  • caps between the punches at a height equal to from 0.5 to 1.5 of the anode height allows the operation of replacing the anode without damaging the structural elements of the device for removing gases and reduces the effect of temperatures and abrasive particles on the performance of the punches and feeders of the electrolyzer.

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

The invention relates to the production of aluminum in electrolysis cells with baked anodes. A device comprises a system of gas ducts and gas-collecting caps. Each of the caps is connected by a first channel to a horizontal gas duct so as to form a main gas removal circuit, and is connected by a second channel to an additional gas duct so as to form an additional gas removal circuit. The height of each subsequent channel of the main loop is increased by 16-24% of the height of the preceding channel, and the height of each subsequent channel of the additional loop is increased by 24-26% of the height of the preceding channel. Separator plates are mounted inside the caps. The length of each subsequent plate is reduced with respect to the preceding by 25-35%. The technical effect is to reduce the volumes of gases removed from the electrolysis cell, and to maintain gas removal efficiency.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА И УДАЛЕНИЯ ГАЗОВ В АЛЮМИНИЕВОМ  DEVICE FOR COLLECTION AND REMOVAL OF GASES IN ALUMINUM
ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ  ELECTRIC
Область техники, к которой относится изобретение The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с предварительно обожженными анодами, и может быть применено для уменьшения объёмов 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 electrolyzers with prebaked anodes, and can be used to reduce the volume of exhaust gases from the electrolyzer while maintaining high removal efficiency during the interoperational period and when performing technological operations on the electrolyzer associated with depressurization of shelters.
Уровень техники  The level of technology
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 (1988г.)).  A device is known in which the gas collection cap is in contact with the crust at the opening of the crust. The purpose of this invention is the collection of waste gases from the electrolyzer for the purification of fluorine components of alumina. (US Patent 4,770,752 (1988)).
Недостатки известного устройства заключаются в том, что данное изобретение имеет ограничения с точки зрения техобслуживания системы подачи глинозёма, 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 in terms of maintaining the alumina feed system located inside the hood and possible damage during replacement of the anodes, since the hood 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, МИК С25СЗ/20, опубл. 15.11.2000г.). 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 device is known in which in the interoperative period a standardized amount of process gases and an increased amount of process gases are removed when the covers of the anode case are opened, by turning on an additional exhaust fan. Inside the shelter, a separating wall is installed to direct the flow upwards into the gas channels to reduce emissions into the hull (patent RU 2251593 C2, MIK S25SZ / 20, published on November 15, 2000). The disadvantage of the analog device is that during the depressurization of the electrolyzer, the air flow tightened under the cover moves the electrolysis gases along the electrolyzer and creates stagnant areas with a high concentration of electrolysis gases under the lower flange of the beam. In these areas, gases are discharged 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 shields of the shelter.
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 patent RU 2553137, С25С 3/22 publ. 06/10/2015, containing a beam-collector, having upper and lower stiffness belts and double vertical walls, between which in the upper part of the collector beam along the vertical walls are formed the main flue channels of variable cross-section with confuser located along the longitudinal axis of the beam-collector above the anodes, one end fixed at the entrance to the fairing, and the other with holes in the lower zone of rigidity, the height of the main duct increases to the end of the beam-collector connected to the gas cleaning system. Between the upper and lower stiffness belts, symmetrically to the longitudinal axis of the collector beam, there are two additional gas passage channels of variable section connected to the lower stiffness belt by confusors equipped with flaps and located along the longitudinal axis above the anodes between the confusors of the main fluff channel, with each face The main gas conduit has a confuser installed in the metal intake zone.
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, соединённые с конфузорами, которые снабжены автоматическими заслонками. Через проемы, где сняты створки для замены анода, под укрытие затягивается большой объём 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 for a local increase in vacuum in the area of replacement of the anodes, without equalizing the vacuum under the entire cover. To do this, include additional gas ducts connected to the confuser, which are equipped with automatic valves. Through openings where the shutters are removed for replacement the anode, under the shelter is drawn in a large volume of air with the formation of vortex flows distributed under the entire shelter. As a result, in other shelter zones confuser can not cope with the removal of gases, and the gas through the leaks of shelter will break out into the case. 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 С25СЗ/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 С02 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 to the technical essence is a device for collecting hot gas, waste in the process of electrolysis, proposed in patent WO 2010/033037 A1., IPC S25SZ / 22, publ. 03/25/2010, taken as a prototype. In the device, the cap for gas removal is located directly above the hole in the crust and provides a smaller total volume of gas withdrawn from the electrolyzer with a higher concentration of C0 2 and elevated temperature, which allows reducing the number of gas cleaning plants and increasing the heat exchange potential. In addition, the gas collection cap has at least two entrances, i.e. its walls are made double. The suction speed between the double walls considerably exceeds the speed in the center of the cap, which creates additional thrust, which creates an artificial “air wall”, providing more efficient collection of exhaust gases and reduces interference from transverse flows.
Недостатки устройства-прототипа:  The disadvantages of the device prototype:
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 приведёт, в результате работы в агрессивной среде, к повреждению механизмов регулирования потоков отражателя и питателя электролизера. 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. In the design of the prototype cap, 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 caps away from the piercers will make the removal of gases not effective, and placing the cap directly above the hole in the crust will result in damage to the mechanisms controlling the flow of the reflector and the feeder of the electrolyzer as a result of working in an aggressive environment. The desired range of placement of the cap over the crust is from 10 to 1000 mm, determined by the rate of alumina ablation and the possibility of performing the anode replacement operation. To fulfill this condition, it is necessary to change the installation height of the cap during various operations, which violates the tightness of the gas removal device.
Для эффективного удаления газа от электролизера необходимо обеспечить равные объёмы 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.  For effective removal of gas from the electrolyzer, it is necessary to ensure equal volumes of gas removal from all caps placed under the shelter of the electrolyzer. For this amount of vacuum at the entrance to each cap should be the same, but in the device of the prototype system, regulating the uniform gas intake under the shelter of the electrolyzer, is absent.
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 the device according to WO 2010/033037, a cap for collecting process gases can be installed next to the feeder, and not represent a single whole with it. In this case, most of the gas will be dragged to the periphery of the cap, but for this it is necessary to ensure a 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 проём, образует вихревые потоки, которые смещают газ в один из торцов электролизера, колпаки в этой зоне не справятся с удалением увеличенного объёма газа. Кроме того, «воздушная стена» препятствует затягиванию поперечных потоков газа, выделяющегося через образовавшиеся большие разломы корки электролита, в месте удаляемых анодов.  During the operation of replacing the anodes, the covers of the shelter open and the air drawn in through the formed opening forms vortex flows that displace gas into one of the ends of the electrolyzer, caps in this zone will not cope with the removal of the increased volume of gas. In addition, the "air wall" prevents the transverse flow of gas emitted through the large faults of the electrolyte crust to be in place at the place of the anodes to be removed.
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. Раскрытие сущности изобретения Thus, the device of the prototype does not allow for the efficient removal of electrolysis gases, both in the inter-operation mode of the electrolyzer and in the performance of technological operations. In addition, the equipment placed under the shelter, is experiencing heavy loads from the aggressive environment. Disclosure 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 reduction of heat loss from the exhaust gases from the electrolyzer and reducing the load on the gas treatment plant while maintaining the efficiency of removal of gases.
Нагрузка на газоочистные сооружения определяется объёмом удаляемых газов с электролизеров. Общий объём удаляемых газов от электролизера с обожжёнными анодами составляет 3000 т- 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 the gas treatment facilities is determined by the volume of exhaust gases from the electrolyzers. The total volume of exhaust gases from the electrolyzer with burnt anodes is 3000 tons - 20,000 Nm 3 / hour, of which only 1% 2% are electrolysis gases, and the rest is air. The efficiency of the removal of gases from the electrolyzer is determined by the efficiency factor. systems for removal of gases from the electrolyzer, usually this value is 98%.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение суммарного объёма удаляемых газов из электролизера в несколько раз за счет уменьшения объёма воздуха, при выполнении следующих условий:  The technical result of the claimed invention is to reduce the total volume of gases removed from the electrolyzer several times due to a decrease in the volume of air, when the following conditions are met:
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 gas removal systems remain at a level of at least 98%, both in the inter-operation mode of the electrolyzer, and when performing 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 placed 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-operation mode of operation of the electrolyzer, the gases are taken to be evenly distributed along the length of the cell cover and the length of the base of each gas collection cap.
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. 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%. To fulfill the second condition, the gas-collecting caps are arranged so that the mechanisms for feeding alumina are outside the gas intake zone, and the caps are designed to ensure uniform gas intake along the base of each gas-collecting cap at the specified location - outside the gas intake zone. In one of the embodiments, the solution of the problem is achieved by a device for collecting and disposing of gases in an aluminum electrolysis cell, which contains a flue system containing horizontal main and additional flue ducts made with the possibility of switching on / off the main and additional flue ducts; and gas collecting caps, each of the gas collecting caps connected by the first channel to the horizontal main gas duct, forming the main gas removal circuit, and the second channel to the additional vertical gas duct, forming an additional gas removal circuit. The height of each subsequent first channel of the main circuit increases by gas flow by 16 ^ 24% from the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit is increased by gas flow by 24 ^ 26% from the height of the previous second channel. In the lower part, on the inner surface of the longitudinal sides of at least one gas collection cap along the direction of gas movement, separating plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap, while on each side of the central axis of the gas collection cap symmetrically at least two separation plates and the length of each next in the direction of the central axis of the cap plate decreases with respect to the previous one by 25-35%.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения колпаки выполнены в виде конфузоров.  According to one variant of the proposed invention, the caps are made in the form of confusion.
Согласно одному из вариантов предложенного изобретения основной и дополнительный контур в верхней части колпаков объединены.  According to one variant 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. 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%. 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 variant of the proposed invention, the distance between the separation plates is at least 15% of the length of the base of the gas collection cap. In addition, the proposed system for the collection and removal of gases in an aluminum electrolysis cell, which contains an electrolyzer containing at least anodes and electrolyte peels, an electrolytic shelter, which is made of removable shields, a system of gas ducts, including horizontal main and additional ducts made with the ability to turn on / off the main and additional gas ducts and gas collection caps placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the electrolyte core punches, Forming the gas intake zone in the center of the electrolyzer. On the inner side of the removable shelter covers, horizontally with respect to the electrolyte crust, guide elements are installed that are designed to direct gas flows into the gas intake zone, with each of the gas collection caps connected by a first channel to the horizontal main gas duct, forming the main gas removal loop, and the second channel with the additional vertical gas duct, forming an additional contour of removal of gases. The height of each subsequent first channel of the main circuit increases by gas flow by 16 ^ 24% from the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit is increased by gas flow by 24 ^ 26% from the height of the previous second channel. At the same time in the lower part on the inner surface of the longitudinal sides of at least one gas collection cap along the direction of movement of the gas, separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap. On each side of the central axis of the gas collecting cap, at least two separator plates are symmetrically installed, and the length of each next plate towards the central axis of the cap plate decreases relative to the previous one by 25-35%. According to one embodiment of the proposed invention, gas collecting caps in the system are placed above the crust of the electrolyte at a distance of 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 cover in relation to the level of electrolyte is 1.5-5 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 electrolyzer that contains a device for collecting and removing gases in an aluminum electrolyzer, as 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 options for private implementation of the invention are not the only possible. Various modifications and improvements are allowed, without departing from the scope of the invention defined by the independent claims.
Краткое описание чертежей  Brief 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; figure 1 shows a General view of the electrolyzer, which contains a device for the collection and removal of gases;
на фиг.2 показано расположение элементов конструкции для сбора и удаления газов внутри электролизера; figure 2 shows the arrangement of structural elements for the collection and removal of gases inside the cell;
на фиг.З показаны элементы основного и дополнительного контуров удаления газов; on fig.Z shows the elements of the primary and secondary contours of the removal of gases;
на фиг.4 показан вариант направляющего элемента устройства для сбора и удаления газов выполненный в виде выступа (поперечный разрез электролизера); figure 4 shows a variant of the guide element of the device for the collection and removal of gases made in the form of a protrusion (cross section of the electrolyzer);
на фиг. 5 показан вариант выполнения направляющего элемента устройства для сбора и удаления газов в виде пластин (поперечный разрез электролизера); in fig. 5 shows an embodiment of the guide element of the device for collecting and removing gases in the form of plates (cross section of the electrolyzer);
на фиг. 6 показано расположение разделяющих пластин в газосборном колпаке (поперечный разрез колпака); на фиг. 7 показаны основной и дополнительный контуры удаления газов с газосборными колпаками в продольном разрезе. in fig. 6 shows the arrangement of the separating plates in the gas collection cap (cross section of the cap); in fig. 7 shows the main and additional contours of the removal of gases with gas collection caps in a longitudinal section.
Осуществление изобретения  The 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 глинозёмом 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 electrolyzer. An electrolyzer is a device for the production of aluminum by the electrolysis of melts, containing, as a rule, anodes, point feeders with alumina with punchers, a collector beam with gas ducts and gas collection caps, and also shelter. All structural elements of the claimed device are mounted on the beam-collector (1). The shelter of the electrolyzer (2) is made of individual shields, on which the guiding elements 3 are rigidly mounted on the inner side horizontally with respect to the electrolyte melt crust. The guiding elements can be structurally made in the form of plates or protrusions (Fig. 4 and Fig. 5) of the materials used for the manufacture of shelter panels, such as aluminum. The number of guiding elements is determined by the speed of the flow between the guides and must provide air velocity greater than 2 m / s and less than 7 m / s in order to exclude dislodging of gases from the electrolyzer and alumina entrainment from the surface of the crust. The location and length of the guide elements is determined by the configuration of the shelter under the condition of a uniform flow around the anodes.
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.  The gas collecting caps (4) are placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the electrolyte peels above the anodes (5), 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) to the horizontal main gas duct (9), forming the main gas removal circuit, and the second channel (8 ') with the 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 with the gas flow by 16 ^ 24% of the height of the previous first channel, and the height of each the subsequent second channel of the additional circuit increases with the gas flow by 24 ^ 26% of the height of the previous second channel. The main (9) and additional (10) horizontal ducts are connected to a body 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 объём 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 at least one gas collection cap along the direction of gas movement, separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap (Fig. 7). Separating plates are rigidly fixed on each side of the central axis of the gas collecting cap, while the length of each next plate towards the central axis of the cap of the plate decreases relative to the previous one by 25-35%. Plates are arranged symmetrically with respect to the central axis of the cap, which ensures equal conditions for gas intake along the length of the base of the cap. To exclude stagnant zones in the cap, the number of plates must be at least two on each side of the central axis. The separator plates installed in this way break up the volume of the cap 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 efficiency of gas intake in the center of the cap and at its periphery. The width of each parallel channel, preferably, may be at least 15% of the length of the base of the cap. The achieved effect allows you to place the caps between the punches, when the mechanisms for feeding alumina are outside the zone of intake of gases 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 dimensions of the plates, the effect of uniform gas intake at the base of the cap, as 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, an increase in the length of the plates or their direction toward the center of the cap led to a collision of flows of individual channels between themselves and respectively to the formation of zones with positive pressure. The gas in this case was knocked back under cover. The location of the plates in the top of the cap led to an increase in speed at the exit of the cap. As a result, the gas-dynamic resistance of the cap increased, i.e. the load on gas cleaning resistances also increased. The irregularity of gas intake at the base of the cap also increased, since in this case, at the entrance to the cap, zones with different vacuum values are formed. In addition, the formation of "air walls" similar to the "air walls" in the prototype, which prevent the collection of gases on the periphery of the cap.
Газосборные колпаки (4) устанавливают над коркой электролита, например, на расстоянии равном 0, 5-Н, 5 высоты нового анода, а высота укрытия равна 1,5-К2,0 от высоты нового анода. При увеличении высоты укрытия увеличится объём воздуха в составе удаляемых газов, для удаления газов потребуется увеличения разряжения до значений, реализуемых в существующих конструкциях электролизёров, увеличится нагрузка на газоочистные сооружения, а также величина потерь тепла. В случае уменьшения объёма станет невозможным выполнение операции замены анодов.  Gas collection caps (4) are placed above the electrolyte crust, for example, at a distance of 0.5, 5 N, 5 the height of the new anode, and the height of the cover is 1.5 K2.0 from the height of the new anode. Increasing the height of the shelter will increase the volume of air in the composition of the gases to be removed; in order to remove gases, it will be necessary to increase the discharge to the values realized in the existing designs of electrolyzers, the load on the gas cleaning facilities will increase, as well as the amount of heat loss. In the case of a decrease in volume, it will be impossible to perform the operation of replacing anodes.
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 глинозёмом 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, the gas collection cap, designed during the development of the invention, was made in the form of a confuser, a device in which the channel smoothly lends out, which increases the velocity of the removed gases and reduces the energy losses spent on the removal of gas. The height of the cap was 800 mm, and the base length 1800 mm, with a base width of 170 mm. Separating 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 caps was determined the condition for the replacement of anodes and the location of the power supply mechanisms for alumina under cover, while the caps cover the entire space in the center of the cell between the anodes, except for the space for the work of the punches and feeders. The width of each of the parallel channels was 180 mm. Caps were installed 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 т- 1,5 от высоты анода (5), между пробойниками (6), что обеспечивает величину разрежения достаточную для полного удаления газов.  The device works as follows. During the inter-operation period of the cell operation, the gas entering the cell shelter (2) through the holes in the crust destruction places by the punchers (6) is mixed with air, which does not get through the density of the shelter and is drawn into caps (4) of the main horizontal gas duct (9). and then sent to the corpus removal system gases (not shown). The separation plates (7) in the caps (4) evenly distribute the gas flow along 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 arrangement of caps (4) above the crust is preferably at a height of 0.5 t – 1.5 from the height of the anode (5), between the punchers (6), which provides a vacuum value sufficient for complete removal of 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 electrolyzer, under the shelter (2), air is drawn in, which mixes with the anode gases, forming vertical and horizontal vortex flows. Guide elements (3), attached to the shields of the shelter 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) gas ducts. Thus, the amount of rarefaction under the shelter can be increased 3 ^ 4 times, which is enough to remove gases during partial depressurization shelters. Turning on and off the main and additional ducts is performed by known mechanisms, such as a gate.
При реализации заявляемого устройства объём удаляемых газов с одного электролизера уменьшиться в 2+4 раза за счет суммарного эффекта от уменьшения объёма 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% т- 99% , в зависимости от операций, выполняемых на электролизере.  When implementing the inventive device, the volume of exhaust gases from one electrolyzer decrease by 2 + 4 times due to the cumulative 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 exit of electrolysis gases under the shelter. When this is achieved, the efficiency of gas removal efficiency = 98% t- 99%, depending on the operations performed on the electrolyzer.
Установка колпаков под укрытием, вблизи выхода электролизных газов позволяет повысить эффективность удаления газов при меньшем объёме 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.  Installing caps under the cover, near the exit of electrolysis gases allows to increase the efficiency of removal of gases with a smaller volume of gases to be removed, and the specified height of installation of caps over the electrolyte crust makes it possible to replace the anodes without damaging the caps. Plates inside the caps provide a uniform intake of gases along the length of the base 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 main and additional gas removal systems, which ensures efficient gas removal both during the inter-operation period of work 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 variation in the height of the connecting channels with caps ensures efficient operation of all caps, i.e. effective removal of gases along the length of the electrolyzer.
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. 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 main and additional flue pipes are connected to the caps in the upper part of the caps (at the top of the confuser). The flow rates at the outlet of confuser are already aligned, and the connection of an additional circuit will not lead to a change in the nature of the flow of gases inside the confuser, i.e. will not affect the uniformity of gas intake at the base of the caps. Gas is redistributed along the contours in proportion to the vacuum in the contours and the cross-sectional area of the gas ducts. The arrangement of caps between the punches at a height equal to from 0.5 to 1.5 of the anode height allows the operation of replacing the anode without damaging the structural elements of the device for removing gases and reduces the effect of temperatures and abrasive particles on the performance of the punches and feeders of the electrolyzer.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство для сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере, содержащее 1. A device for the collection and removal of gases in an aluminum electrolysis cell, containing
систему газоходов, содержащую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и дополнительного газоходов; и  a duct system containing a horizontal main and additional ducts made with the possibility of switching on / off the main and supplemental ducts; and
газосборные колпаки;  gas collection caps;
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; при этом 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;  each of the gas collecting caps is connected to the first channel with the horizontal main gas duct, forming the main gas removal loop, and the second channel with an additional vertical gas duct, forming an additional gas removal loop; the height of each subsequent first channel of the main circuit increases along the gas flow by 16 ^ 24% from the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit increases by gas flow by 24 ^ 26% of the height of the previous second channel;
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;  at the same time in the lower part on the inner surface of the longitudinal sides of at least one gas collection cap along the direction of movement of the gas, separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap;
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%.  On each side of the central axis of the gas collection cap, at least two separator plates are installed symmetrically, and the length of each next one in the direction towards the central axis of the cap of the plate decreases relative to the previous one by 25-35%.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и дополнительный контур в верхней части колпаков объединены.  2. The device according to claim 1, characterized in that the main and additional circuit in the upper part of the caps are combined.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что колпаки выполнены в виде конфузоров.  3. The device according to claim 1, characterized in that the caps are made in the form of confuser.
15 15
ЗАМЕНЯЮЩИЕ ЛИСТЫ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEETS (RULE 26)
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между разделительными пластинами составляет не менее 15 % от длины основания газосборного колпака. 4. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the separation plates is not less than 15% of the length of the base of the gas collection cap.
5. Система сбора и удаления газов в алюминиевом электролизере, содержащая  5. The system of collection and removal of gases in an aluminum electrolysis cell, containing
электролизер, содержащий, по меньшей мере, аноды и пробойники электролитной корки,  a cell containing at least anodes and electrolyte peels,
укрытие электролизера, при этом укрытие выполнено из съемных щитов; систему газоходов, включающую горизонтальный основной и дополнительный газоходы, выполненные с возможностью включения/отключения основного и дополнительного газоходов;  the shelter of the electrolyzer, while the shelter is made of removable shields; gas duct system, including horizontal main and additional ducts, made with the ability to enable / disable the main and additional ducts;
газосборные колпаки, размещенные под укрытием электролизера вдоль его продольной оси между пробойниками электролитной корки, образуя зону забора газов в центре электролизера;  gas collecting caps placed under the shelter of the electrolyzer along its longitudinal axis between the punches electrolyte peel, forming a zone of gas intake in the center of the electrolyzer;
при этом 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; при этом 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;  while on the inside of the removable shields shelter horizontally with respect to the electrolyte peel installed guide elements made with the ability to direct the flow of gases in the area of the intake of gases; each of the gas collecting caps is connected to the first channel with the horizontal main gas duct, forming the main gas removal loop, and the second channel with an additional vertical gas duct, forming an additional gas removal loop; the height of each subsequent first channel of the main circuit increases with the gas flow by 16 ^ 24% from the height of the previous first channel, and the height of each subsequent second channel of the additional circuit increases with the gas flow by 24 ^ 26% from the height of the previous second channel;
при этом в нижней части на внутренней поверхности продольных сторон по меньшей мере одного газосборного колпака вдоль направления движения  while in the lower part on the inner surface of the longitudinal sides of at least one gas collection cap along the direction of movement
16 sixteen
ЗАМЕНЯЮЩИЕ ЛИСТЫ (ПРАВИЛО 26) газа установлены разделительные пластины, длина которых составляет не более 50% от высоты газосборного колпака; SUBSTITUTE SHEETS (RULE 26) gas separation plates are installed, the length of which is not more than 50% of the height of the gas collection cap;
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%.  On each side of the central axis of the gas collection cap, at least two separator plates are installed symmetrically, and the length of each next one in the direction towards the central axis of the cap of the plate decreases relative to the previous one by 25-35%.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что колпаки выполнены в виде конфузоров.  6. The system according to claim 5, characterized in that the caps are made in the form of confuser.
7. Система по п.5, отличающаяся тем, что газосборные колпаки размещены над коркой электролита на расстоянии равном 0,5-%, 5 высоты нового анода.  7. The system according to claim 5, characterized in that the gas collection caps are placed above the crust of the electrolyte at a distance of 0.5%, 5 the height of the new anode.
8. Система по п.5, отличающееся тем, что высота укрытия по отношению к уровню электролита составляет 1.5- 2 высоты нового анода.  8. The system according to claim 5, characterized in that the height of the shelter in relation to the level of electrolyte is 1.5-2 heights of the new anode.
9. Система по п.5, отличающаяся тем, что основной и дополнительный контур в верхней части колпаков объединены.  9. The system according to claim 5, characterized in that the main and additional circuit in the upper part of the caps are combined.
10. Система по п.5, отличающееся тем, что расстояние между разделительными пластинами составляет не менее 15 % от длины основания газосборного колпака.  10. The system according to claim 5, characterized in that the distance between the separation plates is not less than 15% of the length of the base of the gas collection cap.
11. Электролизер, содержащий устройство для сбора и удаления газов по п.1.  11. An electrolyzer containing a device for the collection and removal of gases according to claim 1.
17 17
ЗАМЕНЯЮЩИЕ ЛИСТЫ (ПРАВИЛО 26)  SUBSTITUTE SHEETS (RULE 26)
PCT/RU2018/050084 2017-11-20 2018-07-26 Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell WO2019098888A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA3082087A CA3082087C (en) 2017-11-20 2018-07-26 Device for collecting and removing gases in an aluminum reduction cell
CN201880074515.2A CN111356788B (en) 2017-11-20 2018-07-26 Apparatus for collecting and removing gas in aluminum reduction cell
NO20200539A NO20200539A1 (en) 2017-11-20 2020-05-08 Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell

Applications Claiming Priority (2)

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
RU2017140384 2017-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019098888A1 true WO2019098888A1 (en) 2019-05-23

Family

ID=63798231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/050084 WO2019098888A1 (en) 2017-11-20 2018-07-26 Device for collecting and removing gases in an aluminum 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)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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 (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Also Published As

Publication number Publication date
NO20200539A1 (en) 2020-05-08
CA3082087C (en) 2021-11-09
RU2668617C1 (en) 2018-10-02
CA3082087A1 (en) 2019-05-23
CN111356788A (en) 2020-06-30
CN111356788B (en) 2022-07-05

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
CN202803438U (en) Axial-flow type multicyclone dust remover
US9758883B2 (en) Pot heat exchanger
RU2385975C2 (en) Device for gas collection and outgassing out of aluminium electrolytic cells
CN102197164A (en) A device for collection of hot gas from an electrolysis process, and a method for gas collection with said device
WO2019098888A1 (en) Device for collecting and removing gases in an aluminum electrolysis cell
EP1252373B1 (en) A method and device for operating an electrolytic cell
RU2344881C1 (en) Electric filter
CN102380293A (en) Waste gas treatment device and treatment method
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
CN211069497U (en) Multistage mixing dust removal device
RU2744333C1 (en) Aluminum electrolyser gas extraction system
RU2553137C1 (en) Device for gases collecting and removing from aluminium electrolyser
CN212758006U (en) Exhaust gas discharging device of vacuum induction melting furnace
CN204107354U (en) A kind of flue gas mixing arrangement
CN218626451U (en) Pressure regulator and single-hole carbonization chamber pressure regulator
CN215177026U (en) Ferroaluminum is smelted and is used fire prevention subassembly and gas cleaning system
CN220834761U (en) Combined device and system for selectively capturing and filtering suspended matters of gas
CN217119757U (en) Dust removal device for filling station
JPH0160289B2 (en)
CN214470092U (en) Novel discharging nozzle device of submerged arc furnace
SU1726565A1 (en) Method of feed of magnesium electrolysis without diaphragm of production line by chlorium magnesium melt and device for the realization

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18877442

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 3082087

Country of ref document: CA

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18877442

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1