RU2157863C2 - Equipment to burn low-calorie gases of aluminum electrolyzer - Google Patents

Abstract

FIELD: production of aluminum. SUBSTANCE: equipment includes burner with slits, cylindrical heat exchanger mounted coaxially on to lower flange of burner and system of gas conduits in the form of vertical uprises to supply and discharge stack gases. Heat exchanger is made of two cylinders, internal and external. Outer surface of internal cylinder has ribs which form clearance between burner and heat exchanger. External cylinder has holes connected to vertical uprises and placed in opposition. EFFECT: increased temperature of burning of anode gases, efficiency of burn-out of CO and bituminous substances and operational stability of burner. 1 dwg, 1 tbl

Description

Настоящее изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для сжигания анодных газов электролизного производства алюминия. The present invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to devices for burning anode gases of electrolytic aluminum production.

Известно устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с противоточным и прямоточным подводом воздуха в кольцевой зазор между корпусом горелки и расположенной по оси горелки трубой для отвода продуктов горения, позволяющее осуществлять подогрев воздуха внутри горелки и тем самым повышать температуру горения и полноту выгорания оксида углерода и смолистых веществ [А.с. 901367 МПК C 25 C 3/22, БИ N 4, 1982]. A device is known for burning the anode gases of an aluminum electrolyzer, including a burner with countercurrent and direct-flow air supply into the annular gap between the burner body and the pipe located along the axis of the burner for exhausting combustion products, which allows heating the air inside the burner and thereby increase the combustion temperature and the burnout of oxide carbon and resinous substances [A.S. 901367 IPC C 25 C 3/22, BI N 4, 1982].

Однако это устройство не обеспечивает качественного смешения анодного газа и воздуха, вследствие чего горение газовоздушной смеси может продолжаться в газоходной системе. При этом сокращается срок службы газоотвода, возможно оплавление алюминиевых прокладок электроизоляционных разрывов, зарастание газоходов смолистыми отложениями. Кроме того, при противоточном подводе воздуха увеличивается гидравлическое сопротивление горелочного устройства. However, this device does not provide high-quality mixing of the anode gas and air, as a result of which the combustion of the gas-air mixture can continue in the gas duct system. At the same time, the service life of the gas outlet is reduced, it is possible to melt the aluminum gaskets of electrical insulating breaks, overgrowing of the flues with tarry deposits. In addition, with countercurrent air supply, the hydraulic resistance of the burner increases.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку со щелями, цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки, и систему газоходов [Патент РФ 2104337, МПК C 25 C 3/22, 10.02.1998]. The closest set of essential features is a device for burning gases of an aluminum electrolyzer, including a burner with slots, a cylindrical heat exchanger coaxially mounted on the lower flange of the burner, and a duct system [RF Patent 2104337, IPC C 25 C 3/22, 02/10/1998].

Однако данное устройство не обеспечивает достаточную эффективность подогрева воздуха при сжигании малокалорийных газов, образующихся, например, при использовании анодов, изготовленных из "сухой" анодной массы. However, this device does not provide sufficient efficiency for heating the air when burning low-calorie gases generated, for example, when using anodes made from a "dry" anode mass.

Недостатком указанного устройства является также противоточный движению анодных газов подвод воздуха через кольцевой зазор между корпусом горелки и теплообменником в верхней его части. Воздух, нагреваясь, преодолевает геометрический напор, увеличивая сопротивление горелки. The disadvantage of this device is also countercurrent to the movement of the anode gases, the air supply through the annular gap between the burner body and the heat exchanger in its upper part. Air, heating, overcomes the geometric pressure, increasing the resistance of the burner.

Задача изобретения заключается в повышении температуры горения анодных газов, эффективности выгорания CO и смолистых веществ, загрязняющих воздух рабочей зоны и окружающей среды, а также в повышении стабильности работы горелочного устройства. The objective of the invention is to increase the combustion temperature of the anode gases, the efficiency of burning CO and resinous substances that pollute the air of the working area and the environment, as well as to increase the stability of the burner device.

Для решения поставленной задачи заявляемое устройство для сжигания низкокалорийных газов алюминиевого электролизера состоит из горелки со щелями, цилиндрического теплообменника, коаксиально установленного на нижнем фланце горелки, и системы газоходов, причем теплообменник выполнен из двух цилиндров, заглушенных с торцов. Наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, образующее зазор между горелкой и теплообменником. Наружный цилиндр имеет противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками, служащими для подвода уходящих из горелки дымовых газов и отвода их в систему газоходов. To solve this problem, the inventive device for burning low-calorie gases of an aluminum electrolyzer consists of a burner with slots, a cylindrical heat exchanger coaxially mounted on the lower flange of the burner, and a gas duct system, the heat exchanger made of two cylinders plugged from the ends. The outer surface of the inner cylinder has a fin that forms a gap between the burner and the heat exchanger. The outer cylinder has opposing openings connected to vertical risers, which serve to supply flue gases leaving the burner and to discharge them into the duct system.

По отношению к прототипу у предлагаемого устройства имеются следующие отличительные признаки: теплообменник выполнен из двух цилиндров, заглушенных с торцов, наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, наружный цилиндр имеет противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками. In relation to the prototype, the proposed device has the following distinctive features: the heat exchanger is made of two cylinders, muffled from the ends, the outer surface of the inner cylinder has fins, the outer cylinder has oppositely located openings connected to vertical risers.

Повышение температуры горения анодных газов и, как следствие, эффективности выгорания CO и смолистых веществ обусловлено повышением температуры предварительно нагреваемого воздуха, поступающего в щелевые отверстия горелки. Повышение температуры подогрева воздуха обеспечивается развитой оребренной поверхностью теплообменника на воздушной стороне и использованием в качестве теплоносителя не только анодных газов, но и продуктов их горения, имеющих более высокую температуру. Кроме того, наличие двух стенок цилиндрического теплообменника, являющихся экранами для горелки, в отличие от прототипа с одной стенкой теплообменника, позволяет, согласно теории лучистого теплообмена, уменьшить в 1,5 раза тепловые потери излучением с поверхности горелки, закрытой теплообменником. Повышение температуры подогрева воздуха и, как следствие, температуры горения обеспечивает стабильность работы горелочного устройства при сжигании малокалорийных анодных газов. The increase in the combustion temperature of the anode gases and, as a consequence, the efficiency of the burning of CO and resinous substances is due to an increase in the temperature of the preheated air entering the burner slots. An increase in the air heating temperature is provided by the developed fin surface of the heat exchanger on the air side and using not only anode gases, but also their combustion products having a higher temperature as a heat carrier. In addition, the presence of two walls of a cylindrical heat exchanger, which are screens for the burner, in contrast to the prototype with one wall of the heat exchanger, allows, according to the theory of radiant heat transfer, to reduce by 1.5 times the heat loss by radiation from the surface of the burner closed by the heat exchanger. An increase in the temperature of the air heating and, as a consequence, the combustion temperature ensures the stability of the burner when burning low-calorie anode gases.

На чертеже представлено заявляемое устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера. Устройство состоит из горелки 1 с щелями 2, цилиндрического теплообменника 3, состоящего из двух цилиндров; на наружной поверхности внутреннего цилиндра выполнено оребрение 4, а на наружном цилиндре противоположно расположены отверстия для подвода 5 и отвода 6 дымовых газов в вертикальные стояки соответственно 7 и 8. The drawing shows the inventive device for burning gases of an aluminum electrolysis cell. The device consists of a burner 1 with slots 2, a cylindrical heat exchanger 3, consisting of two cylinders; on the outer surface of the inner cylinder, fin 4 is made, and on the outer cylinder there are opposite openings for supply 5 and exhaust 6 of flue gases to the vertical risers 7 and 8, respectively.

Устройство работает следующим образом. Под воздействием разрежения в системе газоходов анодные газы поступают снизу в горелку 1. Необходимый для горения воздух поступает снизу в зазоры между поверхностями оребрения 4, горелки 1 и теплообменника 3. Нагреваясь в этих зазорах, воздух поступает через щели 2 в горелку 1, интенсифицируя вследствие нагретости процесс дожигания анодных газов. The device operates as follows. Under the influence of rarefaction in the gas duct system, the anode gases enter from below into burner 1. The air necessary for combustion enters from below into the gaps between the surfaces of the fins 4, burner 1 and heat exchanger 3. When heated in these gaps, air enters through the slots 2 into burner 1, intensifying due to heating afterburning process of anode gases.

Продукты горения анодного газа через подводящий вертикальный стояк 7 поступают через отверстие 5 в цилиндрический теплообменник 3. Отдав теплоту нагреваемому воздуху через разделительную стенку теплообменника, дымовые газы через вертикальный отводящий дымовые газы стояк 8 удаляются в систему газоходов. The combustion products of the anode gas through the vertical riser 7 enter through a hole 5 into the cylindrical heat exchanger 3. Having given heat to the heated air through the dividing wall of the heat exchanger, the flue gases are removed through the vertical exhaust gas of the riser 8 to the duct system.

Ниже приведены расчетные тепло-технологические параметры заявляемого горелочного устройства и прототипа при одинаковой высоте теплообменника. Below are the estimated heat and technological parameters of the inventive burner device and prototype with the same height of the heat exchanger.

Таким образом, изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает за счет повышения температуры подогрева воздуха и горения газа снижение содержания смолистых веществ в отходящих из горелочного устройства дымовых газах в 2 раза и более, а содержание оксида углерода - более чем в 1,4 раза в зависимости от избытка воздуха, поступающего на горение, что позволяет уменьшить загрязнение рабочей зоны и окружающей среды, а также стабилизировать работу горелочного устройстваа Thus, the invention in comparison with the prototype provides, by increasing the temperature of the air heating and gas combustion, reducing the resinous substances in the flue gases leaving the burner device by 2 times or more, and the carbon monoxide content by more than 1.4 times, depending on excess air entering the combustion, which reduces the pollution of the working area and the environment, as well as stabilize the operation of the burner

Claims (1)

Устройство для сжигания низкокалорийных газов алюминиевого электролизера, содержащее горелку с щелями, цилиндрический теплообменник, коаксиально установленный на нижнем фланце горелки, и систему газоходов, отличающееся тем, что система газоходов выполнена в виде вертикальных стояков для подвода и отвода дымовых газов, теплообменник состоит из двух цилиндров, внутреннего и наружного, заглушенных с торцов, причем наружная поверхность внутреннего цилиндра имеет оребрение, образующее зазор между горелкой и теплообменником, а в наружном цилиндре выполнены противоположно расположенные отверстия, соединенные с вертикальными стояками. A device for burning low-calorie gases of an aluminum electrolyzer containing a burner with slots, a cylindrical heat exchanger coaxially mounted on the lower flange of the burner, and a gas duct system, characterized in that the gas duct system is made in the form of vertical risers for supplying and removing flue gases, the heat exchanger consists of two cylinders inner and outer, muffled from the ends, and the outer surface of the inner cylinder has a fin, forming a gap between the burner and the heat exchanger, and in the outer ilindre formed oppositely disposed apertures connected by vertical risers.

Images