CN111356788A - 用于收集和去除铝还原槽中的气体的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在具有焙烧阳极的还原槽中的铝的生产。一种装置包括气体管道系统和集气帽。所述帽中的各个帽通过第一通道连接到水平气体管道以形成主除气回路，并通过第二通道连接到附加气体管道以便形成附加除气回路。主回路的各个随后的通道的高度增加了前一个通道的高度的16％至24％，并且附加回路的各个随后的通道的高度增加了前一个通道的高度的24％至26％。分隔器板安装在帽内部。各个随后的板的长度相对于前一个板减小25％至35％。技术效果是减少了从还原槽中去除的气体量，并保持除气效率。

Description

用于收集和去除铝还原槽中的气体的装置

技术领域

本发明涉及有色冶金，尤其涉及在具有预焙阳极的还原槽中生产铝，并且可以用于减少从还原槽中去除气体的量，同时当还原槽开启(即，罩盖被打开)时在常规操作之间和常规操作期间保持较高的去除效率。

背景技术

已知一种装置，其中，集气帽在外壳开口处与外壳接触。该发明的目的是从还原槽中收集废气，以便除去铝氟化合物(alumina fluorine compound)中的废气(专利US 4,770,752，1988)。

已知装置的缺点包括所述发明的与位于帽内的氧化铝进料系统的维护以及由于帽位于靠近阳极和外壳的位置而在阳极更换期间可能的损坏相关的局限性。

已知一种装置，其中，在常规操作之间去除标准量的处理气体，并且当打开阳极壳盖时通过致动附加的排气扇来去除增加量的处理气体。在罩的内部安装分隔器壁以将流向上引导至气体通道中，以减少进入电解车间(potroom)的排放物(专利号RU2251593C2，IPCC25C3/20，公布日期：2000年11月15日)。

类似装置的缺点在于，在开启还原槽时，在罩下方被吸入的空气流使电解气体沿着还原槽移动，并在收集器梁的底部凸缘下方产生电解气体浓度升高的停滞区域。在这些区域中，气体通过阳极棒与凸缘之间的间隙以及通过罩盖之间的间隙逸入电解车间的工作区域。

如公开日期为2015年06月10日的专利RU 2553137，C25C 3/22中所公开的，已知一种用于从铝还原槽收集和去除气体的装置，该装置包括具有顶部加强环和底部加强环以及双竖直壁的收集器梁，在其之间，沿着竖直壁在收集器梁的顶部中，横截面可变的主气体管道通道形成有沿着收集器梁的纵向轴线位于阳极上方的聚集器(confusor)，一端固定在整流罩入口并且另一端在底部加强环处具有开口，主气体管道通道的高度朝向连接到气体汽提系统的收集器梁的端部增加。横截面可变的两个附加气体管道通道被相对于收集器梁的纵向轴线对称地定位在顶部加强环与底部加强环之间，这些气体管道通道连接到具有配备百叶窗(shutter)的聚集器的底部加强环，并且被沿着纵向轴线在主气体管道通道的聚集器之间在阳极上方定位，其中，各个主气体管道通道具有安装在金属提取区域中的前侧处的聚集器。

所提供的装置的缺点在于，在装置中提供了阳极更换区域中的稀疏度的局部增加，而没有使整个罩下的稀疏度均等。为此，包括附加的气体管道，这些气体管道连接到配备有自动百叶窗的聚集器。通过这些开口，移除了用于阳极更换的门，大量的空气被吸入罩下，在整个罩下形成并传播涡流。结果，在罩的其它区域中的聚集器无法管理气体的去除，并且气体通过罩中的泄漏而逸入到电解车间中。所提供的装置无法确保在阳极更换期间的有效除气。

就技术实质而言，与要求保护的发明最接近的发明是在公开日期为2010年3月25日的专利WO 2010/033037A1，IPCC25C3/22中公开的一种用于收集在还原过程中出现的热废气的装置，该专利被选为现有技术。在该装置中，除气帽位于外壳开口的正上方，并且确保在较高的CO₂浓度和升高的温度下从还原槽去除较低的气体总量，以减少气体汽提单元的数量并增加热量交换潜力。另外，集气帽具有至少两个入口，即，集气帽具有双壁。双壁之间的入口速度显著超过了帽中心处的速度，以提供了附加的气流(draft)，该气流形成人工空气壁，从而确保废气的更有效收集并减少了来自横向流的干扰。

现有技术的装置的缺点：

现有技术的帽设计确保了通过双壁有效去除电解气体，双壁产生了人工空气壁并减少了来自横向流的干扰。在这种情况下，帽远离破碎器的移位将使除气效率低下，并且在侵蚀性环境中的操作期间，将帽定位在外壳开口的紧接上方将导致对用于还原槽反射器和进料器的流的控制机构的损坏。

帽定位在外壳上方的期望范围是10mm至1000mm，这由氧化铝残留的速度和更换阳极的可能性来确定。为了满足该要求，应针对不同的操作改变帽的安装高度，这会影响用于去除气体的装置的密封性。

从还原槽中的有效除气需要从被定位在还原槽的罩下方的所有帽中去除等量的气体。这要求在各个帽入口处的稀疏度相等；然而，现有技术的装置没有控制在还原槽的罩下方的均匀进气的系统。

在WO 2010/033037中公开的装置中，用于处理气体收集的帽可以安装到进料器旁边，而不是进料器的整体部分。在这种情况下，大部分气体将在帽的外围被吸入；然而，这需要沿着帽的基部长度均匀地进气。

当更换阳极时，打开罩门，并且通过形成的开口吸入的空气形成涡流，这些涡流使气体移动到还原槽的一端中，使得该区域的帽无法管理增加的气体量的去除。此外，空气壁防止了横向气流的吸入，该横向气流通过在去除阳极的电解质的外壳中形成的大裂口而形成。

因此，现有技术的装置在还原槽操作的常规操作之间以及常规操作期间均不能确保有效地去除电解气体。此外，定位在罩下方的设备经受到来自侵蚀环境的高应力。

发明内容

本发明旨在减少来自还原槽的废气的热损失，并减轻气体汽提单元上的应力，同时保持除气效率。

气体汽提设施上的应力由从还原槽中去除的气体量来确定。从带有焙烧阳极的还原槽中去除的气体总量为3000nm³/h至20000nm³/h，其中，其中仅1％至2％是电解气体，其余为空气。从还原槽去除气体的效率由从还原槽去除气体的系统的效率系数确定。该值通常为98％。

所要求保护的发明的技术结果是由于减少了空气量而使从还原槽中去除的气体的总量减少了几倍，同时确保了以下条件。

1.在还原槽操作的常规操作之间以及在常规操作期间，除气系统的效率系数保持在98％或更高。

2.侵蚀性环境对定位在罩下方的设备施加的应力不会增加。

为了确保第一个条件，所提供的技术解决方案在还原槽操作的常规操作之间，沿着还原槽罩的长度并沿着各个集气帽基部的长度保持进气的均匀性。

为了确保第二个条件，集气帽被定位成使得用于馈送氧化铝的机构在进气区域的外部，而对于所述定位-在进气区域的外部，帽的设计确保沿着各个集气帽基部的长度均匀进气。

在实施方式中的一个中，所提出的问题由用于收集和去除铝还原槽中的气体的装置解决，该装置包括：气体管道系统，该气体管道系统包括水平主气体管道和附加气体管道，该水平主气体管道和附加气体管道被配置成切入/切出主气体管道和附加气体管道；以及集气帽，其中，各个集气帽通过第一通道连接到水平主气体管道以形成主除气回路，并通过第二通道连接到附加竖直气体管道以形成附加除气回路。主回路的各个随后的第一通道的高度沿着气流增加了前一个第一通道的高度的16％至24％，并且附加回路的各个随后的第二通道的高度沿着气流增加了前一个第二通道的高度的24％至26％。分隔器板沿着气流的方向安装在至少一个集气帽的纵向侧的内表面的底部，该分隔器板具有不大于集气帽的高度的50％的长度，其中，至少两个分隔器板对称地安装在集气帽中心轴线的各个侧，并且各个随后的板沿帽的中心轴线方向的长度相对于前一个板减小了25％至35％。

根据所提出的发明的一个实施方式，帽以聚集器的形式制成。

根据所提出的发明的一个实施方式，主回路和附加回路在帽的顶部处组合。

根据所提出的发明的一个实施方式，分隔器板之间的距离是集气帽的基部的长度的至少15％。

另外，提供了一种用于收集和去除铝还原槽中的气体的系统，该系统包括：还原槽，该还原槽包括至少阳极和电解质外壳破碎器；还原槽的罩，该罩由可移除的盖构成；气体管道系统，该气体管道系统包括水平主气体管道和附加气体管道，该水平主气体管道和附加气体管道被配置成切入/切出主气体管道和附加气体管道；以及集气帽，该集气帽被沿着还原槽的纵向轴线定位在还原槽的罩下方、在电解质外壳破碎器之间，以在还原槽的中心形成进气区域。引导元件相对于电解质外壳水平地安装在可移除罩盖的内侧，并被配置成将气流引导到进气区域中；其中，集气帽中的各个集气帽通过第一通道连接到水平主气体管道以形成主除气回路，并通过第二通道连接到附加竖直气体管道以形成附加除气回路。主回路的各个随后的第一通道的高度沿着气流增加了前一个第一通道的高度的16％至24％，并且附加回路的各个随后的第二通道的高度沿着气流增加了前一个第二通道的高度的24％至26％。分隔器板沿着气流的方向安装在至少一个集气帽的纵向侧的内表面的底部，该分隔器板具有不大于集气帽的高度的50％的长度。至少两个分隔器板对称地安装在集气帽中心轴线的各个侧，各个随后的板的长度沿帽的中心轴线方向相对于前一个板减小了25％至35％。

根据所提出的发明的一个实施方式，系统中的集气帽以等于还原槽的新阳极的高度的0.5至1.5的距离定位在电解质外壳上方。

根据所提出的发明的一个实施方式，罩的相对于述电解质水平的高度等于新阳极的高度的1.5至2。

另外，提供一种还原槽，该还原槽包括上述用于收集和去除铝还原槽中的气体的装置。

本发明列出的实施方式不是唯一可能的实施方式。在不脱离如独立权利要求所限定的本发明的范围的情况下，设想了各种修改和改进。

附图说明

通过以下附图来例示本发明的本质。

图1示出了包括用于收集和去除气体的装置的还原槽的总体视图。

图2示出了用于收集和去除还原槽内部的气体的结构的元件的布置。

图3示出了主除气回路和附加除气回路的元件。

图4示出了用于收集和去除气体的装置的以突起形式制成的引导元件的实施方式(还原槽的剖视图)。

图5示出了用于收集和去除气体的装置的以板的形式制成的引导元件的实施方式(还原槽的剖视图)。

图6示出了集气帽中的分隔器板的布置(帽的剖视图)。

图7示出了具有集气帽的主除气回路和附加除气回路的纵向视图。

具体实施方式

用于收集和去除气体的装置安装在还原槽中。还原槽是通过还原熔体来生产铝的装置，通常包括阳极、具有破碎器的点式氧化铝进料器、具有气体管道和集气帽的收集器梁以及罩。所要求保护的装置的所有结构元件都固定在收集器梁1上。还原槽2的罩由单独的盖制成，引导元件3相对于熔体的电解质外壳水平地牢固地安装在盖内侧。引导元件可以在结构上以板或突起(图4和图5)的形式制成，该板或突起由用于制造罩盖的材料制成，诸如，铝。引导元件的数量由引导件之间的流的速度决定，并且需要确保气流速度高于2m/s且低于7m/s，以排除从还原槽逸出的气体并将氧化铝从外壳表面带走。引导元件的位置和长度由罩的配置和围绕阳极所提供的均匀流动来确定。

集气帽4被沿着还原槽的纵向轴线定位在还原槽的罩下方、在阳极5上方的电解质外壳破碎器之间和破碎器6之间，以在还原槽的中心形成进气区域。

每个集气帽4通过第一通道8连接到水平主气体管道9以形成主除气回路，并通过第二通道8'连接到附加竖直气体管道10以形成附加除气回路(图3)。主回路的各个随后的第一通道的高度沿着气流增加了前一个第一通道的高度的16％至24％，并且附加回路的各个随后的第二通道的高度沿着气流增加了前一个第二通道的高度的24％至26％。主水平气体管道9和附加水平气体管道10连接到电解车间除气系统(未显示)。

分隔器板沿着气流的方向安装在至少一个集气帽的纵向侧的内表面的底部，分隔器板具有不大于集气帽的高度的50％的长度(图7)。分隔器板牢固地固定在集气帽的中心轴线的每一侧，各个随后的板的长度沿帽的中心轴线的方向相对于前一个板减小了25％至35％。这些板相对于帽的中心轴线对称地定位，以确保沿着帽基部长度的相同的进气条件。板的数量在中心轴线的每个侧需要至少为两个，以排除帽中的停滞区域。以这种方式安装的分隔器板将帽的容积划分成在帽基部处具有相等速度的区域(通道)，不形成停滞区域(气体不通过该停滞区域被去除)，以确保在帽中心和外围处的相同的进气效率。各个平行通道的宽度优选地应该为帽基部长度的至少15％。所获得的效果允许将帽定位在破碎器之间，而用于馈送氧化铝的机构在进气区外侧，并且因此来自侵蚀性环境的应力最小。

发明人出乎意料地发现，对于不同的板位置和尺寸，无法获得在帽基部处均匀进气的效果。

因此，板长度的增加或将板朝向帽中心引导导致来自各通道的流的碰撞，并且因此形成了正压区。在这种情况下，气体逸回到罩中。将板定位在帽顶部导致退出帽时的增加的速度。结果，帽的气体动力阻力增加，并且因此对气体汽提阻力的应力也增加。因为在这种情况下，在帽入口处形成了稀疏程度不同的区域，所以帽基部处的进气不均匀性也增加。此外，可以形成类似于现有技术装置中的空气壁的空气壁，以防止在帽的外围处的气体进入。

集气帽4安装在电解质外壳之上，例如，以等于新阳极高度的0.5至1.5的距离，并且罩的高度等于新阳极高度的1.5至2.0。罩高度的增加将增加去除气体中的空气量，除气将要求稀疏度增加到当前设计的还原槽中存在的水平，其中，增加了气体汽提设施的应力并增加了热量损失。在量减小的情况下，则不能更换阳极。

在开发本发明的过程中设计的实施方式中的一个实施方式中，集气帽被制成聚集器的形式—该聚集器是其中通道逐渐变窄的装置，这增加了被去除的气体的速度并减少了花在除气上能量的损失。帽高度为800mm，并且基部长度为1800mm，基部宽度为170mm。分隔器板固定在距帽基部30mm的高度处，并沿着侧壁定向，形成用于气流的平行通道。第一板的长度为400mm，该长度是帽高度的50％。第二板和第三板的长度分别为260mm和170mm。帽基部的矩形形状是由需要执行阳极更换和在罩下方馈送氧化铝的定位机构限定的，帽覆盖阳极之间的还原槽中心的整个空间，不包括用于操作破碎器和进料器的空间。平行通道中的每个通道的宽度为180mm。帽安装在阳极上方50mm的高度处。

装置如下进行操作。在还原槽操作的常规操作之间，通过由破碎器6刺穿的外壳开口进入还原槽2的罩下方的气体与通过罩泄漏进入的空气混合，并被吸入主水平气体管道9的帽4中，以进行除气，并进一步进入电解车间除气系统(未显示)。帽4中的分隔器板7将气流均匀分布在帽基部之上。通过改变到主气体管道的通道8和8'的高度，沿着主水平气体管道9的长度分布阻力，可以确保帽4间的气流分布均匀。帽4优选地以阳极5高度的0.5至1.5的高度定位在外壳上方、在破碎器6之间，以确保稀疏程度足够完全去除气体。

当对还原槽执行涉及部分开启还原槽的操作时，空气被吸取到罩2下方并与阳极气体混合以形成竖直和水平涡流。固定到罩盖内侧的引导元件3分解了涡流并将其引导至帽4。当执行操作(诸如，更换阳极)时，气体同时通过主气体管道9和附加气体管道10被去除。因此，罩下方的稀疏程度可以增加3至4倍，这足够在部分开启罩时去除气体。已知的机构(诸如，风门(damper))将主气体管道和附加气体管道切入和切出。

实现所要求保护的装置，由于减少了要去除的气体量、将气流重新分配到进气区中以及将帽定位呈靠近罩下方电解气体排出的位置的组合效果，使从一个还原槽中去除的气体量减少了2至4倍。所获得的除气效率系数为98％至99％，取决于还原槽执行的操作。

将帽安装在罩下方、靠近电解气体排出的位置，以较小量的去除气体来增加除气效率，并且帽安装在电解质外壳上方的所述高度确保了在不损坏帽的情况下的阳极更换的可能性。帽内部的板确保沿着帽基部长度的均匀进气。

帽同时包括在主除气系统和附加除气系统中，以确保在常规操作之间和在常规操作期间的有效除气。

连接到帽的通道的高度的所述变化范围确保了所有帽的有效操作，即，沿着还原槽的长度的有效除气。

主气体管道和附加气体管道在帽的顶部处(在聚集器顶点处)连接到帽。在聚集器的出口处的流的速度已经达到平衡，并且切入附加回路将不会改变聚集器内部的气体流动的特性，即，将不会影响帽基部处的进气均匀性。回路中的气体重新分布与回路中的稀疏度和气体管道的横截面积成正比。

帽以等于阳极高度的0.5至1.5的高度定位在破碎器之间允许在不损坏用于去除气体的装置的结构元件的情况下更换阳极，并降低了温度和磨料颗粒对还原槽的破碎器和进料器的正常操作的影响。

Claims (11)

1.一种用于收集和去除铝还原槽中的气体的装置，所述装置包括：

气体管道系统，所述气体管道系统包括水平主气体管道和附加气体管道，所述水平主气体管道和所述附加气体管道被配置成切入/切出所述主气体管道和所述附加气体管道；以及

集气帽；

其中，所述集气帽中的每个集气帽通过第一通道连接到水平主气体管道以形成主除气回路，并通过第二通道连接到附加竖直气体管道以形成附加除气回路；其中，主回路的每个随后的第一通道的高度沿着气流增加了前一个第一通道的高度的16％至24％，并且附加回路的每个随后的第二通道的高度沿着所述气流增加了前一个第二通道的高度的24％至26％；

其中，沿着所述气流的方向在至少一个集气帽的纵向侧的内表面的底部安装有分隔器板，所述分隔器板的长度不大于所述集气帽的高度的50％；

其中，至少两个分隔器板对称地安装在所述集气帽的中心轴线的每一侧，每个随后的板的长度沿所述帽的所述中心轴线的方向相对于前一个板减小了25％至35％。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主回路和所述附加回路在所述帽的顶部处组合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述帽以聚集器的形式制成。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述分隔器板之间的距离是所述集气帽的基部的长度的至少15％。

5.一种用于收集和去除铝还原槽中的气体的系统，所述系统包括：

还原槽，所述还原槽包括至少阳极和电解质外壳破碎器，

所述还原槽的罩，所述罩由可移除的盖构成；

气体管道系统，所述气体管道系统包括水平主气体管道和附加气体管道，所述水平主气体管道和所述附加气体管道被配置成切入/切出所述主气体管道和所述附加气体管道；

集气帽，所述集气帽被沿着所述还原槽的纵向轴线定位在所述还原槽的所述罩的下方、位于所述电解质外壳破碎器之间，以在所述还原槽的中心形成进气区域；

其中，相对于所述电解质外壳在能够移除罩盖的内侧水平地安装有引导元件，所述引导元件被配置成将气流引导到所述进气区域中；

其中，所述集气帽中的每个集气帽通过第一通道连接到水平主气体管道以形成主除气回路，并通过第二通道连接到附加竖直气体管道以形成附加除气回路；其中，主回路的每个随后的第一通道的高度沿着气流增加了前一个第一通道的高度的16％至24％，并且附加回路的每个随后的第二通道的高度沿着所述气流增加了前一个第二通道的高度的24％至26％；

其中，沿着所述气流的方向在至少一个集气帽的纵向侧的内表面的底部安装有分隔器板，所述分隔器板的长度不大于所述集气帽的高度的50％；

其中，至少两个分隔器板对称地安装在所述集气帽的中心轴线的每一侧，每个随后的板的长度沿所述帽的所述中心轴线的方向相对于前一个板减小了25％至35％。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述帽以聚集器的形式制成。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述集气帽以等于新阳极的高度的0.5至1.5的距离定位在所述电解质外壳的上方。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述罩的相对于所述电解质的水平的高度等于新阳极的高度的1.5至2。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述主回路和所述附加回路在所述帽的顶部组合。

10.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分隔器板之间的距离是所述集气帽的基部的长度的至少15％。

11.一种还原槽，所述还原槽包括根据权利要求1所述的用于收集和去除气体的装置。

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