RU2308551C1

RU2308551C1 - Apparatus for collecting and removing gases of aluminum cell

Info

Publication number: RU2308551C1
Application number: RU2005140160/02A
Authority: RU
Inventors: Петр Николаевич Вабищевич (RU); Петр Николаевич Вабищевич; Александр Олегович Гусев (RU); Александр Олегович Гусев; Вадим Валерьевич Колчин (RU); Вадим Валерьевич Колчин; Дмитрий Александрович Требух (RU); Дмитрий Александрович Требух; Александр Анатольевич Дектерев (RU); Александр Анатольевич Дектерев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания"
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-10-20
Also published as: AU2006252226A1; AR058744A1; NO20065972L; US20070144895A1; BRPI0606070A; CA2572024A1; RU2005140160A

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, possibly production of aluminum by electrolysis.

SUBSTANCE: apparatus includes beam-collector with vertical doubled walls, upper and lower rigidity bands and ducts for collecting and removing gases provided with suction windows. Inner cavity of beam-collector is divided by means of partitions in vertical direction by several gas-suction zones. Gases are sucked from separate zones through gradually narrowed gas conduits providing rotation of gas flows by 90°. In order to control gas volume from separate gas-suction zone, rotary dampers are mounted in end portions of partitions.

EFFECT: enhanced efficiency of apparatus for collecting and removing gases from cells provided with single-side or double-side gas suction and arranged crosswise or lengthwise in electrolysis housing.

2 cl, 4 dwg

Description

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

Известно техническое решение (патент СССР 1473718, С25С 3/20, 1989), когда внутренняя полость балки-коллектора разделена по высоте на несколько зон всасывания газов с помощью горизонтальных перегородок разной длины, причем каждая зона всасывания распространяет свое действие на длину коллектора, равную примерно ширине двух боковых створок укрытия электролизера. Пространство между двумя соседними перегородками образуют заранее заданные каналы для удаления газов из каждой зоны всасывания, которые сходятся в общий коллектор, связанный с центральным всасывающим устройством.A technical solution is known (USSR patent 1473718, С25С 3/20, 1989), when the internal cavity of the collector beam is divided in height into several gas suction zones using horizontal partitions of different lengths, with each suction zone extending its effect to a collector length of approximately the width of the two side flaps of the electrolyser cover. The space between two adjacent partitions is formed by predetermined channels for removing gases from each suction zone, which converge into a common collector connected to the central suction device.

При такой конструкции внутренняя полость коллектора разделена сплошными, от стенки до стенки, горизонтальными перегородками практически по всей его длине, что не позволяет применять анодную ошиновку, в которой подвижные токоведущие пакеты шин, расположенные вдоль боковых стенок коллектора, соединены между собой для жесткости распорками, проходящими сквозь стенки коллектора через специальные окна. Геометрия каналов не препятствует отложениям глинозема, который присутствует в значительном количестве в потоке отсасываемых из электролизера газов.With this design, the inner cavity of the collector is divided by continuous, from wall to wall, horizontal partitions along almost its entire length, which does not allow the use of the anode busbar, in which movable current-carrying bus packets located along the side walls of the collector are interconnected for stiffness by spacers passing through the walls of the collector through special windows. The geometry of the channels does not impede deposits of alumina, which is present in a significant amount in the stream of gases sucked from the electrolyzer.

В качестве прототипа выбрано устройство (патент РФ 2218453, С25С 3/22, 2003) для сбора и удаления выделяющихся из алюминиевого электролизера газов, содержащее балку-коллектор с вертикальными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, в котором вертикальные стенки балки-коллектора выполнены двойными для образования двух каналов для сбора и удаления газов, размещенных в верхней части балки-коллектора, в каждом из которых наклонно установлены ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, причем высота каналов возрастает к торцу балки-коллектора, соединенному с системой газоотсоса.As a prototype, a device was selected (RF patent 2218453, С25С 3/22, 2003) for collecting and removing gases emitted from an aluminum electrolyzer, containing a collector beam with vertical walls, upper and lower stiffening belts and channels for collecting and removing gases with suction windows in which the vertical walls of the collector beam are double for the formation of two channels for collecting and removing gases located in the upper part of the collector beam, in each of which limiters are installed obliquely, forming a suction gap constant width and variable height, wherein the height of the channel increases towards the end of the beam collector connected to the gas suction system.

Как показывает детальное математическое моделирование на основе полных трехмерных моделей турбулентных течений, предложенная конструкция не обеспечивает выравнивания газоотсоса по длине электролизера. Существенно более интенсивный газоотсос наблюдается вблизи выходного патрубка центрального всасывающего устройства, при этом в части электролизера вблизи торца при одностороннем газоотсосе и в центральной части балки при двустороннем газоотсосе система газоудаления фактически не работает. Наклонно установленные ограничители, образующие всасывающую щель постоянной ширины и переменной высоты, практического влияния на выравнивание газоотсоса не оказывают и реально работают как дополнительное аэродинамическое сопротивление.As detailed mathematical modeling based on full three-dimensional models of turbulent flows shows, the proposed design does not provide alignment of the gas pump along the length of the cell. A significantly more intense gas extraction is observed near the outlet pipe of the central suction device, while in the part of the electrolyzer near the end face with a unilateral gas extraction and in the central part of the beam with a bilateral gas extraction, the exhaust system does not actually work. The obliquely installed limiters, which form the suction gap of constant width and variable height, do not have a practical effect on the alignment of the gas pump and actually work as an additional aerodynamic drag.

Задачей изобретения является повышение КПД устройства за счет увеличения эффективности сбора и удаления газов в электролизерах с двусторонним и односторонним газоотсосом при поперечном и продольном расположении электролизеров в корпусе.The objective of the invention is to increase the efficiency of the device by increasing the efficiency of the collection and removal of gases in electrolyzers with two-sided and one-sided gas pumps with transverse and longitudinal arrangement of electrolyzers in the housing.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерного газоотсоса по всей длине электролизера и повышение его эффективности за счет снижения общего аэродинамического сопротивления в системе газоотсоса.The technical result of the invention is the provision of a uniform gas extraction along the entire length of the electrolyzer and increasing its efficiency by reducing the overall aerodynamic drag in the gas extraction system.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для сбора и удаления газов, выделяющихся из алюминиевого электролизера, содержащем балку-коллектор с вертикальными двойными стенками, верхним и нижним поясами жесткости и каналами для сбора и удаления газов с всасывающими окнами, согласно предлагаемому решению во внутренней полости каналов установлено не менее двух криволинейных перегородок, делящих каналы на зоны всасывания газов, с образованием постепенно ссужающихся газоходов, изменяющих направление закругления на девяносто градусов в верхней зоне каналов.The problem is solved in that in a device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolyzer containing a collector beam with vertical double walls, upper and lower stiffness belts and channels for collecting and removing gases with suction windows, according to the proposed solution in the internal cavity channels, at least two curved partitions are installed, dividing the channels into gas suction zones, with the formation of gradually converging gas ducts that change the direction of the curve by ninety degrees cos channels in the upper zone.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.The invention is complemented by private distinguishing features, also aimed at solving the problem.

На концах перегородок с выходной стороны установлены поворотные заслонки для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания.At the ends of the partitions on the output side, rotary valves are installed to control the volume of gases from a separate suction zone.

Заявляемое решение отличается от прототипа тем, что внутренняя полость каналов разделена на несколько зон всасывания газов с помощью перегородок и отсос газов от отдельных зон осуществляется постепенно ссужающимися газоходами, которые поворачиваются на девяносто градусов и обеспечивают подачу газов в общий коллектор, связанный с цеховой системой газоотсоса выходным патрубком. Для регулирования объема газов от отдельной зоны всасывания используются поворотные заслонки на концах перегородок. Таким образом, внутренняя полость коллектора между каналами остается свободной для размещения системы автоматизированного питания с суточным запасом глинозема, а часть поверхности стенок свободна для выполнения сквозных окон для установки распорок анодной ошиновки.The claimed solution differs from the prototype in that the internal cavity of the channels is divided into several zones of gas absorption by means of partitions and the gas is sucked from separate zones by gradually converging gas ducts that rotate ninety degrees and provide gas supply to the common manifold connected to the outlet gas extraction system branch pipe. To control the volume of gases from a separate suction zone, rotary dampers are used at the ends of the partitions. Thus, the inner cavity of the collector between the channels remains free to accommodate an automated power system with a daily supply of alumina, and part of the surface of the walls is free to make through windows for installing struts of the anode busbar.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field, did not reveal the signs that distinguish the claimed solution from the prototype, which makes it possible to conclude that the criterion is “inventive step”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены: на фигуре 1 - продольный разрез устройства для сбора и удаления газов при двустороннем газоотсосе с двумя зонами газоотсоса; на фигуре 2 - поперечный разрез устройства; на фигуре 3 - продольный разрез устройства при одностороннем газоотсосе; на фигуре 4 - зависимость вертикальной компоненты скорости от расстояния от выхода патрубка.The invention is illustrated by drawings, which depict: in figure 1 is a longitudinal section of a device for collecting and removing gases in a two-sided gas pump with two zones of a gas pump; figure 2 is a transverse section of the device; figure 3 is a longitudinal section of a device with a one-sided gas pump; in figure 4 - the dependence of the vertical velocity component on the distance from the outlet of the pipe.

Конструкция устройства для сбора и удаления газов состоит из балки-коллектора 1 с вертикальными двойными стенками 2, верхним 3 и нижним 4 поясами жесткости. Пространство между двойными стенками образуют каналы для сбора и удаления газов 5, в которых установлены перегородки 6. Перегородки 6 образуют плавно ссужающиеся каналы, в которых вертикально направленный газовый поток из-под укрытия электролизера перестраивается в горизонтальный поток в выходном патрубке 7, который соединен с цеховой системой газоотсоса. Между газоходами для сбора и удаления газов имеются проемы 8 прямоугольного сечения для установки распорок анодной ошиновки. В нижнем поясе жесткости 4 балки-коллектора имеются отверстия - всасывающие окна 9. На концах перегородок с выходной стороны установлены поворотные заслонки 10.The design of the device for collecting and removing gases consists of a collector beam 1 with vertical double walls 2, upper 3 and lower 4 stiffness belts. The space between the double walls is formed by channels for collecting and removing gases 5, in which partitions are installed 6. Partitions 6 form smoothly contracting channels in which a vertically directed gas stream from under the electrolyzer’s shelter is converted into a horizontal stream in the outlet pipe 7, which is connected to the workshop gas exhaust system. Between the flues for collecting and removing gases there are openings 8 of rectangular cross-section for installing struts of the anode busbar. In the lower stiffness belt 4 of the beam-collector there are openings - suction windows 9. At the ends of the partitions, rotary shutters 10 are installed on the output side.

При работе электролизера выделяющиеся газы из отдельных зон всасывания свободно поднимаются вверх и попадают в каналы для сбора и удаления газов 5, по которым газовый поток разворачивается на девяносто градусов и транспортируется вдоль электролизера к выходному патрубку 7 и далее - в цеховую систему газоотсоса. Использование криволинейных перегородок обеспечивает ламинарность газового потока, что препятствует отложению глинозема на стенках системы газоотсоса. Плавное изменение потока обеспечивает минимальное общее аэродинамическое сопротивление системы газоотсоса, высокую эффективность системы газоотсоса. Равномерность потока обеспечивается выравниванием аэродинамических сопротивлений отдельных каналов. С этой целью ширина каналов в зоне выходного патрубка выбирается большей для более удаленных каналов. Коррекция потоков осуществляется с помощью поворотных заслонок (шиберов) 10 на концах перегородок.During the operation of the electrolyzer, the released gases from separate suction zones freely rise upward and enter the channels for collecting and removing gases 5, through which the gas flow unfolds ninety degrees and is transported along the electrolyzer to the outlet pipe 7 and then to the shop exhaust system. The use of curved partitions ensures the laminarity of the gas flow, which prevents the deposition of alumina on the walls of the gas exhaust system. Smooth change of flow provides the minimum total aerodynamic resistance of the gas extraction system, high efficiency of the gas extraction system. The uniformity of the flow is ensured by the alignment of the aerodynamic drag of individual channels. To this end, the width of the channels in the area of the outlet pipe is selected larger for more distant channels. Correction of flows is carried out using rotary valves (gates) 10 at the ends of the partitions.

При одностороннем газоотсосе с каждой половиной электролизера связана отдельная зона всасывания со смешением потоков в зоне выходного патрубка. Каждая такая зона, в свою очередь, разбивается на две более мелкие. Достигаемый эффект равномерности потока иллюстрируется результатами детального математического моделирования на основе полных трехмерных моделей турбулентных течений. На фигуре 4 показана средняя вертикальная скорость на входе в балку-коллектор для заявляемого устройства (кривая 1) и средняя вертикальная скорость для устройства прототипа (кривая 2).With a one-way gas pump, a separate suction zone is connected with each half of the electrolyzer with mixing flows in the area of the outlet pipe. Each such zone, in turn, is divided into two smaller ones. The achieved effect of flow uniformity is illustrated by the results of detailed mathematical modeling based on full three-dimensional models of turbulent flows. The figure 4 shows the average vertical speed at the entrance to the beam-collector for the inventive device (curve 1) and the average vertical speed for the prototype device (curve 2).

Предложенная система газоотсоса обеспечивает равномерный отсос газов по всей длине электролизера, имеет малое общее аэродинамическое сопротивление, что прямо отражается на мощности дымососов, с помощью которых транспортируются газы по магистралям в систему газоочистки, и решает проблему снижения выбросов в атмосферу электролизного корпуса.The proposed gas exhaust system provides a uniform exhaust of gases along the entire length of the electrolyzer, has a low total aerodynamic resistance, which directly affects the power of the exhaust fans, with which gases are transported through the mains to the gas cleaning system, and solves the problem of reducing emissions into the atmosphere of the electrolysis cell.

Claims

1. A device for collecting and removing gases released from an aluminum electrolysis cell, comprising a collector beam with upper and lower stiffening belts and vertical double walls, between which channels with suction windows for collecting and removing gases are formed, located in the upper part of the collector beam, connected to the gas exhaust system, characterized in that at least two curved partitions are installed in each channel, dividing them into gas suction zones, with the formation of gradually narrowing gas ducts that change board gas flow ninety degrees to the top of the channel.

2. The device according to claim 1, characterized in that at the ends of the partitions on the output side, rotary shutters are installed to control the volume of gases from a separate suction zone.