Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера

 

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и может быть использовано для улавливания и сжигания газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами. Устройство содержит стабилизатор-смеситель в виде конуса, установленный на приливах корпуса горелки. Горелка выполнена со щелями и установлена на приливе газообразного колокола. Верхняя часть горелки соединена с системой газоходов. Устройство позволяет повысить эффективность выгорания окиси углерода и смолистых веществ. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом и служит для улавливания и сжигания газов от алюминиевых электролизеров с самообжигающимися анодами.

Известно устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку со щелями, расположенными в два ряда по высоте, установленную на приливе газосборного колокола и систему газоходов (авт. св. СССР N 855081, кл. C 25 C 3/10, Б.И. N 30, 1981).

Вход воздуха и анодного газа в горелку обусловлен разрежением, создаваемым дымососом. Вследствие низких скоростей движения газа и воздуха (1 - 2 м/с) перемешивание газовоздушного потока недостаточно эффективное. Рассредоточение отверстий входа воздуха по высоте горелки приводит к уменьшению массового количества воздуха, вводимого в горелку в конкретном сечении по горизонтали. Вследствие этого поток воздуха прижимается к стенкам горелки потоком газа, что ухудшает качество перемешивания и выгорания смолистых веществ и окиси углерода.

Наиболее близким к предлагаемому по совокупности существенных признаков является устройство, включающее горелку со щелями, расположенными в один ряд по высоте, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов (авт. св. СССР N 378526, кл. C 22 D 3/02, 3/12, Б.И. N 19, 1973).

Массовые объемы воздуха, приходящиеся на единицу высоты щелей, достаточно высоки. Струи воздуха "пробивают" поток газа, смешивание газовоздушного потока более активное, следовательно, улучшается выгорание смолистых веществ и вредных горючих компонентов. Однако центральные слои газа на оси горелки с воздухом не перемешиваются, что не обеспечивает полноты выгорания CO и смолистых веществ. Кроме того известные устройства не обеспечивают стабильность горения. После технологической обработки электролизной ванны, ликвидации анодных эффектов в аналоговых устройствах возможно прекращение горения в связи с чем необходим повторный розжиг горелки.

Основная задача изобретения заключается в создании устройства, позволяющего повысить эффективность выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе, и стабильность горения.

Для достижения поставленной задачи в заявляемом устройстве для сжигания газов алюминиевого электролиза, включающем горелку со щелями, установленную на приливе газосборного колокола и систему газоходов внутри корпуса горелки, выполненного с приливами в зоне щелевых отверстий, установлен стабилизатор-смеситель в виде конуса, направленный вершиной к основанию горелки.

Повышение эффективности выгорания окиси углерода и смолистых веществ, содержащихся в анодном газе, обусловлено разрушением центральной части газового потока острием и поверхностью конуса, интенсивным его перемешиванием с воздухом, поступившим в горелку, благодаря тубулизации потока за конусной поверхностью. Наличие массивного теплоаккумулирующего тела в ядре потока обеспечивает стабильность процесса горения и возможность непрерывного самовозгорания анодного газа в смеси с воздухом.

На фиг. 1 представлено в разрезе устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера; на фиг. 2 - эпюры скоростей и характер движения потоков в щелевой горелке со стабилизатором-смесителем (а) и в щелевой горелке-прототипе (б).

Горелка 1 со щелями 2 основанием установлена на приливе газосборного колокола 3 (фиг. 1). Верхняя часть горелки соединена с системой газоходов 4. На приливах 5 корпуса горелки установлен стабилизатор-смеситель 6 в виде конуса. Диаметр конуса рассчитывается, исходя из скорости движения газовоздушной смеси при температуре воспламенения. Угол раскрытия образующей конуса принимается наименьшим около 30^o), исходя из минимальных гидравлических потерь. Диаметр конуса рассчитывается по формуле где D_г - внутренний диаметр горелки, м; V_с - расход газовоздушной смеси, м/ч; W - скорость газовоздушной смеси при температуре воспламенения, м/с; - число Пи, равное 3,14.

При количестве анодного газа, входящего в горелку 30 нм³/ч и температуре воспламенения газа 640^oC расчетный диаметр конуса равен Для возможности опускания конуса внутрь горелки сверху через ее выходное отверстие размеры конуса конструктивно принимаются близким к расчетным: диаметр конуса d_к = 125 мм, высота конуса h_к = 170 мм, угол при вершине конуса = 40^o.

Конус выполняется с периферийным кольцевым углублением, предназначенным для посадки на три опорно-центровочных прилива 5, которые предусматриваются при отливке корпуса горелки. Для полноты смешения потоков воздуха и газа основание конуса расположено выше верхней кромки щелевых отверстий.

Устройство работает следующим образом.

При наличии в системе газоходов разрежения, создаваемого дымососом, воздух и анодный газ поступают в горелку. Газ обтекает конус 6 и под острым углом встречается с потоком воздуха, перемешиваясь с ним. Перемешиванию способствует также турбулизация газовоздушного потока за донной частью конуса. Нагреваясь, конус вследствие своей массивности стабилизирует процесс горения при любых колебаниях состава анодного газа и разрежения в системе газоходов.

Стабилизаторы-смесители в виде конуса испытывают в производственных условиях. Аэродинамика, температурное поле и выгорание вредных компонентов смоделировано также на ЭВМ. Результаты расчетов и испытаний приведены в таблице и на фиг. 2.

Из данных таблицы следует, что при одинаковой температуре в зоне горения, содержание экологически опасных компонентов в продуктах дожигания анодного газа и в расчетном, и в натурном эксперименте значительно ниже после горелки со стабилизатором-смесителем.

Более качественное смешение потоков анодного газа и воздуха в горелке со стабилизатором-смесителем подтверждается результатами аэродинамического моделирования, представленными на фиг. 2.

Возле конусного стабилизатора-смесителя (фиг. 2 а) в зоне щелевых отверстий наблюдается активное перемешивание газа 1 и воздуха 2. Как результат более качественного смешения - эпюры скоростей продуктов горения 3 одинаковые в любом горизонтальном сечении.

В щелевой горелке-прототипе (фиг. 2 б) эпюры скоростей по оси горелки имеют максимальное значение, что свидетельствует о неравномерности смешения потоков газа и воздуха, неравномерности температуры по горизонтальному сечению горелки и неравномерности, а следовательно, и неполноте выгорания горючих компонентов. Расчетное сопротивление стабилизатора-смесителя незначительное - в пределах 0,3 - 0,5 мм вод.ст.

Формула изобретения

Устройство для сжигания газов алюминиевого электролизера, включающее горелку с щелями, установленную на приливе газосборного колокола, и систему газоходов, отличающееся тем, что внутри корпуса горелки, выполненного с приливами в зоне щелевых отверстий, установлен стабилизатор-смеситель в виде конуса, направленного вершиной к основанию горелки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3