Способ теплового регулирования электролизеров и устройство для его осуществления

Способ теплового регулирования электролизеров и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для регулирования температуры электролизеров. Способ теплового регулирования электролизеров, включающий отвод тепла от анодов путем подачи паровоздушной смеси под избыточным давлением в систему испарительного охлаждения, состоящую из кессонов, напорного и обратного коллекторов, барабана-сепаратора и насосов, поддержания оптимальной температуры электролита в электролизерах, выполненных в виде футерованной ванны, разделенной одной или несколькими перегородками на одну или несколько сборных ячеек и на два или несколько электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды, к анодным головкам которых подсоединены съемные кессоны, выполненные в виде пластины и полутруб, причем кессоны одной анодной головки соединены между собой последовательно, а кессоны анодных головок соединены между собой параллельно, на входе на каждую группу электролизеров установлен регулятор расхода; регулирования температуры при отклонении от оптимальной путем регулирования отвода тепла, причем температуру паровоздушной смеси в системе испарительного охлаждения регулируют путем поддержания заданого давления до 4 МПа, а оптимальную температуру электролита поддерживают путем изменения давления в группе кессонов каждого электролизера, причем давление в кессоне поддерживают меньшим или равным давлению в напорном коллекторе, давление в обратном коллекторе поддерживают большим или равным давлению в барабане-сепараторе. Регулирование температуры электролита производят отключением и/или подключением кессонов от напорного и обратного коллекторов. Настоящее изобретение обеспечивает возможность регулирования температурного режима группы электролизеров в ходе технологического процеса 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам и устройствам для регулирования температуры электролизеров.

Известен способ теплового регулирования электролизеров и устройство для его осуществления (кн. Производство магния электролизом. -О.А. Лебедев.-М.: Металлургия. -С. 230), включающий тепловое регулирование температуры электролизера путем изменения интенсивности водяного охлаждения. Для этого предложено устройство для регулирования отвода тепла от электролизеров, включающее футеровку, одну или несколько сборных ячеек, отделенных одной или несколькими перегородками от двух или нескольких электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды, к анодным головкам которых подведена система испарительного охлаждения в виде замкнутого контура.

Недостатком такого способа и устройства для теплового регулирования является то, что разработанное в опытно-промышленном масштабе устройство для испарительного охлаждения не позволяет создать условия безопасной работы электролизера из-за контакта воды с шинопроводом и возможности возникновения короткого замыкания.

Известен способ теплового регулирования и устройство для его осуществления (ст. Результаты испытания модели устройства для охлаждения анодов магниевого электролизера. -//В. Ф. Яловой, А.М. Сизоненко, М.М. Николаев и др. / -Ж. Цветные металлы.- 1991 г, N 6.- С.41-42). Способ заключается в том, что пароводяная смесь поступает в барабан-сепаратор, где пар отделяется от воды, затем вода насосом подается вновь в кессоны. В системе поддерживают избыточное давление 0,5 мПа при температуре воды 158^oC. Устройство для отвода тепла от электролизеров выполнено в виде системы испарительного охлаждения, подсоединенного к группе электролизеров. Каждый электролизер выполнен в виде футерованной ванны, разделенной одной или несколькими перегородками на одну и более сборных ячеек и на два и более электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды, к анодным головкам которых подсоединены с двух сторон кессоны, выполненные в виде стальной пластины и полутруб, которые соединены с помощью напорного и обратного коллекторов с барабаном-сепаратором и насосом.

Недостатками данного способа теплового регулирования и устройства для его осуществления является невозможность регулирования температурного режима электролизеров в ходе самого технологического процесса, низкий срок службы электродов, большие трудозатраты на замену анодных блоков.

Задачей данного изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а также возможность регулирования температурного режима группы электролизеров в ходе технологического процесса, повышение срока службы электродов и исключение их замены в ходе технологического процесса, что приведет к повышению концентрации хлора и созданию постоянного межэлектродного расстояния.

Данные задачи решаются тем, что в способе теплового регулирования электролизеров, включающем отвод тепла от анодов путем подачи паровоздушной смеси под избыточным давлением в систему испарительного охлаждения, поддержания оптимальной температуры электролита и регулирования температуры при отклонении от оптимальной путем регулирования отвода тепла, новым является то, что температуру паровоздушной смеси в системе испарительного охлаждения регулируют путем поддержания заданного давления, а оптимальную температуру электролита во всей серии электролизеров поддерживают путем изменения давления в группе кессонов каждого электролизера, причем давление в кессоне поддерживают меньшим или равным давлению в напорном коллекторе, а давление в обратном коллекторе поддерживают большим или равным давлению в барабане-сепараторе.

Кроме того, регулирование температуры электролита производят отключением и/или подключением кессонов от напорного и обратного коллекторов.

Кроме того, отключение и/или подключение кессонов производят на каждой паре кессонов и/или на одном кессоне анодной головки.

Кроме того, отключение и/или подключение кессонов каждой анодной головки производят поочередно.

Кроме того, давление в системе поддерживают до 4 мПа.

Регулирование температуры паровоздушной смеси путем поддержания заданного давления до 4 мПа позволит влиять на температуру охлаждения электролита электролизеров за счет поддержания заданного давления, и тем самым регулировать температуру электролита в ходе ведения процесса электролиза.

Поддержание оптимальной температуры электролита во всей серии электролизеров путем изменения давления в группе кессонов каждого электролизера за счет поддержания давления в кессоне меньшим или равным давлению в напорном коллекторе, а давление в обратном коллекторе поддерживают большим или равным давлению в барабане-сепараторе позволит регулировать температуру электролита в ходе процесса электролиза и избежать замены анодных блоков и повысить срок их службы.

Регулирование температуры электролита путем отключения и/или подключения кессонов поочередно каждой анодной головки от напорного и обратного коллекторов дает возможность регулировать температуру электролита в ходе ведения процесса электролиза.

Устройство для отвода тепла от серии электролизеров, включающее систему испарительного охлаждения, подсоединенную к группе электролизеров, выполненных в виде футерованной ванны, разделенной одной или несколькими перегородками на одну и более сборную ячейку и на два и более электролитических отделения, в которых установлены катоды и аноды, к анодным головкам которых подсоединены с двух сторон кессоны, выполненные в виде стальной пластины и полутруб, которые соединены с помощью напорного и обратного коллекторов с барабаном-сепаратором и насосом, новым является то, что кессоны каждой группы анодов выполнены съемными, причем кессоны одной анодной головки соединены между собой последовательно, а кессоны каждой пары анодных головок соединены между собой параллельно, на выходе на каждый электролизер установлен регулятор расхода.

Кроме того, полутрубы к пластине кессона присоединены жестко с одной стороны и размещены перпендикулярно горизонтальной оси пластины, а между ними расположены продольные полутрубы.

Кроме того, пластина кессона выполнена из биметалла медь-железо.

Кроме того, угол соударения пластин биметалла равен 10-15^o.

Выполнение кессонов съемными позволит быстро заменить их при неисправностях в процессе ведения процесса электролиза и тем самым не допустить отклонений температуры электролита от оптимальной и постоянно регулировать температуру в процессе электролиза.

Соединение кессонов одной анодной головки между собой последовательно, а каждой пары кессонов анодных головок параллельно позволит уменьшить тепловые перекосы между панелями и увеличить срок службы анодов.

Установка регулятора расхода на каждом электролизере позволит производить регулирование давления в системе испарительного охлаждения и поддерживать его на заданном уровне и тем самым регулировать температуру электролита в процессе электролиза.

Выполнение кессонов в виде пластины, к которой жестко с одной стороны присоединены полутрубы, размещенные перпендикулярно горизонтальной оси пластины, а между ними размещены продольные полутрубы, позволит интенсифицировать процесс отвода тепла от анодных головок, повысить срок их службы.

Выполнение пластин из биметалла медь-железо с углом соударения, равным 10-15^o, позволит улучшить отвод тепла от анодных головок и тем самым повысить срок их службы.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, так как один из заявленных объектов - способ теплового регулирования электролизеров, а другой объект группы устройство для осуществления способа теплового регулирования электролизеров.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта - способа, так и для другого объекта - устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги как для способа, так и для устройства заявленной группы, характеризующиеся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам как способа, так и устройства заявленной группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов- прототипа как для способа, так и для устройства - как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволит выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия каждого объекта заявленной группы изобретений условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранного прототипа признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками каждого из объектов заявленной группы изобретений преобразований на достижение технического результата. Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 и 2 показано устройство для отвода тепла от серии электролизеров, причем на фигуре 1 показана серия электролизеров для получения магния и хлора, а на фиг. 2 - единичный электролизер. На фиг. 3 - схема теплового регулирования электролизера. Устройство включает футерованную ванну 1, разделенную перегородкой 2 на сборную ячейку 3 и электролитическое отделение 4, в котором размещены катоды 5 и аноды 6, соединенные с шинопроводом 7. Над перекрытием 8 выступающая часть анодов - анодная головка 9 с двух сторон снабжена съемными кессонами 10, выполненными в виде пластины 11 из биметалла железо-медь под углом соприкосновения 10-15 градусов, к которой с одной стороны жестко приварены перпендикулярно горизонтальной оси пластины полутрубы 12 и между ними продольные 13 полутрубы, кессоны соединены между собой трубопроводом 14 последовательно, и каждая пара кессонов анодных головок 9 соединена параллельно трубопроводом 15 с другой парой кессонов, к электролизерам подведены напорный 16 и обратный 17 коллекторы, соединенные с барабаном-сепаратором 18 через насосы 19. На каждом электролизере установлен регулятор расхода 20.

Монтаж устройства для отвода тепла от серии электролизеров производят следующим образом.

В футерованную ванну 1 устанавливают перегородку 2, в боковых стенках футеровки 1 закрепляют катоды 5, в перекрытие устанавливают аноды 6, которые размещают в электролитическом отделении 4. К выступающей части анодов (анодным головкам) 9 вплотную с двух сторон присоединяют с помощью шпилек кессоны 10, которые предварительно изготавливают следующим образом. Кессоны выполнены из пластины 11, которая представляет собой биметалл медь-железо, причем медной стороной соприкасается с поверхностью анодной головки (графита). Для предотвращения появления поверхностных дефектов на медной пластине из-за ее жесткого столкновения с поверхностью опоры в процессе сварки необходимо использовать опору в виде "подушки" из песка толщиной не менее 100 мм. При этом между "подушкой" и медной пластиной необходимо установить прокладку из мягкого материала, например бумаги, сложенной в несколько слоев, зазор между свариваемыми пластинами 5 мм, угол соударения пластин 10-15 ^o. Скорость точки контакта соударяющихся пластин 2500 м/сек. С внешней стороны пластины 11 (к железной части биметалла) приварены две полутрубы - перпендикулярно горизонтальной оси пластины полутрубы 12 и между ними размещены продольные 13 полутрубы. Кессоны соединены трубопроводом 14 между собой параллельно, и трубопроводом 15 каждая пара кессонов соединена последовательно.

Пример осуществления способа теплового регулирования электролизеров и работы устройства для его осуществления.

В сборную ячейку 3 заливают расплавленный электролит при температуре 675^oC состава MgCl₂ - 10%, NaCI - 31%, CaCl₂ - 1,5%, KCI - остальное. Электролит циркулирует через переточные окна перегородки 2 в электролитические отделения 4, где под воздействием силы тока 5-18 кА, подаваемого с шинопровода 7 на катоды 5 и аноды 6, электролит разлагается на магний и хлор. В установленные над перекрытием 8 на анодных головках 9 кессоны 10 по полутрубам 12, расположенных перпендикулярно горизонтальной оси пластины 11, и по продольным 13 полутрубам подается пароводяная смесь под давлением 0,6 МПа через напорный коллектор 16 и регулируемая клапаном 20 типа КРЗ. Клапан управляется сигналом СУ 1, который установлен на изменение температуры электролита. При отклонении температуры электролита в ту или другую сторону от заданной клапан соответственно приоткроется или прикроется, что вызовет повышение или понижение давления в кессонах, изменится количество отводимого тепла. Через системы соединения кессонов (трубопроводы 14 и 15) пароводяная смесь через отводящий коллектор 17 отводится в барабан-сепаратор 18. В барабане-сепараторе происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Давление в барабане-сепараторе 0,5 МПа. В водяной объем барабана-сепаратора подается питательная химочищенная деарированная вода по питательным трубопроводам от насосов 19 типа ЦНСГ-38-110 и пароводяная смесь от кессонов, нагнетаемая циркуляционными насосами типа НКУ-250075.

Паропроизводительность установки 600 кг/час, расход питьевой воды 630 кг/хч.

Для теплового регулирования серии электролизеров используют непрерывное измерение температуры электролита, температуры воды в баке-сепараторе и кессонах, температуры анодных головок, давления пара в баке-сепараторе, напряжения на электролизерах, количество подпиточной воды и количество теплоносителя.

При постоянном давлении в баке-сепараторе определяют динамику изменения температуры электролита при проведении технологических операций: заливки хлорида магния, откачки шламо-электролитной смеси, заливки соли, изменении количества газов санитарно-технического отсоса, отключении анодов и подключении шунтов. Замеры производят, исключив взаимное влияние разных факторов на тепловой режим электролизеров. Исключив влияние технологических факторов на тепловой режим электролизера, определяют динамику изменения температуры электролита при изменении давления в баке-сепараторе на 0,05-1 МПа в ту или другую сторону от номинала. При выполнении замеров фиксируется температура окружающего воздуха. На основании анализа полученных данных определяют инерционность системы, величину возмущений при технологическом обслуживании, налаживают систему автоматического регулирования: температура электролита - давление в баке-сепараторе. Измеряют количество генерируемого товарного теплоносителя и его давление с помощью штатных приборов системы испарительного охлаждения, по их показаниям рассчитывают температуру теплоносителя и количество отводимого тепла.

На выходе из кессонов пароводяная смесь проходит через регулирующий клапан КР2, который поддерживает давление в отводящем коллекторе выше, чем давление в барабане-сепараторе, что необходимо для движения пароводяной смеси от электролизера к барабану-сепаратору. Температуру теплоносителя в кессонах при работе системы испарительного охлаждения определяют температурой насыщения пара или кипения воды при определенном давлении, и она равна 158^oC.

Формула изобретения

1. Способ теплового регулирования электролизеров, включающий отвод тепла от анодов путем подачи паровоздушной смеси под избыточным давлением в систему испарительного охлаждения, поддержания оптимальной температуры электролита и регулирования температуры при отклонении от оптимальной путем регулирования отвода тепла, отличающийся тем, что температуру паровоздушной смеси в системе испарительного охлаждения регулируют путем поддержания заданного давления, а оптимальную температуру электролита во всей серии электролизеров поддерживают путем изменения давления в группе кессонов каждого электролизера, причем давление в кессоне поддерживают меньшим и равным давлению в напорном коллекторе, давление в обратном коллекторе поддерживают большим или равным давлению в барабане-сепараторе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование температуры электролита производят отключением и/или подключением кессонов от напорного и обратного коллекторов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что отключение и/или подключение кессонов производят на каждой паре кессонов и/или на одном кессоне анодной головки.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что отключение и/или подключение кессонов каждой анодной головки производят поочередно.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что давление в системе поддерживают до 4 мПа.

6. Устройство для отвода тепла от электролизеров, включающее систему испарительного охлаждения, подсоединенную к группе электролизеров, выполненных в виде футерованной ванны, разделенной одной или несколькими перегородками на одну или несколько сборных ячеек и на два или несколько электролитических отделений, в которых установлены катоды и аноды, к анодным головкам которых подсоединены с двух сторон кессоны, выполненные в виде стальной пластины и полутруб, которые соединены с помощью напорного и обратного коллекторов с барабаном-сепаратором и насосом, отличающееся тем, что кессоны каждой группы анодов выполнены съемными, причем кессоны одной анодной головки соединены между собой последовательно, а кессоны анодных головок соединены между собой параллельно, на входе на каждую группу электролизеров установлен регулятор расхода.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что полутрубы к пластине кессона жестко присоединены с одной стороны и размещены перпендикулярно горизонтальной оси пластины, а между ними расположены продольные полутрубы.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пластины выполнены из биметалла медь-железо.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что угол содержания пластин биметалла равен 10 - 15^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3