Способ обезвреживания газов электролитического производства алюминия

Способ обезвреживания газов электролитического производства алюминия

Реферат

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к получению алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, и может быть использовано для очистки анодных газов при повышении эффективности укрытия электролизера.

Существующая на электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом система колокольного газоотсоса не обеспечивает требуемой эффективности улавливания и эвакуации анодных газов. Эффективность колокольного газосборника составляет в среднем 75-85%, что недостаточно для достижения норм предельно допустимых выбросов, установленных для отечественных алюминиевых заводов.

Известен способ очистки газов электролитического производства алюминия (авторское свидетельство СССР №583208, МПК С25С 3/22, 1977). Целью изобретения является снижение потерь тепла и компонентов электролита. Способ включает сбор анодных газов под первичным газосборником, выполненным в виде глухой полости, образованной секциями и откосом глиноземной засыпки. Первичный колокольный газосборник выполнен в виде консольного экрана из отдельных секций, контактирующих с глиноземной засыпкой. Сбор газовоздушной смеси производят под вторичным газосборником, состоящим из откидных створок, погруженных в слой глинозема, шарнирно подвешенных на среднем поясе обечайки анода и уплотненных с ним глиноземной засыпкой. Вторичный газосборник соединен посредством всасывающих патрубков с замкнутым вокруг анода коллектором.

К недостаткам известного решения можно отнести следующие обстоятельства: большой объем пространства, находящегося под вторичным укрытием; необходимость поддерживать постоянную высоту слоя глиноземной засыпки, через которую происходит подсос атмосферного воздуха, исключающего выбивание анодных газов из-под вторичного укрытия в рабочую зону корпуса электролиза.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ, осуществляемый устройством (авторское свидетельство №429133, МПК С22D 3/02, 1974). Устройство содержит укрытие и горелку с воздухозаборными щелями, находящимися под вторичным укрытием. Способ включает сбор анодных газов под укрытием и газовоздушной смеси под вторичным укрытием при обмене газовоздушной смеси подсосом атмосферного воздуха и подачу их в горелочное устройство для сжигания. Способ позволяет осуществлять регулировку разрежения в горелке и количества газовоздушной смеси, необходимой для полного сжигания газов. Регулировка разрежения в горелке и подсоса воздуха осуществляется изменением зазора между горелкой и газоотводящим патрубком с помощью регулировочных прокладок.

Однако в известном способе проведение регулировок объема газовоздушной смеси и разрежения в горелке требуется проводить на действующем (горячем) электролизере. Также подвижность патрубка, соединяющего горелку с газоотводным каналом и с укрытием, создает дополнительные, нерегулируемые подсосы воздуха. Для обеспечения постоянного объема атмосферного воздуха, подсасываемого под укрытие, необходимо поддерживать постоянную высоту слоя глиноземной засыпки электролизера. Значительный объем пространства под укрытием не обеспечивает достаточную кратность обмена газовоздушной смеси за счет эвакуации газов через горелку в систему газоочистки. В результате имеет место выбивание газов из-под укрытия на участках, удаленных от горелочных устройств. Кроме того, опирание вторичного укрытия на среднюю часть анодного кожуха приводит к перегреву анода.

Задачей изобретения является повышение эффективности улавливания электролизных газов; улучшение экологической обстановки в рабочей зоне корпуса электролиза; сокращение несанкционированных выбросов неочищенного газа через аэрационные фонари корпусов электролиза.

Технический результат заключается в обеспечении высокой степени термического обезвреживания горючих компонентов анодного газа в горелках и снижении расхода фтористых солей за счет более полного улавливания и последующего возврата фторидов в производство.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обезвреживания газов электролитического производства алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, включающем сбор анодных газов под газосборным колоколом и газовоздушной смеси под вторичным укрытием при обмене газовоздушной смеси подсосом атмосферного воздуха и подачу их на сжигание, согласно предлагаемому решению сбор газовоздушной смеси под вторичным укрытием проводят при 85-250-кратном обмене газовоздушной смеси в течение 1 часа уменьшением объема, ограниченного вторичным укрытием криолит-глиноземной коркой электролита и газосборным колоколом путем крепления верха вторичного укрытия на верхнюю часть газосборного колокола.

Отличием предлагаемого решения от прототипа является то, что в пространстве, ограниченном вторичным укрытием, криолит-глиноземной коркой и газосборным колоколом, обеспечивают 85-250-кратный обмен газовоздушной смеси в течение 1 часа, исключающий выбивание вредностей из-под укрытия в рабочую зону корпуса электролиза, за счет подсоса атмосферного воздуха через щели (неплотности) укрытия. При этом верхнюю часть вторичного укрытия опирают на верхнюю часть газосборного колокола.

Опирание вторичного укрытия на верхнюю часть газосборного колокола позволяет уменьшить объем аспирируемого пространства под укрытием. Такой способ повышает эффективность сбора и эвакуации газов, фильтрующихся сквозь криолит-глиноземную корку вследствие ее (корки) газопропускной способности. При этом через щели (неплотности) между секциями вторичного укрытия происходит подсос атмосферного воздуха, предотвращающего выбивание в рабочую зону анодных газов из пространства, ограниченного вторичным укрытием, криолит-глиноземной коркой и газосборным колоколом, за счет обеспечения 85-250-кратного обмена газовоздушной смеси в укрытом пространстве. Кроме того, уменьшается негативное влияние вторичного укрытия на тепловой баланс анода, связанное с утепление зоны анода в районе пояса газосборника.

При кратности газообмена под вторичным укрытием менее 85 наблюдается выбивание газов из-под укрытия на участках, удаленных от горелок, что приводит к снижению эффективности укрытия электролизера.

При кратности газообмена под вторичным укрытием более 250, снижается эффективность термического обезвреживания анодных газов в горелочном устройстве за счет подсоса избыточного количества газовоздушной смеси в горелочное устройство.

Испытания показали, что на укрытых электролизерах, за счет подогрева газовоздушной смеси под вторичным укрытием до температуры 150-300°С, наблюдается более устойчивая работа горелочных устройств. В результате повышается эффективность дожигания угарного газа, смолистых веществ, в т.ч. бенз(а)пирена.

На чертеже изображено предлагаемое укрытие для осуществления способа. На верхнюю часть секции газосборного колокола (1), расположенного по всему периметру анодного кожуха (2), установлен стальной стационарный навес (3), поддерживаемый талрепами (4). С помощью талрепов (4) возможно компенсировать изменение зазора, меняющегося при перемещении анода. Пространство «борт-анод» электролизера перекрывается легкими съемными либо шарнирными укрывными секциями (5), одним торцом опирающимися на нижнюю кромку стального стационарного навеса, другим - на отбортовочный лист фланцевого узла катодного кожуха (6). Анодные газы, фильтрующиеся в рабочую зону через поверхность криолит-глиноземной корки (7), поступая под укрытие, смешиваются с атмосферным воздухом, подсасываемым через щели (неплотности) укрытия. Из-под укрытия подогретая газовоздушная смесь направляется в воздухозаборные щели горелочного устройства.

Пример реализации способа

Для сравнения эксплуатационных характеристик предлагаемого и взятого за прототип устройства были смонтированы и проведены опытно-промышленные испытания укрытий, изготовленных по обоим способам. Укрытия были смонтированы на электролизерах С-8БМ. Для определения эффективности были выполнены инструментальные измерения содержания вредных ингредиентов в воздухе рабочей зоны над электролизером, укрытым по способу, взятому за прототип, и над электролизером, укрытым по предлагаемому способу. Кроме того, одновременно определялась эффективность термического обезвреживания анодных газов в горелках. Изменение кратности воздухообмена под укрытием обеспечивали варьированием объема газоотсоса от электролизера через систему газоочистки. При этом фиксировали объемы газов, отсасываемых от электролизеров с укрытиями.

Все замеры выполнялись сертифицированной лабораторией в соответствии со стандартными методиками. Результаты инструментальных измерений приведены в таблице.

Анализ приведенных в таблице данных показывает, что поддержание кратности обмена газовоздушной смеси под вторичным укрытием в пределах 85-250 обеспечивает максимальную эффективность укрытия электролизера при высокой степени дожигания горючих компонентов газа в горелках.

Повышение эффективности укрытия электролизера по предлагаемому способу позволяет также сократить удельный расход фтористого алюминия на 0,2 кг/т Al за счет улавливания в системе газоочистки дополнительного количества фтористых соединений. Кроме того, улучшились условия труда за счет снижения содержания фтористых соединений, смолистых веществ, бенз(а)пирена и пыли в воздухе рабочей зоны укрытого электролизера по сравнению с содержанием в воздухе рабочей зоны не укрытого электролизера. Снижение содержания вредных ингредиентов в воздухе рабочей зоны по сравнению с прототипом составило: фтористого водорода в среднем на 11,8%, смолистых веществ в среднем на 65,6%, бенз(а)пирена в среднем на 72,3%, пыли в среднем на 44,5%. Значительно снизилось тепловое излучение от электролизера в рабочую зону.

Таблица
Наименование ингредиента	Содержание в воздухе рабочей зоны, мг/м3	Среднее снижение содержания ингредиента в воздухе рабочей зоны, %
Над открытым электролизером	Над электролизером по прототипу	Над укрытым электролизером по предлагаемому техническому решению
электролизер по предлагаемому техническому решению по отношению к электролизеру-прототипу	электролизер по предлагаемому техническому решению по отношению к электролизеру-свидетелю
Фтористый водород	0,256	0,211	0,186	11,8	36
Смолистые вещества	0,457	0,32	0,11	65,6	75
Бенз(а)пирен	0,00241	0,0014	0,000387	72,3	84
Пыль	3,117-9,39	2,7-6,4	1,8-2,239	17,1-71,8	28-80

Способ обезвреживания газов электролитического производства алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, включающий сбор анодных газов под газосборным колоколом и газовоздушной смеси под вторичным укрытием при обмене газовоздушной смеси подсосом атмосферного воздуха и подачу их на сжигание, отличающийся тем, что сбор газовоздушной смеси под вторичным укрытием проводят при 85-250-кратном обмене газовоздушной смеси в течение 1 ч уменьшением объема, ограниченного вторичным укрытием, криолитглиноземной коркой электролита и газосборным колоколом путем крепления верха вторичного укрытия на верхнюю часть газосборного колокола.