close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Модернизация системы сбора и обезвреживания электролизных газов..pdf

код для вставкиСкачать
Химия и металлургия
образующего компонента бромида тетраэтиламмония
и представляет собой широкопористую разновидность
данного цеолита с силикатным модулем SiO2/Al2O3=
20-23.
Как видно из табл. 5, независимо от природы используемого носителя с увеличением температуры
процесса растет доля продуктов крекинга. Использование силикагеля в качестве носителя для катализатора изомеризации н-гексана приводит к невысокому
выходу диметилбутанов, даже при более высоких
температурах реакции. Лучший результат показан при
использовании алюмосиликатного (Al-Si) носителя.
Даже при температуре 240оС, в продуктах реакции
содержится заметное количество дизамещенных ал-
канов, которое уменьшается с повышением температуры реакции.
На основании полученных результатов можно
сделать вывод, что изомеризация н-гексана протекает
по одинаковому механизму, не зависящему от структурного типа цеолита . Активность и селективность
катализаторов в изомеризации н- гексана определяются технологическими параметрами проведения реакции и молекулярно-ситовыми свойствами цеолитов.
С увеличением температуры процесса возрастает
доля продуктов крекинга, а выход 2.2-диметилбутана
заметно снижается. Природа носителя и его количество оказывают существенное влияние на селективность процесса изомеризации н-гексана.
Библиографический список
1. Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И., Твердохлебова В.П., Сан4. Ахмедов Э.И. Влияние состава палладийсодержащих
никова А.Л. Сравнительный анализ эффективности каталицеолитов типа Y на их каталитические и кислотные свойстзаторов изомеризации н-алканов С4-С6 // Химическая технова в реакции изомеризации н-гексана // Нефтехимия. 2000.
логия. 2005. № 2. С.7-14.
т.40, №1. С.41-43.
2. Гидроизомеризация н-гексана на Pd-содержащих цеоли5. Изомеризация н-гексана на никельсодержащих катализатах различных структурных типов. Степанов В.Г. [и др.] //
торах. Закарина Н.А [и др.] //Нефтехимия. 2005. т.45, №3.
Нефтехимия. 2002. т.42, №6. С.441-450.
С.214-218.
3. Патент РФ № 2306979.
УДК 678.08
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ СБОРА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ ГАЗОВ
С.Г. Шахрай1, В.В. Коростовенко2, А.Н. Баранов3, А.О. Каменский4
1,2
Сибирский федеральный университет,
660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
3,4
Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлен анализ состояния и низкой эффективности работы системы сбора, эвакуации и обезвреживания
анодных газов, образующихся в процессе электролитического производства алюминия в электролизерах Содерберга. На основании выполненного анализа, инженерных расчетов и математического моделирования теплофизических и аэродинамических процессов в подколокольном пространстве, горелочных устройствах и газоходных
сетях предложен ряд технических решений, направленных на увеличение эффективности работы системы и повышение экологических и экономических показателей электролизного производства.
Ил. 14. Табл. 8. Библиогр. 26 назв.
Ключевые слова: производство алюминия; экология; анодные газы; горелочные устройства; газоходные сети;
моделирование; экономические показатели.
MODERNIZATION OF THE SYSTEM OF COLLECTION AND NEUTRALIZATION OF ELECTROLYSIS GASES
S.G. Shakhrai, V. V. Korostovenko, A.N. Baranov, A.O. Kamenskiy
Siberian Federal University,
79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041.
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors present the analysis of the condition and the low efficiency of the system of collection, evacuation and neutralization of anode gases generated during the electrolytic production of aluminum in Soderbergh electrolyzers. Based
___________________________
1
Шахрай Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры теплотехники и техносферной безопасности горного и металлургического производства.
Shakhrai Sergey Georgievich, Candidate of technical sciences, associate professor of chair of Heat Engineering and Technosphere
Safety of Mining and Metallurgical industries.
2
Коростовенко Виктор Васильевич, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой теплотехники и техносферной безопасности горного и металлургического производства.
Korostovenko Viktor Vasilievich, Doctor of technical sciences, professor, head of the chair of Heat Engineering and Technosphere
Safety of Mining and Metallurgical industries.
3
Баранов Анатолий Никитич, доктор технических наук, профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: (3952) 405265.
Baranov Anatoly Nikitich, Doctor of technical sciences, professor of the chair of Metallurgy of Nonferrous Metals, tel.: (3952) 405265.
4
Каменский Артем Олегович, аспирант, тел.: (3952) 405265.
Kamenskiy Artem Olegovich, postgraduate student, tel.: (3952) 405265.
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
151
Химия и металлургия
on the performed analysis, engineering calculations and mathematical modeling of thermalphysic and aerodynamic
processes in the sub-bell space, burners and gas networks the authors propose a number of technical solutions to enhance system’s performance and increase ecological and economic indicators of electrolysis production.
14 figures. 8 table. 26 source.
Key words: production of aluminum; ecology; anode gases; burners; gas networks; modeling; economic indicators.
Более 85% Российского алюминия производится в
электролизерах с самообжигающимися анодами (анодами Содерберга) и верхним токоподводом. Технология характеризуется более низкой, в сравнении с производством в электролизерах с предварительно
обожженными анодами, себестоимостью производимого металла и более высокими удельными выбросами загрязняющих веществ [1]. Последние обусловлены низкой эффективностью системы сбора и эвакуации газов от электролизеров, недостаточной для
обеспечения качества воздуха в рабочей зоне корпуса
электролиза в соответствии с требованиями санитарных норм [2-5]; достижения норм выбросов на уровне,
установленном для алюминиевых заводов [6,7], а также рекомендованном конференцией OSPAR (Осло−Париж, табл.1) [8].
Таблица 1
Требования конференции OSPAR к выбросам
алюминиевых заводов, оборудованных электролизерами с верхним токоподводом и самообжигающимся анодом
№ Наименование
Выброс, кг/т Al
п/п
ингредиента
2007 г.
2010 г.
1
Фтористый
0,5
0,4
водород
2
Фториды
1,0
0,6
твердые
3
Пыль
2,0
1,0
4
Бенз(а)пирен
0,015
0,01
Наиболее проблемные узлы системы сбора и эвакуации газов - газосборный колокол электролизера
(ГСК), горелочные устройства и газоходные сети.
Проблема ГСК заключается в том, что газоходный
канал, образованный секциями газосборного колокола
и боковой поверхностью анода (подколокольное пространство), подвержен зарастанию отложениями.
Обусловлено это низкой пропускной способностью
канала, недостаточной для увеличившегося с ростом
единичной мощности электролизеров объема образующихся анодных газов. По мере зарастания подколокольного пространства происходят выбивания
анодных газов в рабочую зону корпуса электролиза,
ухудшающие условия труда и экологические показатели электролизного производства.
Проблемы горелочных устройств заключаются в
том, что они не обеспечивают полноту дожига горючих
компонентов анодного газа на уровне, достаточном
для достижения норм выбросов смолистых веществ и
оксида углерода. Происходит это в силу следующих
причин: охлаждение горелок избыточно подсасываемым воздухом; низкая интенсивность смешивания
сжигаемых газов с воздухом; недостаточное время
152
пребывания сжигаемых газов в зоне высоких температур; погасание горелок при их зарастании пылевыми
отложениями.
Проблемность газоходных сетей заключается в их
аэродинамическом несовершенстве, следствием чего
являются неравномерность объемов газоотсоса от
электролизеров и низкая скорость потока, недостаточная для полного увлечения пылевых частиц, приводящая к образованию в газоходах отложений.
Согласно отчетным данным алюминиевых заводов средняя эффективность сбора анодных газов газосборным колоколом (эффективность ГСК) составляет 88-90%, коэффициент полезного использования
(КПИ) горелок – 90%, эффективность дожига СО,
бенз(а)пирена и других ПАУ – 80-85%, что является
недостаточным для достижения установленных норм
выбросов.
В то же время, анализ состояния системы и способов ее обслуживания показывает, что существуют
значительные «резервы» повышения эффективности
сбора и обезвреживания газов и, следовательно, сокращения выбросов.
Газосборный колокол электролизера
Газосборный колокол является по сути первой
ступенью и основным элементом улавливания анодных газов, образующихся в процессе электролитического получения алюминия. Эффективность работы
ГСК является фактором, определяющим величину
фонарных выбросов загрязняющих веществ, а также
санитарно-экологическое состояние атмосферы в рабочей зоне корпуса электролиза и в районе расположения алюминиевого завода. Приоритет создания
газосборного колокола принадлежит Норвежской Компании Elkem. Впервые он был испытан в 1939 году на
электролизерах мощностью 30 кА. Однако с началом
второй мировой войны работы в данном направлении
были приостановлены и возобновились лишь после её
окончания. Промышленная эксплуатация ГСК началась в 1947 году на заводе «Рейнольдс», штат Алабама, на электролизерах мощностью 100 кА [9].
В Советском Союзе газосборный колокол начал
применяться в 50-х годах прошлого века на электролизерах С-2, С-3, мощность которых была сопоставима с мощностью электролизеров завода «Рейнольдс»
- немногим более 100 кА. С тех пор, вследствие простоты и надежности, конструкция газосборного колокола существенных изменений не претерпела. Конфигурация газоходного канала, образуемого секциями
газосборного колокола и боковой поверхностью анода,
в поперечном разрезе представляет трапецию с
большим нижним основанием. С позиции аэродинамики такая конфигурация не является оптимальной и
создает потоку значительное сопротивление. Кроме
этого, сужающийся кверху газоходный канал способствует образованию застойных зон и отложений.
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
Химия и металлургия
Объем анодных газов, образующихся на электролизерах С-2, С-3, составляет 20 – 35 нм3/ч, площадь
поверхности открытой корки (площадь корки, находящейся вне колокольного укрытия) - 6,1 м2. Газосборный колокол электролизеров С-2, С-3 собирается из
26 отдельных секций, периметр анода составляет
19,28 м [10].
Разработка и внедрение в 60-х гг. прошлого века
более мощных электролизеров С-8 и С-8БМ проектной
силой тока 156 кА практически не коснулась изменений конструкции ГСК. На них применяется тот же газосборный колокол, что и на электролизерах «предыдущего поколения» - С-2 и С-3, с тем лишь отличием,
что собирается он из 30 отдельных секций, а периметр анода составляет 22,3 м. При этом площадь открытой корки электролизеров С-8 и С-8БМ составляет
8,9 м2, что почти в 1,5 раза больше, чем у электролизеров предыдущего поколения.
Модернизация электролизеров С-8 и С-8БМ, активно проводимая в течение последних 5-10 лет, позволила увеличить на них силу тока до 170 – 175 кА, а
в отдельных случаях и до 180 кА. Соответственно
увеличились количество металла, нарабатываемого
электролизером в единицу времени, и объем первично образующихся анодных газов. Расчеты, выполненные по методике [11,12], показывают, что объем образующихся анодных газов в современных электролизерах С-8, С-8БМ составляет 40-45 нм3/ч и это при той
же «пропускной» способности подколокольного пространства.
Увеличить пропускную способность и сократить
зарастание подколокольного пространства пылевыми
отложениями и оплесами возможно путем увеличения
площади поперечного сечения газоходного канала,
образуемого ГСК и анодом. Достигается это следующими техническими решениями: увеличением ширины
пояса газосборного колокола, изменением конфигурации секции ГСК с трапецеидальной на параболическую с увеличением на 70–100 мм ее наружного габарита.
Возможность увеличения ширины пояса газосборного колокола обосновывается следующими соображениями. Согласно [8] расстояние «анод – стенка катодного кожуха» у электролизеров С-2, С-3 составляет
765 мм, у электролизеров С-8, С-8БМ – 835 мм, разница составляет 70 мм. Расстояние между анодом и
ГСК у электролизеров С-2, С-3, С-8 и С-8БМ одинаково и составляет 265 мм. Расстояние «ГСК – стенка
катодного кожуха» у электролизеров С-2, С-3 составляет 500 мм, у электролизеров С-8, С-8БМ – 570 мм.
Сокращение расстояния «ГСК – стенка катодного кожуха» у электролизеров С-8, С-8БМ на 70 мм за счет
увеличения ширины пояса не создаст дополнительных
помех при выполнении технологических операций,
связанных с разрушением корки. Если в настоящее
время ширина пояса ГСК, эксплуатируемого на электролизерах С-8, С-8БМ, 160 мм, то ширина «модернизированного» составит 230 мм. При этом в торцах
электролизера ширина пояса остается прежней
вследствие того, что эти участки не являются «проблемными» и в них практически не образовываются
отложения. Обусловлено это тем, что давление газов,
сходящих из-под торцов подошвы анода, ниже давления газов, сходящих по его продольным сторонам.
Если по продольной стороне оно составляет
500-2500 Па [13], то в торцевой стороне эта величина
на 200-300 Па ниже [14].
Реализация данного технического решения сохраняет полную взаимозаменяемость секций ГСК и в 1,4
раза увеличивает площадь поперечного сечения подколокольного пространства по его продольной стороне. Соответственно на эту же величину снижается
скорость движения газов в подколокольном пространстве, а аэродинамическое сопротивление сокращается в 2 раза (табл.2). Кроме этого, увеличение ширины
пояса ГСК позволит увеличить площадь теплоотводящих ребер в 1,2 – 1,4 раз, что интенсифицирует
отвод тепла от анода конвекцией. Однако внедрение
данного технического решения не приводит к ликвидации «застойных» зон в подколокольном пространстве вследствие того, что конфигурация газоходного
канала по прежнему остается трапецеидальной.
Следующее техническое решение – применение
параболических секций ГСК с увеличенным на
70-100 мм наружным габаритом (рис. 1) [15], что
приблизит конфигурацию газоходного канала к оптимальной округлой форме. При этом объем подколокольного пространства увеличивается в 1,2-1,5 раза, а
его аэродинамическое сопротивление сокращается
более чем в 2 раза и становится сопоставимым с сопротивлением подколокольного пространства электролизеров С-2 и С-3, для которых существующая
конструкция создавалась изначально (табл. 2). В параболическом газоходном канале отсутствуют застойные зоны, что снижает риск образования отложений, а
увеличение расстояния «анод – ГСК» сократит образование отложений вследствие оплесов электролитом.
265
335 - 365
Рис. 1. Конфигурации секций ГСК с увеличенным
объемом подколокольного пространства
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
153
Химия и металлургия
Таблица 2
Сравнительные характеристики газосборных колоколов
Тип электролизера
Параметр
Ед. изм.
С-2, С-3
С-8, С-8БМ
С-8, С-8БМ
с параболической
секцией
Объем образующихся анодных газов
нм3/ч
30,0
42,0
42,0
Площадь поперечного сечения подколом2
0,05
0,05
0,123
кольного пространства
Скорость газов в подколокольном пространм/с
0,082
0,116
0,047
стве
Число Рейнольдса
80,0
160,0
80,0
Коэффициент трения λ
0,73
0,37
0,85
Потери давления
н/м2
0,05
0,12
0,05
характеристики представлены на рис. 2 [13,16] и в
табл. 3 [17].
Все горелочные устройства, представленные на
рис. 2, являются прямоточными. Наиболее распространенными из них являются щелевые как самые
простые по конструкции и относительно недорогие в
изготовлении и обслуживании.
В прямоточных горелочных устройствах искусственное перемешивание компонентов отсутствует, поэтому атмосферный воздух в них подсасывается со
значительным избытком. Избыточный воздух охлаждает горелку, что снижает эффективность ее работы,
Таблица 3
Оптимальные параметры работы горелок
Наименование
Ед.
Тип горелки
изм.
щелевая
открытого типа с тепло-обменником
Коэффициент α *
2,4≤ α ≤6,0
2,0≤ α ≤9,0
1,05≤ α ≤10,0
%
Эффективность η
95 ≥ η ≥ 80
95 ≥ η ≥ 80
99 ≥ η ≥ 80
3
Объем газа, поступающего в горелки
нм /ч
66 ≥ V ≥ 10
66 ≥ V ≥ 10
66 ≥ V ≥ 10
Необходимый объем отсоса газовоз- нм3/ч
280
280
150
душной смеси
Количество горелок в корпусе, рабо- %
55
62
90
тающих в оптимальном режиме
%
64,3
67,5
94,1
Средняя эффективность по корпусу η
Горелочные устройства
Горелочные устройства являются первой ступенью очистки анодных газов. Эффективность их работы
является фактором, определяющим полноту дожига
оксида углерода и полициклических ароматических
углеводородов (ПАУ), наиболее опасным из которых
является бенз(а)пирен. Если ПАУ дополнительно
улавливаются газоочистными установками, то обезвреживание оксида углерода происходит только в горелочных устройствах.
Основные типы горелочных устройств, эксплуатируемых на алюминиевых заводах, и их сравнительные
α
1
* - коэффициент избытка воздуха, выражающий отношение количества воздуха, подсасываемого в горелку, к теоретически необходимому для полного сжигания горючих компонентов анодного газа.
а
б
в
г
Рис. 2. Основные типы горелочных устройств, эксплуатируемых на электролизерах Содерберга:
а – щелевые; б - открытого типа; в - с теплообменником; г - длиннопламенные
154
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
Химия и металлургия
вплоть до погасания. Происходит это вследствие падения температур до уровня, находящегося ниже предела воспламеняемости горючих компонентов, а также «разбавления» их концентраций до уровня, находящегося ниже концентрационного предела воспламеняемости (табл. 4) [18].
при температуре 1100-12000С [18]. Фактически такая
температура наблюдается в незначительном, менее
10%, количестве горелок от их общего числа в корпусе
электролиза. В остальных температура находится в
пределах 700-8000С [20].
Таблица 4
Концентрационные пределы и температуры воспламенения горючих компонентов анодного газа
при смешивании с воздухом
Концентрационный предел
Температура восТемпература
воспламеняемости (взрываеСодержание в
№
Ингрепламенения в
газа на входе
мости) в смеси с воздухом, %
анодном газе,
п/п
диент
смеси с воздухом,
в горелку,
об.
%
0
0
С
С
нижний
верхний
1
СО
12,5
75,0
610
24 – 33
2
СН4
5,0
15,0
645
0,1 – 4,0
250 - 700
3
Н2
4,1
75
510
1,0 – 8,0
ε, %
0,450
10
0,400
0,350
CO_выход, г/с
8
6
4
2
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
0,050
0
1
2
3
4
α
0,000
Рис. 3. Зависимость полноты дожига окиси
углерода ε от α
в зоне реакции (горения), выполненный по эмпирической формуле
τ sj = 25(1 −
t ст
),
1060
(1)
где tст. – температура в зоне горения, показывает, что
для анодных газов эта величина должна составлять
1,5 с при температуре в зоне горения 1000 0С, и 8,5 с –
при 700 0С. Фактически в щелевых горелочных устройствах время нахождения горючих компонентов в
зоне высоких температур гораздо ниже теоретически
расчетного и составляет 0,2-0,5 с. При этом следует
учесть, что полный дожиг бенз(а)пирена достигается
0
100
200
300
400
500
600
Диаметр горелки, мм
Рис. 4. Зависимость расхода СО на выходе из
горелки от диаметра горелки
1605,000
1600,000
T_в объеме (max), С
Кроме этого, избыточный воздух увеличивает
объемы эвакуируемых от электролизеров газов и
энергозатраты на их транспортировку. Для транспортировки и очистки значительных объемов требуются
материалоемкие газоходные сети и мощные газоочистные установки.
Основными параметрами, определяющими полноту дожига горючих компонентов анодного газа, являются: температура в зоне горения и время пребывания сжигаемых компонентов в зоне высоких температур; теплонапряжения топочного объема; физикохимические свойства и параметры состояния и состава сжигаемых газов, коэффициента избытка воздуха,
а также множества других факторов [19].
Ориентировочный расчет необходимого времени
пребывания τ sj органических токсичных соединений
-0,050
1595,000
1590,000
1585,000
1580,000
1575,000
0
100
200
300
400
500
600
Диаметр горелки, мм
Рис. 5. Зависимость температуры факела от
диаметра горелки
Малое время пребывания обусловлено высокими,
на уровне 3-5 м/с, скоростями газов в горелке и объемом топочного пространства, недостаточным для сжигания анодных газов в образующемся количестве.
Расчет топочного объема (объема камеры сжигания),
выполненный по формуле (2), показывает, что для
электролизеров С-8, С-8БМ он должен составлять
0,20 м3 :
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
155
Химия и металлургия
VK =
∑WiQi
i =1
qv
,
(2)
где Wi – расход горючих компонентов анодного газа,
м3/с; Qi – теплота сгорания горючих компонентов анодного газа, кДж/м3; qv – опустимое тепловое напряжение
топочного объема, для прямоточных конструкций рекомендуется принимать не более 200 кВт/м3; N – количество видов горючих компонентов анодного газа.
С учетом того, что анодные газы, образующиеся в
электролизерах С-8, С-8БМ, дожигают в двух горелочных устройствах, объем каждого из них должен составлять 0,100–0,105 м3. Фактически этот параметр на
20-30% ниже расчетного и составляет 0,07- 0,08 м3.
Корректность настоящего расчета подтверждается
результатами математического моделирования теплофизических и аэродинамических процессов в горелочном устройстве [21]. В качестве базовой модели
выбрана щелевая горелка – аналог эксплуатируемой
на Красноярском алюминиевом заводе. Ее параметры: диаметр 320 мм; ширина воздухозаборных щелей
32 мм. В процессе моделирования варьировались
геометрические параметры горелки и коэффициент
избытка воздуха.
Данные, представленные на графике (рис. 3), показывают, что максимальная эффективность дожига
оксида углерода достигается при снижении избытка
воздуха на базовой горелке с α = 4,0-6,0 до α = 1,151,2. Увеличение диаметра горелки с базовых 320 мм
также сопровождается ростом температуры факела и
полноты дожига оксида углерода, которые достигают
своего максимума при 420 мм (рис. 4, 5). Именно при
этом диаметре объем горелочного устройства достигает расчетного значения 0,1-0,11м3. При меньших
диаметрах горелки, по-видимому, из-за несущественного изменения соотношения диаметров подводящего
патрубка и основной части горелки, эффективность
смешения горючих газов и окислителя меняется немонотонно, что приводит к перегибу графиков по температурным полям и эффективности дожига. При
диаметре горелки более 420 мм эффективность дожига также сокращается вследствие той же недостаточной эффективности смешения горючих компонентов с
воздухом.
Основным условием эффективного сжигания топлива является тщательное перемешивание газовоздушной смеси, которое зависит от относительной скорости потоков. Чем больше разность скоростей, тем
лучше перемешивание и короче факел. Результаты
моделирования, представленные на графиках (рис. 6,
7), показывают, что с уменьшением ширины воздухозаборных щелей интенсивность горения возрастает.
Это связано с увеличением проникающей способности
воздушных струй с сохранением поперечной площади
взаимодействия топлива и окислителя, а также с увеличением разности скоростей потоков. При этом происходит возрастание необходимого перепада давления в горелке, что повышает характерный уровень
необходимого разрежения перед ней при стехиомет-
156
рических параметрах воздушно-топливной смеси. В
результате увеличиваются температура и стабильность горения и достигается практически полный дожиг оксида углерода, способствующие более интенсивному выгоранию смолистых веществ. В процессе
моделирования установлено, что оптимальной является ширина воздухозаборных щелей 8 мм.
0,300
0,250
0,200
CO_выход, г/с
N
0,150
0,100
0,050
0,000
-0,050
0,000
10,000
20,000
30,000
40,000
50,000
Ширина щелей, мм
Рис. 6. Зависимость расхода СО на выходе из горелки от ширины щелей
Рис. 7. Зависимость температуры факела от ширины
щелей
Автоматическая очистка полостей горелочных
устройств от отложений
Результаты моделирования, представленные в
предыдущей главе, показывают, что максимальная
эффективность работы горелки достигается при ширине ее воздухозаборных щелей 8 мм и диаметре 420
мм. Однако на практике эксплуатация горелочных устройств с такими параметрами привнесет следующие
проблемы: зарастание узких воздухозаборных щелей
пылевыми отложениями; увеличение интенсивности
осаждения пыли в горелочных устройствах и патрубках для их установки вследствие снижения скорости
потока (рис. 8). В результате это может привести к
обратному эффекту - росту частоты погасания горелок
и ухудшению экологических показателей электролизного производства.
Техническим решением обозначенных проблем
является разработанная и испытанная система автоматической очистки полостей горелочных устройств
импульсами сжатого воздуха [22]. В системе источником импульсов является осушенный сжатый воздух,
выбрасываемый в настоящее время после срабаты-
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
Химия
я и металл
лургия
вания системы автомаатической поодачи глинозема
(АПГ) в атмоосферу корпууса. Воздух в горелку подаается
по направлеению движенния газов (риис. 9). Объем
м его
разовой «поорции» 0,4-0,66 м3, периодиичность подачи 57 мин.
менение автомаатической очиистки увеличчило полнотуу
дожига углероднной составляяющей пыли. Сопостави-телььный анализ пыли от исспытуемого и «рядового»»
элекктролизеров на содержанние в ней оссновных ком-поне
ентов показал
л следующиее результаты
ы. В пыли по-сле горелки, обоорудованной автоматичесской продув-кой, содержаниее углерода сооставило мен
нее 10%, по-сле горелки «ряядового» электролизера – около 28%
%
(рисс. 11). Сокращ
щение содерж
жания углеро
ода в 2,8 разз
в пы
ыли после исспытуемой гоорелки свидетельствует о
его более полном дожиге и сокращении выноса обще-го ко
оличества пы
ыли в системуу организован
нного газоот-соса
а в среднем на
н 15-20%.
Рис. 8. Пыл
левые отлож
жения в газопо
одводящем паатр
рубке
горелочного устрой
йства
а)
б)
Ри
ис. 10. Интенссивность раб
боты горелокк: а – «рядово
ой» электролизер; б – испы
ытуемый эле
ектролизер
Рис. 9. Гореелка с автомаатической оч
чисткой полоссти
от отложений
В период испытаний в полости гоорелки отлож
жения
не образовы
ывались и ихх чистка вруччную не проиизводилась. Вреемя работы горелки
г
в «иинтенсивном»» режиме (темпеература газоов в гусаке, соединяющем
с
м горелку с пыл
леосадительнной камерой > 6000С) уввеличилось болеее чем в 7 рааз (рис. 10). Кроме
К
этого, при-
Пы
ылеосадител
льные камер
ры
На некоторы
ых алюминиеевых заводахх (Краснояр-ском
м, Братском) в системе гаазоотсоса экссплуатируют-ся пылеосадител
п
льные камерры, которые устанавливау
ютсяя после горел
лочных устроойств (рис. 12,13).
Предназначеение камер – сокращение образованияя
в по
одкорпусных газоходах оттложений за счет умень-шен
ния выноса в них пыли и смолистых веществ, нее
дожж
женных в горелочных усстройствах. Принцип
П
дей--
а)
б)
Рис. 11.
1 Содержани
ие углерода в пыли: а – поссле «рядовой
й» горелки; б – после испыт
туемой горел
лки с
авт
томатическо
ой очисткой от
о отложени
ий
ВЕСТНИК ИрГТУ №4
№ (44) 20
010
157
7
Химия
я и металл
лургия
ствия камерр основан наа гравитациоонном осажд
дении
пыли. При этом
э
камеройй улавливаются крупные частицы, а мелкие газовым потоком выносятся в газооходный тракт.
Рис. 12. Пылееосадительнаая камера,
эксплуаатируемая в ОАО «РУСАЛ Красноярск»
ч к другим
м параметрам
м. Увеличение температу-ре, чем
ры электролита
э
на каждые 1000С приводитт к снижению
ю
выхо
ода по току примерно наа 3%. Кроме
е этого, ростт
темппературы элеектролита приводит к бол
лее высокомуу
расхходу фтористтых солей всследствие ихх испарения..
При эксплуатации «сухих» газоочистны
ых установокк
пракктически вся пыль, выноссимая в газохходный тракт,,
улаввливается руукавными фил
льтрами и с фторирован-ным
м глиноземом возвращаетсся в электрол
лизер.
Следующий момент заключается в ни
изкой эффек-тивн
ности улавливания пыли ккамерами. В среднем пы-леоссадительная камера улаввливает до 1,2
2 кг/сут пылии
[24],, что составл
ляет менее 100% от ее кол
личества, вы-носи
имого из-под газосборногоо колокола в систему ор-гани
изованного гаазоотсоса. Прри этом происсходит улавлива
ание преимуущественно ккрупных часттиц, на кото-рых смолистые вещества пррактически не
е сорбируют-ся. Ситовый
С
анаализ пыли из камер, экспл
луатируемыхх
на Братском
Б
алюминиевом заводе, пока
азал, что со-держ
жание фракц
ции размером
м 50 мкм и выше
в
состав-ляетт 65%. Сраввнивая эти результаты с данными,,
пред
дставленным
ми в табл. 5, можно сдел
лать вывод о
Таблица 5
0-2
80
Р
Распределен
ние смолист
тых веществ
в по фракци
иям пыли [122]
Фракциия размером, мкм
2-4
4-6
6-8
8 - 10
10 - 15
15 - 20
Содержаание смолисттых, %
7
4
2
1
2,55
2
Следуетт отметить, чтто пылеосадиительные кам
меры
на Краснояррском алюминниевом завод
де начали пррименяться до вннедрения в эксплуатацию «сухих» газооочистных установок, когда очистка
о
газовв осуществляялась
по схеме «ээлектрофильттр – мокрый скруббер». Такая
Т
же технология очистки газов эксплууатируется в настоящее вреемя на Братсском алюминниевом завод
де. С
переводом Красноярскоого алюминиеевого заводаа на
20
0 - 30
1,5
том,, что практически все смолистые ве
ещества, яв-ляю
ющиеся основвной причиноой образован
ния в газохо-дах отложений, из пылеосадительной кам
меры уносят-ся в систему оргаанизованногоо газоотсоса.
Пылеосадитеельные камееры создают высокое аэ-роди
инамическое сопротивленние газовомуу потоку, ко-торо
ое в зависимоости от объем
ма газоотсоса и конструк-ции камеры можеет достигать 120 Па (табл. 6).
Таблица 6
Параметр
ры аэродина
амического сопротивле
ения пылеос
садительны
ых камер, экссплуатируем
мых в ОАО
«РУСА
АЛ Краснояр
рск» и в ОАО
О «РУСАЛ Бр
ратск»
Рассход, нм3/ч
∆Р, Па
ОАО «РУС
САЛ Краснояр
рск»
ОАО «РУСАЛ Браттск»
100
14,5
5,1
200
55,0
20,0
300
120,0
45,0
400
82,0
«сухую» гаазоочистку, необходимос
н
сть эксплуаттации
пылеосадительных кам
мер отпала. Данный вы
ывод
обосновывается следую
ющими сообрражениями. УловУ
ленная пыльь, содержаниие углерода в которой сосставляет в средннем 30%, из камеры возввращается в элекэ
тролизер. При загрузке на
н корку углеерод не окисл
ляется, а напроттив, «науглерроживает» электролит, снижая
его электричческую провоодимость. С понижением
п
э
электрической проводимостти возрастаает темпераатура
электролитаа и снижаетсся производиительность элекэ
тролизера. Согласно
С
[23]] выход по тооку в промыш
шленных электроолизерах более чувствитеелен к темперрату-
158
Данные, преедставленныее в табл. 6, показывают,,
что эксплуатациия пылеосад
дительных ка
амер значи-телььно увеличиивает энергоозатраты на
а эвакуацию
ю
анод
дных газов отт электролиззеров вследсттвие преодо-лени
ия дополнитеельных сопроотивлений. В силу конст-рукттивных особеенностей пылеосадителььные камеры
ы
имеют щели и нееплотности, ччерез которые
е происходятт
анкционироваанные подсоссы атмосфер
рного воздухаа
неса
в ко
оличестве, прревышающем 10% от сумм
марного объ-ема газоотсоса от
о электролизера. Несанккционирован-мосферного воздуха увел
личивают на-ные подсосы атм
груззку на сущеествующие газоочистные
е установкии
ВЕСТНИК ИрГТУ №4
№ (44) 20
010
Химия
я и металл
лургия
(ГОУ), в часттности, увелиичивают скоррость фильтрации
газов рукавнными фильтррами, резулььтатом чего могут
м
стать проскооки через ниих пыли и фторидов
ф
в атмоа
сферу.
Пылеосаадительные камеры
к
нужд
даются в посттоянном обслуж
живании, что приводит к росту
р
операц
ционных затрат. В силу того, что камеры эксплуатирууются
в условиях воздействия высоких тем
мператур и агрессивных анод
дных газов, срок их служ
жбы ограничеен и,
как правилоо, не превыш
шает 2-3 лет. Замена, в масштабах соввременного алюминиевого
а
о завода доо 1,5
тыс.в год, пылеосадител
п
льных камерр сопровождаается
существенны
ым ростом эксплуатацион
э
нных и капиттальных затрат.
Рис. 13. Пылеосадит
тельная камер
ра, эксплуати
ируемая в корпусе 25 ОАО «РУСАЛ
Л Братск»
с
технникоВсе перречисленные факторы снижают
экономическкие и экологгические покаазатели элекктролизного проиизводства.
Сократиить образованние в подкорпусных газохходах
отложений при отказе от пылеосад
дительных каамер
возможно за счет сокраащения вынооса пыли изз-под
газосборногоо колокола в систему организованнного
газоотсоса путем
п
уменьш
шения скорости движения газов в подкколокольном пространствве и увеличения
полноты дож
жига углерод
да в горелочных устройсттвах,
что отмеченно в предыдуущих главах, а также увел
личения скоростии транспортировки газов в сети.
Газоход
дные сети ко
орпуса электтролиза
Системаа газоходов, предназначеенная для эваакуации анодныхх газов от эл
лектролизероов в газоочисттные
установки, представляет
п
т собой сильнно разветвленнную
сеть, протяженность кооторой в массштабах коррпуса
электролизаа превышает 2 км.
Основны
ые проблемы
ы, возникающ
щие при экспплуатации газохходных трассс, – сложноость обеспечения
равномерности объемовв газоотсоса от электрол
лизеров бригады
ы (звена), а таакже образоввание в газохходах
отложений, занимающихх значительнуую часть их «жи-
вого
о» сечения (ррис. 14). Объ
ъемы газоотссоса от горе-лок, наиболее и наименее уд
даленных от поперечногоо
подккорпусного гаазохода, могуут отличатьсяя в 2-3 раза..
Это приводит к низкой
н
эффекктивности раб
боты горелокк
или к их погасаанию, т.к. обеспечение равномерного
р
о
газо
оотсоса от каж
ждой из них яявляется важ
жным услови-ем стабильности
с
и горения [133]. Одной из причин
п
обра-зова
ания в газохоодах отложенний являетсяя низкая ско-ростть транспортиировки газов, недостаточная для пол-ного
о увлечения пылевых часстиц потоком. Расчет ско-ростти трогания пылевых часстиц электрол
лизного про-изво
одства, выпол
лненный по ф
формуле Л.С. Клячко [25]
3
Vтр
т = 1,3 ρ м ,
(3)
где ρм - плотность транспорттируемого ма
атериала, по-казы
ывает, что скорость
с
движ
жения газов должна со-ставвлять около 15 м/с. Фактиччески эта вел
личина имеетт
коле
ебания по длине
д
газохоодного тракта
а от 2,5 доо
13,8
8 м/с и лишь в редких слуучаях достига
ает значения,,
досттаточного дляя полного увл
лечения части
иц потоком.
Рис. 14.
1 Отложени
ия пыли в газо
оходе
Другой причииной образоввания отложе
ений являют-ся ко
онструктивны
ые недостаткии газоходной сети:
- прямые илии близкие к нним углы повворотов газо-хода
а;
- наличие участков «внеззапного расширения пото-ка», где скоростьь потока резкоо снижается;
- разность, от
о 450 до 9000, углов ввод
да спусков в
подккорпусной газзоход;
- наличие
н
прям
мых тройникоов без перего
ородок, в ко-торы
ых «сталкиваются» встреччные газовые
е потоки.
Конструктивнные недостаттки увеличиввают аэроди-намическое сопрротивление ссети, а также
е способству-ют образованию
о
«застойных»» зон, где происходит ин-тенссивное осажд
дение пыли. В масштабе корпуса
к
элек-трол
лиза суммаррное сопротиивление сети
и превышаетт
2000
0 Па. На егоо преодоленние затрачиввается болеее
30%
% мощности, развиваемой
р
дымососом.
В настоящейй главе предсставлены результаты рас-чето
ов сетей, вкл
лючающих раазличные технические ре-шен
ния:
- равномерноость углов вввода спусков в подкорпус-ной газоход;
ВЕСТНИК ИрГТУ №4
№ (44) 20
010
159
9
Химия и металлургия
- исключение пылеосадительных камер;
- исключение несанкционированных подсосов атмосферного воздуха по длине газоходного тракта;
- одновременное внедрение всех вышеперечисленных технических решений;
- применение регулирующих устройств для выравнивания объемов газоотсоса от электролизеров;
- обеспечение скорости газового потока на уровне,
исключающем осаждение в газоходах пылевых частиц.
Таблица 7
Результаты расчета газоходных сетей, включающих следующие технические решения: равномерность углов ввода спусков в подкорпусной газоход (300); исключение пылеосадительных камер; исключение несанкционированных подсосов атмосферного воздуха по длине газоходного тракта
Объем воздуха, подсасываемого
Температура в горелке, 0С
Код на Разрежение в горелке, Па
в горелки, нм3/ч
схеме
1* 2*
3*
4*
5*
1*
2*
3*
4*
5*
1*
2*
3*
4*
5*
5
27 38 30
50
72
1053 909 1010 813 684
143
169
149
193
232
6
33 46 38
55
83
983
858 927 789 662
157
185
169
203
249
7
33 43 38
56
79
964
857 902 766 649
157
179
168
204
243
8
45 56 56
67
99
867
788 797 727 620
184
205
204
224
271
9
45 53 55
69
94
838
780 758 698 601
184
199
203
227
265
10
59 67 77
81 113
772
730 695 671 582
210
224
239
245
291
11
61 63 78
84 108
733
720 646 639 564
213
218
242
250
284
12
77 78 103 96 128
690
683 612 621 552
240
242
278
268
309
13
74 72 99
95 119
681
690 597 611 548
235
232
271
267
298
14
80 78 107 98 128
669
676 588 607 544
244
241
283
271
309
15
65 68 85
87 114
730
713 648 641 565
220
225
252
255
291
16
63 68 83
85 115
735
712 651 644 564
217
226
249
252
293
17
51 59 64
74 102
810
759 731 686 594
195
210
220
236
276
18
50 59 63
72 103
816
758 735 691 593
193
210
217
232
278
19
40 51 48
63
91
904
811 833 740 628
172
195
190
217
260
20
38 50 46
60
90
919
815 846 750 628
168
193
185
212
260
21
31 43 35
53
79
1009 873 952 799 669
152
180
163
199
243
22
28 40 31
49
76
1048 892 991 819 676
144
174
154
191
238
23
22 34 23
42
65
1156 958 1128 875 722
129
160
133
179
221
24
22 35 24
42
68
1155 950 1121 877 716
129
162
134
178
225
31
34 49 39
56
87
964
826 911 776 641
160
191
171
205
255
32
34 47 38
56
84
966
833 915 775 646
159
188
169
205
251
33
42 55 49
63
96
881
777 813 729 607
176
203
192
218
268
34
46 59 56
69 100
852
763 783 714 602
185
210
205
227
274
35
57 69 72
78 115
767
708 688 664 563
206
227
233
242
293
36
60 70 77
83 116
755
704 677 657 562
212
229
240
248
294
37
76 82 102 96 132
675
656 593 610 530
239
248
276
267
314
38
78 82 104 98 131
671
656 590 607 531
242
247
279
271
313
39
93 93 128 109 146
630
630 551 583 517
264
263
309
286
330
40
81 82 109 101 131
648
647 562 591 521
246
247
286
275
313
41
81 87 110 99 139
674
651 596 612 532
246
256
286
273
322
42
64 71 83
86 118
714
682 627 629 540
219
231
250
254
297
43
64 76 83
85 125
747
691 669 656 557
218
238
250
252
305
44
50 62 62
73 106
801
729 718 677 570
193
215
216
235
281
45
52 66 65
74 113
817
732 742 697 584
197
223
221
235
290
46
40 53 47
63
94
888
781 813 725 602
172
199
189
218
264
47
40 56 48
62
99
913
788 845 752 620
173
205
190
215
272
48
29 43 32
51
79
1016 857 961 793 649
148
179
156
196
243
49
28 45 32
49
82
1050 863 1000 825 665
146
183
155
192
248
50
23 37 25
45
71
1125 915 1093 851 688
132
168
136
183
230
7637 8398 8529 9217 11106
ИТОГО ПО БРИГАДЕ, нм3/ч
Примечание. 1* - существующая газоходная сеть; 2* - газоходная сеть с вводом спусков в подкорпусной газоход под углом
300; 3* - газоходная сеть без пылеосадительных камер горелок; 4* - газоходная сеть с исключением по длине несанкционированных подсосов атмосферного воздуха; 5* - газоходная сеть, включающая технические решения 2*; 3*; 4*.
160
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
Химия и металлургия
В качестве исходной взята газоходная сеть одной
из бригад корпуса электролиза Красноярского алюминиевого завода, параметры работы которой сравниваются с результатами расчета, выполненного с помощью программного комплекса σNet.
Результаты расчета газоходных сетей, включающих различные технические решения, представленные в табл. 7, показывают, что модернизация сущест-
вующей газоходной сети не способна решить обозначенные проблемы, а напротив, привносит дополнительные. Первой из них является увеличение объемов
газоотсоса от электролизеров вследствие сокращения
сопротивления сети. Результатом этого является
дальнейшее снижение эффективности работы горелок, сокращение полноты дожига горючих компонентов и углеродистой составляющей пыли, увеличение
Таблица 8
Результаты моделирования «скоростной» газоходной сети, обеспечивающей скорость движения
газового потока на уровне 15 м/с
Код
Разрежение в горелке, Па
Температура в горелке, 0С
Объем воздуха, подсасыгорелки
ваемого в горелки, нм3/ч
на схе6*
7*
8*
6*
7*
8*
6*
7*
8*
ме
5
75,0
5,7
10,6
681,0
1974,0
1568,2
236,6
65,0
89,0
6
78,1
18,6
12,9
674,5
1271,5
1458,3
241,5
118,0
98,1
7
72,5
13,2
13,0
690,6
1397,6
1449,3
232,8
99,5
98,8
8
76,2
34,8
11,5
682,4
986,2
1516,3
238,5
161,2
92,9
9
73,0
24,2
12,1
691,0
1076,4
1495,4
233,4
134,4
95,1
10
74,2
53,2
10,0
688,1
827,8
1601,0
235,5
199,4
86,8
11
72,2
36,2
11,0
695,1
894,3
1550,4
223,9
164,5
90,9
12
72,6
72,9
8,9
694,2
727,5
1677,8
232,9
233,4
81,7
13
72,8
48,4
10,2
694,7
801,1
1597,7
233,2
190,0
87,4
14
71,7
73,7
8,9
698,6
713,2
1684,2
230,5
234,7
81,4
15
74,4
43,7
10,5
688,7
850,1
1577,1
235,7
180,7
88,8
16
72,0
58,7
9,81
694,2
777,9
1618,2
231,8
209,5
85,8
17
75,0
34,0
11,4
685,0
955,0
1525,1
236,7
159,4
92,6
18
73,8
43,6
10,8
687,7
879,9
1559,8
234,8
180,5
89,8
19
77,0
24,6
12,4
675,7
1103,5
1476,1
240,4
135,7
96,4
20
75,9
29,6
12,1
678,8
1033,4
1490,1
238,1
148,8
95,1
21
79,5
16,1
13,5
668,5
1325,5
1424,0
243,6
109,8
100,7
22
77,2
16,4
13,4
673,0
1318,1
1431,6
240,1
110,7
100,0
23
78,2
8,8
12,6
669,0
1701,5
1471,3
241,6
81,0
97,2
24
80,8
4,9
9,3
663,8
2103,5
1644,4
245,7
60,5
83,7
31
75,3
6,4
11,8
682,5
1898,8
1500,7
237,0
69,3
94,1
32
75,7
11,6
13,5
681,7
1526,0
1430,3
237,7
93,2
100,4
33
72,9
21,9
12,3
690,0
1166,8
1480,9
233,3
128,1
95,9
34
75,8
21,8
12,7
683,5
1170,2
1464,1
237,8
127,6
97,3
35
71,8
40,1
10,7
695,7
908,3
1561,7
231,5
173,2
89,7
36
73,7
33,7
11,3
691,3
963,1
1533,1
234,5
158,6
92,0
37
69,8
59,4
9,6
703,5
771,2
1634,2
228,3
210,7
84,7
38
72,4
46,9
10,3
697,0
826,5
1589,3
232,6
187,3
87,9
39
70,1
79,1
8,5
704,1
696,5
1705,9
228,8
243,1
80,1
40
70,8
48,1
10,2
702,3
796,3
1598,2
229,9
189,6
87,4
41
71,4
72,3
9,1
698,4
728,0
1665,6
231,0
232,4
82,5
42
71,8
38,0
11,2
697,4
878,6
1540,2
231,6
168,6
91,7
43
73,9
57,0
10,1
689,0
803,1
1594,0
234,9
206,4
87,2
44
73,2
27,9
12,5
690,4
1012,0
1473,6
233,9
144,4
96,9
45
76,5
41,7
12,0
678,4
913,1
1490,1
239,0
176,6
94,8
46
75,8
18,8
14,5
679,8
1206,9
1388,4
238,0
118,6
104,3
47
78,9
27,4
14,4
691,2
1085,5
1403,9
242,8
143,1
103,8
48
73,8
10,4
8,1
765,3
1546,6
1584,2
220,4
88,5
91,4
49
78,0
14,8
8,5
682,5
1392,9
1581,3
232,4
105,1
98,0
50
78,2
4,5
8,4
631,3
2145,0
1592,8
249,8
58,3
97,5
ИТОГО ПО БРИГАДЕ, нм3/ч
9300
6001
3707,7
Примечание. 6* - газоходная сеть с регулирующими устройствами, включающая в себя технические решения 5*; 7* - «скоростная» газоходная сеть; 8* - «скоростная» газоходная сеть с регулирующими устройствами.
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
161
Химия и металлургия
выноса в газоходный тракт пылевых и смолистых частиц, оседающих в газоходах. Рост объемов эвакуируемых газов увеличивает нагрузку на существующие
ГОУ. При этом скорость газового потока в пределах 10
– 12 м/с остается недостаточной для полного увлечения им пылевых частиц.
Увеличить скорость движения газов до 15 м/с возможно за счет уменьшения габаритов газоходной сети, в частности, диаметров спусков со 159 до 100 мм, с
соответствующим уменьшением диаметров подкорпусных газоходов. Результаты расчета «скоростной»
газоходной сети, представленные в табл. 8, показывают, что суммарный объем атмосферного воздуха,
подсасываемого в горелки, сокращается до 6000 нм3/ч
(более чем на 21%). Доля горелок, обеспечивающих
полный дожиг СО, бенз(а)пирена и ПАУ (температура
выше 11000С), составляет 35% от их общего числа.
Однако при этом разница разрежений в горелках бригады достигает 17-кратного значения, от 4,5 до
79,1 Па.
Выравнивание объемов газоотсоса и разрежений
в «скоростной» газоходной сети достигается регулирующими устройствами (шиберами, поворотными заслонками), устанавливаемыми в спусках горелок. Значения коэффициентов сопротивлений каждого регулирующего устройства рассчитывались отдельно. При
использовании регулирующих устройств разница объемов газоотсоса не превышает 10-15%, что соответствует рекомендациям по «узловой» увязке давлений
(разрежений) [26]. Суммарный объем атмосферного
воздуха, подсасываемого в горелки, немногим более
3 700 нм3/ч, что более чем в 2 раза ниже, чем в существующей газоходной сети. Температуры в горелках,
1400 – 1700 0С, достаточны для полного дожига СО,
бенз(а)пирена и других ПАУ.
Выводы
Эксплуатация разработанной конструкции газосборного колокола исключает образование отложений
в подколокольном пространстве, при этом частота
выполнения технологических операций, связанных с
разрушением корки, сокращается более чем в 20 раз.
Увеличенные наружные габариты газосборного
колокола на 12-19% уменьшают площадь поверхности
расплава, находящуюся вне укрытия, что снижает поступление анодных газов, фильтрующихся через поверхность корки в атмосферу корпуса.
Эксплуатация горелочных устройств увеличенного
диаметра с «узкими» воздухозаборными щелями
обеспечивает полноту дожига горючих компонентов
анодного газа за счет увеличения времени пребывания горючих компонентов в зоне высоких температур и
более интенсивного смешивания компонентов.
Эксплуатация системы автоматической очистки
горелок от отложений исключает их обслуживание
вручную. При этом полнота дожига углеродистой составляющей пыли увеличивается в 3 раза. Система
обеспечивает утилизацию сжатого осушенного воздуха после срабатывания системы АПГ.
Пылеосадительные камеры горелочных устройств
из системы газоотсоса следует исключить вследствие
их «нулевой» эффективности и высоких эксплуатационных затрат.
Эксплуатация модернизированной газоходной сети обеспечивает сокращение объема газоотсоса от
электролизера более чем в 2 раза при одновременном
100%-ном дожиге СО, бенз(а)пирена и других ПАУ.
При этом материалоемкость сети снижается на 2530%, энергозатраты на эвакуацию газов – на 20-25%,
потребная мощность ГОУ сокращается более чем в 2
раза.
Внедрение результатов работы на алюминиевых
заводах, сопоставимых по мощности с Красноярским,
обеспечит сокращение валовых выбросов загрязняющих веществ на 42 тыс. т/год и снижение себестоимости производимого алюминия на 170 руб./т.
Библиографический список
8. OSPAR Convention for the Protection of the Marine Environ1. Бузунов В.Ю., Куликов Б.П. Технические аспекты экологиment of the North – East Atlantic. Ministerial Meeting of the OSческой безопасности алюминиевого производства // ТехниPAR Commission./ Sintra: 22 – 23 July 1998.
ко-экономический вестник РУСАЛа. 2005. №11. С. 5-14.
9. Из истории технологии производства алюминия. – Карл
2. ГОСТ 12.1.007-76. Вредные вещества. Классификация и
Вильгельм Содерберг // Технико-экономический вестник
общие требования безопасности.
РУСАЛа. 2005. № 11. С. 40 – 42.
3. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03. Предельно
10. Басов А.И., Ельцев Ф.П. Справочник механика заводов
допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе
цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981. 495 с.
рабочей зоны.
11. Расчетная инструкция (методика) по определению со4. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4.548-96. Гистава и количества вредных (загрязняющих) веществ, выгиенические требования к микроклимату производственных
помещений.
брасываемых в атмосферный воздух при электролитиче5. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические треском производстве алюминия (в ред. Приказа Ростехнадзобования к воздуху рабочей зоны.
ра от 29.11.2005 № 892).
6. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы
12. Буркат В.С., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атСанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 Санитарно-защитные зоны и
мосферу при производстве алюминия. СПб., 2005. 275 с.
санитарная классификация предприятий, сооружений и иных
13. Коробов М.А., Дмитриев А.А. Самообжигающиеся аноды
объектов. - (утв. Главным государственным санитарным
алюминиевых электролизеров. М.: Металлургия, 1972. 208 с.
врачом РФ 30 марта 2003г).
14. Крюковский В.А. Исследование циркуляции электролита
7. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03. Предельно
и анодных газов в междуполюсном зазоре мощных алюмидопустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в
ниевых электролизеров: автореф. дис. … канд. техн. наук.
атмосферном воздухе населенных мест. - (утв. Главным
Л.: Всесоюзный институт алюминиевой и магниевой прогосударственным санитарным врачом РФ 31 мая 2003 г).
вышленности (ВАМИ), 1974. 20 с.
162
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
Химия и металлургия
15. Шахрай С.Г., Куликов Б.П., Петров А.М. и др. Газосборное устройство алюминиевого электролизера (варианты). –
Патент РФ №2324012. – опубл. БИ, №13. - 10.05. 2008.
16. Янко Э.А. Производство алюминия. Пособие для мастеров и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов.
СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та, 2007. 305 с.
17. Климова Л.Л., Павлюченко Г.А., Белов Б.А. Сравнительная оценка различных горелочных устройств для алюминиевых электролизеров // Цветная металлургия. 1979. № 19. С.
54–56.
18. Гурвич С.М. Справочник химика – энергетика. Т. 3. Энергетическое топливо (Характеристика и контроль качества).
М.: Энергия, 1972. 215 с.
19. Зиганшин М.Г., Колесник А.А., Посохин В.Н. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. М.: «Экопресс –ЗМ»,
1988. 505 с.
20. Шахрай С.Г. Повышение эффективности вентиляции
корпусов электролизного производства алюминия путем
совершенствования системы газоотсоса: автореф. дис.
….канд. техн. наук. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 19 с.
21. Необъявляющий П.А., Дектерев А.А., Гаврилов А.А.,
Сторожев Ю.И. Расчетно-экспериментальное исследование
горелочного устройства по дожиганию анодного газа // Теплофизика и аэродинамика. 2007. Т.14, №1. С. 151 – 160.
22. Шахрай С.Г., Пингин В.В., Фризоргер В.К. и др. Способ
очистки горелочного устройства алюминиевого электролизера. – заявка на изобретение 2007126313. – опубл.
20.01.2009.
23. К. Гротгейм и Б.Дж. Уэлч. Технология электролитического производства алюминия. Теоретический и прикладной
подход. Норвегия, 1980. С. 326.
24. Баранцев А.Г., Цымбалов С.Д. Стратегия снижения выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду // Цветные металлы. 1999. №6. С. 26 – 29.
25. Богословский В.Н. Отопление и вентиляция. Ч. II. Вентиляция. М.: Стройиздат, 1976. 441 с.
26. Бошняков Е.Н. Аспирационно-технологические установки
предприятий цветной металлургии. Изд. 2-е, перераб. и доп.
М.: Металлургия, 1987. 160 с.
УДК 622.793.2:622.343
ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРОТНЫХ РАСТВОРОВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ
ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ РУД С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ МЕДИ
А.А. Файберг
ОАО «Иргиредмет»,
664025, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 38.
Рассматривается технология кондиционирования оборотных растворов, образующихся при переработке руд с
повышенным содержанием меди. Определены основные технологические параметры ведения процесса извлечения меди в виде высококачественного концентрата при одновременной регенерации свободного цианида в
растворе, установлено влияние тех или иных факторов на эффективность технологии, осуществлено промышленное внедрение.
Табл. 1. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: кондиционирование; регенерация; цианид; извлечение; медь; сульфид меди; оборотный раствор.
CONDITIONING TECHOLOGY FOR RETURN SOLUTIONS FORMED DURING THE PROCESSING OF ORES WITH
HIGH COPPER CONTENT
A.A. Fayberg
PC «Irgiredmet»
38 Gagarin Boulevard, Irkutsk, 664025
The author deals with the technology of air conditioning of return solutions formed during the processing of ores with high
copper content. The main technological parameters of copper extraction in the form of a high-quality concentrate while
regenerating free cyanide in the solution are determined. The influence of various factors on the effectiveness of the
technology is ascertained. The industrial application is implemented.
1 table. 4 sources.
Key words: air conditioning; regeneration; cyanide; extraction; copper; copper sulfide; return solution.
Оптимальным решением проблемы переработки
золотосодержащих медистых руд является повторное
использование отработанных цианидсодержащих растворов путем выведения из них меди, других металлов-комплексообразователей, возврата в процесс
выщелачивания цианида, связанного в комплексные
соединения. Такая технология кондиционирования
позволяет устранить вредное влияние меди и других
металлов на процесс извлечения золота с одновре-
менным снижением расхода цианида.
Технология, разработанная в лаборатории охраны
окружающей среды «Иргиредмета», предусматривает
извлечение меди в виде высококачественного концентрата при одновременной регенерации свободного
цианида в оборотном растворе. В России и странах
ближнего зарубежья опыта осуществления данных
процессов нет. В рамках проведенной работы определены основные технологические параметры ведения
___________________________
1
Файберг Анна Александровна, аспирант, тел.: (3952) 330871, e-mail: Anna.faiberg@rbcmail.ru
Fayberg Anna Aleksandrovna, postgraduate student, tel.: (3952) 330871, e-mail: Anna.faiberg @ rbcmail.ru
ВЕСТНИК ИрГТУ №4 (44) 2010
163
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
12
Размер файла
2 394 Кб
Теги
газов, сбор, обезвреживания, система, модернизация, pdf, электролизном
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа