ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, Россия:

С. Г. Шахрай, доцент, каф. техносферной безопасности горного и металлургического производства, эл. почта: shahrai56@mail.ru
А. П. Скуратов, профессор
А. А. Дектерев, доцент
Н. А. Шарыпов, старший преподаватель

Система газоудаления электролизера с самообжигающимся анодом состоит из трех основных элементов: газосборного колокола (ГСК) для сбора анодных газов, образующихся в процессе электролитического получения алюминия; горелки для дожигания горючих компонентов анодного газа; газоходной сети, по которой термически обезвреженные анодные газы транспортируют на окончательную очистку в газоочистные установки. Конструкция ГСК представляет собой чугунные секции, навешиваемые по периметру анодного кожуха электролизера, которые совместно с боковой поверхностью анода и поверхностью расплава образуют газоходный канал. Размещение газосборника непосредственно над электролитом и вблизи анода, т. е. у места выделения загрязняющих веществ, позволяет минимизировать объем газов, удаляемых от электролизера, до 600–800 м³/ч. При этом объем анодных газов, образующихся в процессе окисления анода, на современных электролизерах с самообжигающимся анодом составляет ~45 м³/ч. Дожиг оксида углерода и полициклических ароматических углеводородов, выделяющихся в процессе коксования самообжигающегося анода, осуществляют в горелках, представляющих собой цилиндрическую камеру, в нижней части оборудованную патрубком подвода анодных газов, снабженным воздухозаборными щелями. Разница объемов образующегося анодного газа и газов, удаляемых от электролизеров, показывает, что через воздухозаборные щели воздух в горелку подсасывается с избытком α ≥ 6, что негативно отражается на устойчивости горения. Газоходная сеть корпуса электролиза имеет протяженность порядка 2,0–2,5 км, она содержит значительное количество тройников и участков внезапного расширения потока суммарным гидравлическим сопротивлением более 2000 Па, на преодоление которого затрачивается до 30 % мощности, развиваемой дымососами. В работе представлены результаты аэродинамического расчета ГСК и газоходной сети, а также теплотехнического расчета для горелочных устройств. Они позволяют дать комплексную оценку влияния их геометрических и режимных параметров на эффективность и эксплуатационную надежность работы системы газоудаления электролизера с самообжигающимся анодом в условиях увеличения силы тока.

Статья подготовлена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, Правительства Красноярского края, Красноярского краевого фонда поддержки научной и научно-технической деятельности в рамках научного проекта №17-48-240595 р_а.

1. Шахрай С. Г., Коростовенко В. В., Ребрик И. И. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга : монография. — Красноярск : ИПК СФУ, 2010. — 146 с.
2. Расчетная инструкция (методика) по определению состава и количества вредных (загрязняющих) веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух при электорлитическом производстве алюминия (в ред. приказа Ростехнадзора от 29.11.2005 № 892 / СПС Консультант Плюс. URL: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_53485/ (дата обращения 19.06.2017)
3. Буркат В. С., Друкарев В. А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. — СПб. : ООО «Любавич», 2005. — 275 с.
4. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии : учебное пособие для вузов. — 10-е изд., перераб. и доп. — Л. : Химия, 1987. — 576 с.
5. Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию. — М. : Химия, 1991. — 496 с.
6. Пат. 2324012 РФ. Газосборное устройство алюминиевого электролизера (варианты) / Шахрай С. Г., Куликов Б. П., Петров А. М. ; заявл. 26.04. 2006 ; опубл. 10.05.2008, Бюл. № 13.
7. Гонцов Г. Н., Маринова О. А., Тананаев А. В. Турбулентное течение на участке поворота круглой трубы // Гидротехническое строительство. 1984. № 12. С. 24–28.
8. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1992. — 672 с.
9. Barber M., Tabereaux A. T. The end of an era for Søderberg technology in North and South America // Light Metals. 2014. P. 809–814. DOI: 10.1007/978-3-319-48144-9_136.
10. Зиганшин М. Г., Колесник А. А., Посохин В. Н. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. — М. : Экопресс-ЗМ, 1988. — 505 с.
11. Пат. 2456380 РФ. Горелочное устройство алюминиевого электролизера с интенсивным смешиванием компонентов / Шахрай С. Г., Коростовенко В. В., Баранов А. Н., Капличенко Н. М.; заявл. 09.02.2011 ; опубл. 20.07. 2012, Бюл. № 20.
12. Пат. 164940 РФ. Горелочное устройство алюминиевого электролизера с интенсивным смешиванием компонентов / Шахрай С. Г., Скуратов А. П., Белянин А. В., Кондратьев В. В., Безруких С. С., Русанов Н. В. ; заявл. 08.12.2015; опубл. 27.09.2016, Бюл. № 27.
13. Пат. 2534712 РФ. Устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера / Шахрай С. Г., Бажин В. Ю., Кондратьев В. В., Белянин А. В., Гронь В. А. ; заявл. 27.06.2013 ; опубл. 10.12.2014, Бюл. № 34.
14. Стаскевич Н. Л., Северинец Г. Н., Вигдорчик Д. Я. Справочник по газоснабжению и использованию газа. — Л. : Недра, 1990. — 762 с.
15. Климова Л. Л., Павлюченко Г. А., Белов Б. А. Сравнительная оценка различных горелочных устройств для алюминиевых электролизеров // Цветная металлургия. 1979. № 19. С. 54–56.

16. Померанцев В. В., Арефьев К. М., Ахмедов Д. Б. Основы практической теории горения : уч. пособие для вузов. — Л. : Энергоатомиздат, 1986. — 312 с.
17. Folkers A., Weerdt J., Klut P., Dupon E., Engel E. 15 Years of GTC Оperation at aldel: long-term assessment of GTC performance // Light Metals. 2014. P. 629–633.
18. Verbraak P., Turco T., Klut P., Dupon E., Edo E. Pot gas cooling technologies // Light Metals. 2014. P. 635–639.
19. Bouhabila E. H., Næss E., Kielland V. Einejord and Kolbeinn Kristjansson. An innovative compact heat exchanger solution for aluminum off-gas cooling and heat recovery // Light Metals. 2013. P. 793–797.
20. Bouhabila E. H., Cloutier B., Malard T., Martineau P., Vendette H. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center // Light Metals. 2012. Р. 545–550.
21. Khawla AlMarzooqi, Shaikha AlShehhi, Vijayakumar Pillai, Muna Abdulla, Sunny John, Padmaraj Gunjal, Bharat Gadilkar. Management and performance of the largest gas treatment centre at emal potline during major shutdown of main exhaust fans // Light Metals. 2016. Р. 447–452.