ФГБОУ ВО «Иркутский национальный исследовательский технический университет», Иркутск, Россия:

И. А. Сысоев, ведущий научный сотрудник ИТЦ ФТИ
В. В. Кондратьев, руководитель Исследовательского технологического центра в Физико-техническом институте
И. В. Колмогорцев, программист Учебно-научного центра «Autodesk»
Т. И. Зимина, ассистент кафедры управления промышленными предприятиями, эл. почта: ziminati@istu.edu

Технология электролиза алюминия непрерывно совершенствуется в сторону увеличения единичной мощности электролизеров. Ведущие алюминиевые компании мира стремятся к эксплуатации мощных электролизеров с обожженными анодами, работающих при силе тока свыше 300 кА, так как их применение позволяет повысить экологическую и экономическую эффективность новых заводов. Для стабильной технологии электролиза при увеличении силы тока требуется эффективный отвод тепла от элементов конструкции, в том числе с отходящими технологическими газами. Целесообразность охлаждения электролизных газов перед очисткой обусловлена стремлением снизить физический объем очищаемых газов, что, в свою очередь, уменьшит затраты на эксплуатацию газоочистных установок. В статье приведено обоснование охлаждения отходящих газов при производстве алюминия электролитическим способом. Описаны достоинства и недостатки разных подходов к осуществлению процесса охлаждения технологических газов. Разработана математическая модель в пакете прикладной программы ANSYS и представлены конструктивные особенности экспериментального кожухотрубного теплообменного аппарата. В дальнейшем планируется проведение опытно-промышленных испытаний теплообменного аппарата для рекуперации тепловой энергии газов при разных режимах эксплуатации в условиях действующего производства.

Исследования проведены при поддержке гранта Президента Российской Федерации МК-4752.2016.8.

1. Ножко С. И., Турусов С. Н., Никитин В. И. Технологический подход к управлению энергетическим режимом электролизера // Цветные металлы. 2006. № 8. С. 85–87.
2. Зельберг Б. И., Рагозин Л. В., Баранцев А. Г., Ясевич О. И., Григорьев В. Г., Баранов А. Н., Кондратьев В. В. Справочник металлурга. Производство алюминия и сплавов на его основе : справочник. — Иркутск : Издательство ИрГТУ, 2015. — 764 с.
3. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10.01. 2002 г., изм. 29.12.2015.
4. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» N 261-ФЗ от 23.11.2009 г., изм. 13.07.2015 г.
5. Anders Sørhuus, Geir Wedde, Ketil Rye, Gaute Nyland. Increased energy efficiency and reduced HF emissions with new heat exchanger // Light Metals. 2010. P. 249–254.
6. Hussain Ali Al Qassab, Sayed Salah Aqeel Ali Mohd, Geir Wedde, Anders Sørhuus. Hex ex retrofit enables smelter capacity expansion // Light Metals. 2012. P. 815–820.
7. Antoine de Gromard, Chin Lim, El Hani Bouhabila, Bernard Cloutie, Mathieu Frainais. Development on electrolytic cell gas cooling // Light Metals, 2014. P. 623–628.
8. El Hani Bouhabila, Erling Næss, Victoria Kielland Einejord and Kolbeinn Kristjansson. An innovative compact heat exchanger solution for aluminum off-gas cooling and heat recovery // Light Metals. 2013. P. 793–797.
9. Anders Sørhuus, Geir Wedde. Pot gas heat recovery and emission control // Light Metals. 2009. P. 281–286.
10. El Hani Bouhabila, Bernard Cloutier, Thierry Malard, Philippe Martineau, Hugues Vendette. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center // Light Metals. 2012. P. 545–550.
11. Bonnier M., Massambi S., Jolas J.-M., Girault G., Demetriou V., Wheaton D. Development of a System Basedon Water Atomization to Decrease, Prior to Treatment, the Temperature of the Gas Emitted from Aluminum Cells // Light Metals. 2007. P. 193–197.
12. Шахрай С. Г., Немчинова Н. В., Кондратьев В. В., Мазуренко В. В., Щеглов Е. Л. Технические решения по охлаждению отходящих газов алюминиевых электро лизеров // Металлург. 2016. № 9. C. 73–77.
13. Sørhuus A. K., Ose S., Nilsen B. M. Possible use of 25 mW thermal energy recovered from the potgas at Alba line 4 // Light Мetals. 2015. P. 631–636.
14. Шахрай С. Г., Кондратьев В. В., Белянин А. В., Николаев В. Н., Гронь В. А. Охлаждение анодных газов алюминиевых электролизеров в теплообменниках нагрева глинозема // Металлург. 2015. № 2. С. 29–32.
15. Шахрай С. Г., Скуратов А. П., Кондратьев В. В., Ершов В. А., Карлина А. И. Обоснование возможности нагрева глинозема теплом анодных газов алюминиевого электролизера // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 3. С. 131–138.
16. Кондратьев В. В., Ершов В. А., Шахрай С. Г., Иванов Н. А. Предварительный нагрев обожженного анода // Цветные металлы. 2015. № 1. С. 54–56.
17. Кондратьев В. В., Николаев В. Н., Карлина А. И. Моделирование и лабораторные испытания высоко эффективного теплообменника с низким статистическим сопротивлением // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 2. С. 80–83.
18. Колесников А. В., Мироненко В. В., Чеславская А. А., Шмаков А. К. Оптимизация технологических процессов изготовления деталей из листа средствами виртуального технологического моделирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 12 (83). С. 73–77.
19. Чеславская А. А., Мироненко В. В., Колесников А. В., Максименко Н. В., Котов В. В. Выбор рационального метода формообразования детали средствами инженерного анализа с применением CAE-систем // Металлург. 2014. № 12. С. 24–31.
20. Kondrat’ev V., Govorkov A., Lavrent’eva M., Sysoev I., Karlina A. I. Description of the heat exchanger unit construction, created in IRNITU // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11, N 19. P. 9979–9983.