CC BY
37
26.Хоменко А.П. Изменение динамического состояния упругосвязанных систем / А.П. Хомен-ко,В. Е. Гозбенко. Деп. в ВИНИТИ 23.07.2002, № 1379-В2002.
27. Долотов А.М. Уплотнительные соединения с использованием тонкостенных элементов /
А.М. Долотов, В.Е. Гозбенко, Ю.И. Белоголов. Деп. в ВИНИТИ 22.11.2011, № 508-В2011. 28.Козначевская Г.Б. Менеджмент. Ростов-на-Дону : Феникс, 2010. 352 с.
УДК 669.71:502.3 Шахрай Сергей Георгиевич,
к. т. н., доцент кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства ИЦМиМ СФУ, Сибирский Федеральный университет, тел. 89082025567, e-mail: shahrai56@mail.ru Ржечицкий Эдвард Петрович, к. т. н., с. н. с. отдела инновационных технологий ФТИИрНИТУ, тел. 8-3952-252151, e-mail: epr523@gmail.com Горовой Валерий Олегович, аспирант физико-технического института, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8-950-060-5267, e-mail: 123valera321@gmail.com
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ
S. G. Shahrai, E. P. Rzhechitskiy, V. O. Gorovoy
STUDY OF PARAMETERS OF TECHNOLOGICAL PROCESSES, AND EQUIPMENT
PERFORMANCE EVALUATION
Аннотация. В статье произведена оценка эксплуатации пълеосадительных камер в системе газоотсоса электролизера. Исследовано влияние состояния пены в электролите на выход по току и производительность электролизера, а также экологические показатели электролизного производства. Приведена сравнительная оценка способов очистки анодных газов. Доказана нецелесообразность применения пылеосадительных камер в системе организованного газоотсоса электролизера при «сухой» очистке анодных газов. Выявлено распределение смолистых веществ и бенз(а)пирена по фракциям пыли в анодных газах от электролизеров. Приведены параметры сопротивления пылеосадительных камер ОАО «РУСАЛ» в г. Братск и г. Красноярск. Выявлены недостатки пылеосадительных камер. Обосновано, что перевод алюминиевых заводов на «сухую» очистку анодных газов от фтористого водорода глиноземом позволяет исключить использование пылеосадительных камер в системе газоотсоса.
Ключевые слова: пылеосадительные камеры, газоотсос электролизера, угольная пена, очистка анодных газов, сухая пылегазоочистка.
Abstract. The paper evaluated exploitation of dust collecting chambers in the gas suction of the cell system. The influence of the state of foam in the electrolyte on the current efficiency and performance of the cell, as well as the environmental performance of the aluminum production, is studied. A comparative evaluation of methods of cleaning the anode gas is given. It is proved inappropriate to apply a dust collecting chamber in the gas suction organized cell at a "dry" cleaning of anode gases. The distribution of resinous substances and benzo(a)pyrene fractions of dust in the anode gas from electrolyzers is revealed. The parameters of resistance dust settling chamber of Bratsk and Krasnoyarsk RUSAL are given. Dust settling chamber shortcomings are identified. It is proved that the transfer of aluminum smelters to the "dry" cleaning of anode gas from the hydrogen fluoride with alumina avoids the use of dust settling chamber in the gasextraction.
Keywords: dust settling chambers, gas suction of the cell, coal foam, anode gas cleaning, dry gas dust cleaning.
Введение сопротивление как за счет изменения профиля с
Эксплуатируемые газоходные тракты кор- круглого, наиболее оптимального с позиции аэро-
пусов электролиза представляют собой сильнораз- динамики, так и за счет образования «вязкого»
ветвленные сети общей протяженностью 2-2,5 км. пылевого слоя [6-9].
В процессе эксплуатации в газоходах оседают ча- При переводе алюминиевых заводов на тех-
стицы смолы и пыли, концентрация которых в нологию «сухой» очистки анодных газов от фто-
эвакуируемых анодных газах достигает 2 мг/м . ристого водорода глиноземом следует ожидать
Для снижения выноса в газоходную сеть пыли и значительного снижения эффективности работы
смолистых веществ на Красноярском и Братском пылеосадительных камер, что ставит под сомне-алюминиевых заводах в системе газоотсоса экс- ние необходимость их эксплуатации. плуатируются пылеосадительные камеры [1-5L Целью настоящей работы является обосно-
устанавливаемые непосредственно за горелочны- вание исключения пылеосадительных камер из
ми устройствами (рис. 1).
системы газоотсоса электролизера.
По мере увеличения слоя отложений «живое» сечение газоходов уменьшается и возрастает
б)
Рис. 1. Пылеосадительная камера: а - эксплуатируемая на Красноярском алюминиевом заводе; б - на Братском: 1 - горелочное устройство; 2 - пылеосадительная камера
Исследовательская часть
Принцип действия пылеосадительных камер основан на гравитационном осаждении из газового потока пылевых частиц и их сборе в бункере (совке) камеры. В среднем в камере осаждается до 1,2 кг/сут пыли [10-13], что составляет менее 10 % от ее количества, выносимого с газами из-под газосборного колокола. Улавливают камеры пыль преимущественно крупных фракций. Ситовый анализ показывает, что содержание в ней фракций размером 50 мкм и выше составляет 65 %. По данным работ [14-18], на частицах таких размеров
смолистые вещества практически не сорбируются (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Распределение смолистых веществ и бенз(а)пирена по фракциям пыли в анодных газах от электролизеров ВТ
Поступающая в газоходный тракт мелкодисперсная пыль в сравнении с крупными фракциями имеет более высокую насыпную плотность, склонность к слипанию (аутогезии), налипанию на стенки газохода (адгезии) вследствие высокого содержания смолистых веществ. Кроме того, такая пыль склонна к самовозгоранию в газоходах, что подтверждается ее цветом (в пылеосадительных камерах - черная, в подкорпусных и межкорпусных газоходах - красная с «выгоревшим» углеродом), и удаление таких отложений продувкой требует более высокого расхода сжатого воздуха и дополнительных затрат времени.
Уловленная камерами пыль, содержащая в среднем 30 % углерода, возвращается в электролизер, на корку электролита. При этом углерод не окисляется, а напротив, собирается в виде пены и «науглероживает» электролит, снижая технико-экономические и экологические показатели электролизного производства. Согласно работам [1922], при прохождении постоянного тока через электролит происходит поляризация твердой фазы угольных частиц возникает анодная поляризация, а на поверхности, обращенной к аноду, - катодная. Поскольку размеры частиц малы, а поляризация, особенно анодная, значительна, то постоянный ток практически не течет через угольные частицы и их присутствие в расплаве приводит к падению электрической проводимости.
Большое значение имеет состояние пены в электролите. Чем меньше ее частицы и чем дольше они удерживаются в толще расплава, тем сильнее эффект понижения электрической проводимости и тем ниже выход по току. Кроме того, с понижением электрической проводимости возрастает температура электролита, что резко снижает производительность электролизера. Согласно ра-
Размер частиц, мкм Содержание от общего количества, %
смолистые бенз(а)пирен
0,8 87,2 94,7
0,8 - 1,8 1,9 0,6
1,8 - 3,0 1,4 0,7
3,0 - 5,0 1,8 1,0
5,0 - 10,0 1,4 0,6
10,0 - 15,0 1,0 0,7
15,0 - 25,0 2,0 0,7
> 25,0 2,8 0,9
боте [23], выход по току в электролизерах более чувствителен к температуре, чем к другим параметрам. Увеличение температуры электролита на каждые 10 °С приводит к снижению выхода по току примерно на 3 %. Рост температуры электролита сопровождается более высоким расходом фтористых солей вследствие их испарения. При «науглероживании» электролита возможно взаимодействие СО2 с неполяризованным углеродом (протекание реакции Будуара):
С + СО2 = 2СО с образованием оксида углерода, выбросы которого жестко лимитируются из-за токсичности.
Снятие пены сопряжено с разгерметизацией электролизера, что снижает эффективность сбора анодных газов газосборным колоколом до 40-60 % и значительно ухудшает экологические показатели электролизного производства, в том числе и состояние атмосферы в рабочей зоне корпуса элек-тролиза[24-26].
При эксплуатации в системе газоочистки электрофильтров количество снимаемой с электролизера и перерабатываемой пены на переделе «флотация» уменьшается вследствие того, что уловленная электрофильтрами пыль удаляется непосредственно на шламохранилище (рис. 2).
ны, извлекаемой из электролизера и перерабатываемой на флотационном переделе.
Рис. 3. Схема движения пыли при эксплуатации в системе газоочистки рукавного фильтра
К недостаткам пылеосадительных камер следует также отнести их высокое аэродинамическое сопротивление, значительные эксплуатационные затраты и малый срок службы. Например, в зависимости от объема газоотсоса от электролизера величина аэродинамического сопротивления камеры может достигать 120 Па (табл. 2).
Т а б л и ц а 2
Расход, нм3/ч АР, Па
Камеры ОАО «РУСАЛ Красноярск» Камеры ОАО «РУСАЛ Братск»
100 14,5 5,1
200 55,0 20,0
300 120,0 45,0
400 нет данных 82,0
Рис. 2. Схема движения пыли при эксплуатации электрофильтра в системе газоочистки
При эксплуатации «сухих» газоочистных установок количество снимаемой с электролизера и перерабатываемой на переделе «флотация» пены возрастает, что обусловлено возвратом в электролиз фторированного глинозема и пыли анодных газов, уловленной рукавными фильтрами (рис. 3).
Таким образом, независимо от наличия пы-леосадительных камер и особенностей технологии очистки газов количество твердых отходов, складируемых на полигонах в виде шламов, остается неизменным [27]. Меняется лишь количество пе-
Через щели и неплотности, которые обусловлены конструктивными особенностями камеры, происходят несанкционированные подсосы воздуха, достигающие 10 % и более от суммарного объема газоотсоса от электролизера [16-18]. Увеличение объема газоотсоса приводит к росту нагрузки на газоочистные установки, в частности, к увеличению скорости движения газов через фильтровальную ткань, результатом чего могут стать проскоки пыли и фторидов в атмосферу. На преодоление аэродинамического сопротивления камер и транспортировку несанкционированно подсасываемого в них воздуха затрачивается более 10 % мощности, развиваемой дымососом.
Пылеосадительные камеры нуждаются в постоянном обслуживании - чистке и уплотнении щелей, что сопровождается ростом операционных затрат. В силу того, что камеры эксплуатируются в условиях воздействия высоких температур и
агрессивных анодных газов, срок их службы, как правило, не превышает 2-3 года. Замена в масштабах современного алюминиевого завода значительного количества пылеосадительных камер сопровождается ростом эксплуатационных и капитальных затрат.
Результаты и выводы
Перевод алюминиевых заводов на «сухую» очистку анодных газов от фтористого водорода глиноземом позволяет исключить использование пылеосадительных камер в системе газоотсоса, поскольку в такой схеме камеры характеризуются:
- низкой эффективностью улавливания пыли;
- выносом несгоревших смолистых веществ, сорбированных на поверхности мелкодисперсных частиц и являющихся основной причиной образования отложений, в систему организованного газоотсоса;
- возвратом углерода с фторированным глиноземом в электролизер и его накоплением в электролите в виде пены;
- ростом аэродинамического сопротивления сети и затрат при эксплуатации.
Альтернативой камерам могут стать сокращение выноса пыли из-под газосборного колокола в систему организованного газоотсоса, увеличение эффективности дожига углерода в горелочных устройствах, а также увеличение скорости транспортировки газов в газоходной сети [11—13;28-30].
Статья подготовлена с использованием результатов работ, выполненных в ходе проекта 02.G25.31.0181 «Разработка сверхмощной энергоэффективной технологии получения алюминия РА-550» в рамках Программы реализации комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства, утвержденной постановлением Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. 2149224 Российская Федерация МПК7 С25С3/22, С25С3/10. Устройство для сжигания анодных газов алюминиевого электролизера / Баранцев А. Г., Тихомиров В. Н., Цымбалов С. Д. [и др.].; заявитель и патенобладатель Открытое акционерное общество «Красноярский алюминиевый завод». №99101705/02; заявл. 28.01.1999; опубл. 20.05.2000, Бюл. 30. 5 с.
2. Шахрай С.Г., Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга. Красноярск : ИПК СФУ, 2010.
3. Баранцев А.Г., Цымбалов С.Д. Стратегия снижения выбросов загрязняющих веществ в
окружающую среду // Цветные металлы. 1999. № 6. С. 26—29.
4. Буркат, В. С. Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. СПб., 2005. 275 с.
5. Металлургия алюминия / Ю. В. Борисоглебский, Г. В. Галевский, Н. М. Кулагин [и др.]. Новосибирск : Наука, Сибирская издат. фирма РАН, 1999. 438 с.
6. Пат. №2429198 Рос. Федерация Способ переработки твердых фторуглеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия / А.Д. Афанасьев, А.Э. Ржечицкий, и др. ; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. техн. ун-т.; заявл. 19.03.2010.
7. Управление концентрацией глинозема в электролите при производстве алюминия / В.А. Ершов и др. // Металлург. 2011. № 11. С. 96—101.
8. Теория и практика прикладной гидроаэромеханики в обогащении полезных ископаемых и металлургии / К.Л. Ястребов и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2015. 350с.
9. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиевых заводов путем внедрения технологии получения низкомодульного регенерационного криолита / С.А. Соболеви др. // Экология и промышленность России. 2009. № 5. С. 38—42.
10.Промышленные испытания опытных электролизеров с обожженными анодами при повышении силы тока с 300 до 330 КА / Ю.В. Богданов и др. // Цветные металлы. 2009. № 2. С. 47—50.
11.Исследование и разработка комплексной технологии утилизации твердых фторуглеродсо-держащих отходов алюминиевого производства : материалы дис. ... канд. техн. наук / Кондратьев В.В. Иркутск, 2007. 164 с.
12.Шахрай С.Г., Кондратьев В.В., Белянин А.В. Энерго- и ресурсосбережение в производстве алюминия. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2014. 146 с.
13.Перспективы применения нанотехнологий и наноматериалов в горно-металлургической промышленности / В.В. Кондратьев и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. № 1. С. 168—174.
14.Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Сульфат натрия при производстве алюминия: проблемы и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2011. № 8. С. 148—154.
15.Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Тенигин А.Ю. Технологические решения по охране окружающей среды при производстве алюминия. Иркутск : Издательство ИрГТУ. 2013. 159 с.
16.Извлечение наночастиц углерода из фторированного глинозема при производстве алюминия / В.А. Ершов и др. // Металлург. 2012. №12. С.74—78.
17. Гротгейм, К., Уэлч Б. Дж. Технология электролитического производства алюминия. Теоретический и прикладной подход. Норвегия, 1980. 326 с.
18.Шахрай С.Г. Коростовенко В.В., Ребрик И.И. Проблемы сбора и эвакуации газов от электролизеров Содерберга и комплексный подход к их решению // Цветные металлы -2009 : сб. научн. докл. первого междунар. конгресса. Красноярск, 2009. С. 788-796.
19. Исследования и разработка рецептуры наномо-дифицированного чугуна для ниппелей анодов алюминиевых электролизеров / В.В. Кондратьев // Металлург. 2012. №1. С. 69-71.
20. Новые технологические решения по переработке отходов кремниевого и алюминиевого производств / В.В. Кондратьев // Металлург. 2013. № 5. С. 92-95.
21. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В. Экологическая и экономическая эффективность переработки растворов газоочистки и фторуглеродсо-держащих отходов производства алюминия // Экология и промышленность России. 2011. №8. С. 28-31.
22. Исследование влияния технологических факторов на температурные характеристики электролитов при производстве алюминия / И.А. Сысоев // Вестник ИрГТУ. 2010. № 2. С. 193-198.
23. Кондратьев В.В., Афанасьев А.Д., Богданов Ю.В. Изучение термической регенерации фтора
из угольной пены (отхода алюминиевого производства) // Цветные металлы. 2011. № 7. С.36-38.
24.Радионов Е.Ю., Ершов В.А. Особенности магнитной гидродинамики электролизёров 0А-300 5-ой серии Иркутского алюминиевого завода // Вестник ИрГТУ. 2009. Вып. 4. С. 210-213.
25.Наноструктуры и алюминиевая промышленность / В.В. Кондратьев // Вестник ИрГТУ. 2015. № 8. С. 77-85.
26. Справочник металлурга. Производство алюминия и сплавов на его основе / Б.И. Зельберг и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2015. 64 с.
27.Наночастицы углерода в отходах производства алюминия и их модифицирующие свойства / А.Д. Афанасьев и др. // Вестник ИрГТУ. 2009. № 4. С. 13-17.
28.Теория и практика процессов флотационного обогащения наноразмерных сред / В.В. Кондратьев и др. Иркутск : Изд-во ИрГТУ. 2015. 160 с.
29.Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Исследования и разработка предложений по оптимизации аэродинамических параметров систем газоудаления от электролизеров Кандалакшского и Богословского алюминиевых заводов // Вестник ИрГТУ. 2011. № 6. С. 91-98.
30. Влияние коэффициентов фильтрации на достоверность прогноза изменения напряжения алюминиевого электролизера / В.А. Ершов и др. // Вестник ИрГТУ. 2010. №. 5. С. 184-187._
УДК 621.6+502.3
Дружинина Татьяна Яковлевна,
к. т. н., доцент кафедры сопротивления материалов, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 8(950)-066-4707, e-mail: dr@istu.edu Немаров Александр Алексеевич доцент кафедры информатики Института кибернетики, Иркутский национальный исследовательский университет, тел. 8-9643-58-38-84, e-mail: nemarov@mail.ru Небогин Сергей Андреевич, аспирант Физико-технического института, Иркутский национальный исследовательский технический университет, тел. 8-950-137-66-78, e-mail: s.a.nebo@yandex.ru
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КОНСТРУКЦИЙ ОТСАДОЧНЫХ МАШИН
T. Y. Druzhinina, A. A. Nemarov, S. A Nebogin
THE MAIN TYPES OF JIGGING MACHINES STRUCTURES
Аннотация. В статье представлены результаты изучения и анализа основных конструкций отсадочных машин. Выявлены достоинства и недостатки отдельных моделей. Конструктивно отсадочные машины разделяются на две группы: с подвижным и неподвижным решетом. Считается, что отсадочные машины с подвижным решетом имеют большую производительность, требуют меньше воды, но конечные результаты на них получаются хуже, чем на отсадочных машинах с неподвижным решетом. Приведены технические характеристики диафрагмовых отсадочных машин. Освещены технические характеристики отсадочных машин с конусными пульсаторами. Большинство конструкций имеет ограниченную по высоте подрешетную (проточную) часть, что обеспечивает компактность машин и удобство их применения в различных условиях. Положительной особенностью машины является постоянство хода диафрагмы, обеспечивающее «жесткий» режим пульсаций среды.
Ключевые слова: отсадочные машины, обогащение полезных ископаемых, разгрузочные устройства, диафрагмовые отсадочные машины, отсадочные машины с конусным пульсатором.
Abstract. The article presents the results of the study and analysis of the main structures of depositors. The strengths and weaknesses of individual models are identified. Structurally, the jigs are divided into two groups: with movable and immovable sieve. It is believed that jigging machines with movable sieve offer better performance, require less water, but outcomes for them are worse than for the jigging machines with a fixed sieve. The technical characteristics of the diaphragm jigging machines are given. The technical char-
