CC BY
13Техносферная безопасность
УДК 629.7 (669.2)
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ВЫБРОСОВ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА ВНЕДРЕНИЕМ ГОРЕЛОЧНОГО УСТРОЙСТВА ПРИ КОНСТРУИРОВАНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Н. Г. Черкасова, О. К. Крылова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: 5hat@bk.ru
Все воздушные и космические летательные аппараты с двигателями внутреннего сгорания снабжены аккумуляторами, приводящими в действие двигатель. В данном случае химический источник тока есть продукт электрохимических производств. При электролизе выделяется значительное количество вредностей в виде газов и пыли.
Ключевые слова: летательные аппараты, электролиз, горелочные устройства, анодные газы, вредные вещества.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF ELECTROLYSIS PRODUCTION PURIFICATION BY THE INTRODUCTION OF BURNERS IN THE DESIGN OF AIRCRAFT
N. G. Cherkasova, O. K. Krylova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
Е-mail: 5hat@bk.ru
All air and space vehicles with internal combustion engines are equipped with batteries to drive a motor. In this case the chemical current source is a product of electrochemical productions. During electrolysis a significant amount of harmful gases and dust is emitted.
Keywords: aircraft, electrolysis, burners, anode gases, harmful substances.
В настоящее время такие материалы как алюминий, магний, натрий, литий, калий, титан и многие другие, используемые в ракетно-космической промышленности, получают только электролизом расплавленных сред для производства и рафинирования металлов, которые не могут быть получены электролизом водных растворов - целого ряда легких, тугоплавких, благородных и редких металлов, а также сплавов. При электролизе алюминия выделяется значительное количество вредностей в виде газов и пыли. В зависимости от типа и мощности электролизера на 1 т алюминия выделяется: 8-12 кг фтористого водорода, 9-12 кг твердых фторидов в виде пыли (в пересчете на фтор), 11-12 кг сернистого ангидрида [1]. На электролизерах вредности поступают в колокольное укрытие и далее в горелки, в которых происходит дожигание СО. Значительная часть из них приходится на подколокольные газы, проходящие через горелки, где происходит дожигание окиси углерода до С02 с КПД до 95 % и смолистых веществ с КПД до 55 %. При этом содержание бенз(а)пирена в смолистых веществах при эффективной работе горелок уменьшается в 80-100 раз. Часть пыли и смолистых веществ дополнительно улавливается в мокрой ступени газоочистки. Общий КПД газоочистки по пыли составляет 93,5 %, по смолистым - 85,6 %. В последние 2-3 года на предприятиях внедряется сухая газоочистка с улавливанием пыли, ИР и смолистых веществ до 98-99 %.
Превалирующая роль в ликвидации вредного воздействия пыле-газо-смолистых выбросов в окружающую среду отводится горелочным устройствам, в связи с чем, актуальны мероприятия по интенсификации процесса сжигания смолистых веществ и окиси углерода, совершенствованию конструкций горелочных устройств.
Термический метод является основным в обезвреживании анодного газа электролизного производства. От конструкции горелочного устройства в значительной мере зависит эффективность дожигания С0 и смолистых веществ.
Сложность эксплуатации горелочных устройств любого типа обусловлена нестабильностью технологических параметров электролизного производства (расход, состав, температура, плотность анодных газов, содержание смолистых веществ, разрежение в системе газоотсоса), отсутствием автоматизированных систем регулирования процесса дожигания [2].
Основным условием эффективного сжигания топлива является тщательное перемешивание газовоздушных потоков. Степень перемешивания зависит от относительной скорости потоков, чем больше разность скоростей, тем лучше перемешивание и короче факел. Определяющим параметром при перемешивании является диаметр потока. Чем больше диаметр горелки, тем длиннее факел и, следовательно, хуже перемешивание.
Решетневские чтения. 2017
Таблица 2
Параметры анодного газа при работе электролизеров на «сухой» анодной массе
Таблица 1
Параметры анодного газа при работе электролизеров на «жирной» анодной массе
Наименование Минимум Максимум Среднее
H2, % 0 7,52 5,5
O2, % 0 8,2 0,35
N2, % 0 46,4 2,15
CH4, % 0 4,3 1,0
CO, % 25,5 69,5 52,0
CO2, % 15,0 56,1 39,0
Содержание смолистых веществ, г/ч, 57,0 1400,0 332,0
в том числе 3,4 - бенз(а)пирен, % 0,107 0,23
Наименование Среднее
H2, % 2,49
O2, % 2,55
n2, % 22,35
CH4, % 0,4
CO, % 26,74
CO2, % 26,74
Количество смолистых веществ изменяется в широких пределах. Наибольшее количество смолистых приходится на периоды работы электролизера после загрузки анодной массы и после перестановки стержней. В силу этих причин конструкция горелки должна отвечать всему диапазону изменения параметров процесса электролиза. Согласно проведенным исследованиям параметры анодного газа при работе электролизеров на «жирной» анодной массе имеют следующие значения табл. 1.
При работе электролизеров на «сухой» анодной массе параметры анодного газа существенно изменились табл. 2.
Необходимыми условиями окисления бенз(а)пирена до нетоксичного состояния и смолистых веществ является температура выше 1000 °С и длительность выдержки их при этой температуре около 0,3 с. При температуре более 800 °С необходима экспозиция не менее 3 с. В реальных условиях время пребывания газов в щелевых горелках не превышает 0,2-0,4 с [3].
Эффективным средством ускорения процесса горения является увеличение поверхности горения, что может быть достигнуто, например, дроблением потока на мелкие струи или введением в поток твердых тел.
В работе впервые представлено горелочное устройство для дожигания анодного газа с деформируемыми стенками. Конструкция устройства обеспечивает полное выгорание СО и, в сравнении с типовыми щелевыми горелками, повышает эффективность термического обезвреживания бенз(а)пирена на 0,9-1,9 % [4].
При диаметре горелки, равном 325 мм, и длине средней камеры дожигания, составляющей 59 % от общей высоты горелки, вес горелки с деформируемыми стенками уменьшился в сравнении с щелевой горелкой практически в 2 раза, вследствие чего, при необходимости, может устанавливаться на продольной стороне анода [5].
Таким образом, рассматриваемое устройство для дожигания анодных газов алюминиевого электролизера обеспечивает высокую эффективность термиче-
ского обезвреживания вредных составляющих анодных газов и снижение его массивности.
Библиографические ссылки
1. Сторожев Ю. М. Термическое обезвреживание анодных газов в горелочных устройствах алюминиевого электролизера. М. : Цветные металлы. 2012. № 4. С. 51-55.
2. Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. Красноярск, 2014. 479 с.
3. Борисоглебский Ю. В. Расчет и проектирование алюминиевых электролизеров. М. : Металлургия, 2011. 78 с.
4. Черкасов Е. И. Разработка методики моделирования горелочных устройств алюминиевого электролизера и совершенствование их конструкций. Красноярск, 2013. 127 с.
5. Минцис М. Я., Поляков П. В., Сиразутдинов Г. А. Электрометаллургия. Новосибирск : Наука, 2001. 368 с.
References
1. Storozhev Yu. M. Termicheskoe obezvrezhivanie anodnykh gazov v gorelochnykh ustroistvakh alyumi-nievogo elektrolizera. M. : Tsvetnye metally. 2012. № 4. P. 51-55.
2. Kulikov B. P., Istomin S. P. Pererabotka otkhodov alyuminievogo proizvodstva. Krasnoyarsk, 2014. 479 p.
3. Borisoglebskii Yu. V. Raschet i proektirovanie alyuminievykh elektrolizerov. M. : Metallurgiya, 2011. 78 p.
4. Cherkasov E. I. Razrabotka metodiki modeliro-vaniya gorelochnykh ustroistv alyuminievogo elektrolizera i sovershenstvovanie ikh konstruktsii. Krasnoyarsk, 2013. 127 p.
5. Mintsis M. Ya., Polyakov P. V., Sirazutdinov G. A. Elektrometallurgiya. Novosibirsk : Nauka, 2001. 368 p.
© Черкасова Н. Г., Крылова О. К., 2017
