CC BY
22
УДК 669.713.7
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛА И УЛАВЛИВАНИЮ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ АНОДНОГО ОГАРКА
Е.И.Жуков1, М.В.Винокуров2, С.Г.Шахрай3, В.В.Кондратьев4
Объединенная компания «Российский алюминий», 623406 , г. Каменск-Уральский, ул. Заводская, 4. 2Научно-исследовательский институт «Экотоксикологии» УГЛТУ, 620100, г. Екатеринбург, УЛК 3, Сибирский тракт, 37. 3Сибирский Федеральный университет, 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79.
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Выполнены исследования по определению объемов и составов газов, выбрасываемых в атмосферу электролизных корпусов, от остывающих огарков обожженных анодов. На основании результатов разработано техническое решение по улавливанию газов, дальнейшему их обезвреживанию в системах газоочистки и использованию тепла остывающего огарка. Проведены испытания и определена эффективность использования технического решения.
Ил. 4. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: огарки анодов; выбросы фтористого водорода; системы газоулавливания; экология производства алюминия; утилизация тепла.
ENGINEERING SOLUTIONS FOR THE WASTE-HEAT RECOVERY AND CAPTURE OF HARMFUL EMISSIONS UNDER ANODE CINDERS COOLING
E.I. Zhukov, M.V. Vinokurov, S.G. Shakhrai, V.V. Kondratyev
Joint Company "Russian Aluminum", 4 Zavodskaya St., Kamensk-Uralsky, 623406. Scientific-Research Institute of "Ecotoxicology" USLTU, 37 Sibirsky Trakt, Ekaterinburg, ULK 3, 620100. Siberian Federal University, 79 Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041. National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The authors carried out studies to determine the amounts and compositions of gases emitted by cooling cinders of baked anodes into the atmosphere of potrooms. Based on the obtained results they developed an engineering solution to capture gases, their further neutralization in gas purification systems and utilization of heat from a cooling cinder. The tests are made and the application efficiency of the proposed engineering solution is determined. 4 figures. 6 sources.
Key words: anode cinders; emissions of hydrogen fluoride; gas trapping systems; ecology of aluminum production; waste-heat recovery.
Мировая алюминиевая промышленность в последние годы ориентирована на использование для производства алюминия мощных электролизеров с обожженными анодами и «сухой» газоочисткой как наиболее экономичных и эффективных в отношении экологии. Однако остается ряд проблем, связанных с повышением фонарных выбросов фтора и потерей тепловой энергии при замене обожженных анодов. На рис. 1,а представлен внешний вид нового анодного
блока с установленным токоподводом, на рис. 1,б -внешний вид огарка. В период проведения работ по экологической оценке технологии электролиза ОА-300М1 на опытном участке «Электролиз-300» Уральского алюминиевого завода и технологии электролиза РА-300 на Хакасском алюминиевом заводе были выполнены исследования количества и состава загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферу корпуса в период охлаждения огарка [1].
1Жуков Евгений Иванович, управляющий директор. Zhukov Evgeny, Managing Director.
2Винокуров Михаил Владимирович, исполнительный директор. Vinokurov Mikhail, Executive Director.
3Шахрай Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент. Shakhrai Sergey, Candidate of technical sciences, Associate Professor.
"Кондратьев Виктор Викторович, кандидат технических наук, начальник отдела инновационных технологий Физико-технического института, тел.: 89025687702.
Kondratyev Victor, Candidate of technical sciences, Head of the Department of innovation Technologies of Physico-Technical Institute, tel.: 89025687702.
Рис. 2. Контейнер охлаждения анодных
а б
Рис. 1. Внешний вид нового анодного блока с установленным токоподводом (а) и внешний вид огарка (б)
Также установка холодного анода вызывает значительный энергетический дисбаланс электролизера, замерзание электролита и колебания его химического состава, а также ряд других проблем, решить которые возможно путем предварительного прогрева анода [2].
В настоящей статье предложен вариант нагрева анода перед его установкой в электролизер теплом, выделяющимся от анодного огарка при его охлаждении. При этом в окружающую среду безвозвратно теряется примерно 72-75 кВт тепла, величина которого определяется по формуле
<2 = -
где т = 180-200 кг - средняя масса охлаждаемого огарка; 11 = 9500С - температура огарка в момент извлечения из электролизера; 12 = 200С-конечная температура охлажденного огарка, при которой он вовлекается в переработку; с = 78,95-86,12 Дж/(кгх°С) -средняя удельная теплоемкость анодного материала - кокса [3].
Кроме потерь тепла, процесс сопровождается выбросами газов, наиболее интенсивными в период охлаждения огарка до 400 0С. Согласно [1] потери фтористого водорода и сернистого ангидрида с огарками составляют соответственно 3,5 и 1,01 кг/т А1, что в пересчете на удельные выбросы составляет 1,01,05 и 0,25-0,3 кг/т А1 соответственно.
С целью уменьшения фонарных выбросов и потерь фтористого водорода огарки охлаждают в герметичном контейнере [4], который представляет собой шкаф со съемными передними крышками и пазами в верхней плоской стенке для установки анодных штанг (рис. 2).Газы из контейнера в объеме 3-5 тыс. м3/ч дополнительным вентилятором через патрубок в задней стенке (рис. 3) эвакуируются в газоочистные установки. Таким образом улавливается 90-92% выбросов от огарка. Однако при этом безвозвратно теряется тепло, а сама конструкция контейнера имеет ряд недостатков: высокое аэродинамическое сопротивление газоотводящего патрубка и наличие неплотностей в пазах для установки анодных штанг. Такое расположение патрубка снижает эффективность использования теплового давления газов, выделяющихся от огарка. В результате через неплотности в съемных крышках и пазы для установки штанг периодически происходят утечки газа в атмосферу корпуса.
Рис. 3. Задняя стенка контейнера с газоотводящим патрубком
Утилизировать тепло, выделяющееся от огарка, а также повысить эффективность сбора выделяющихся от него загрязняющих веществ возможно за счет применения двухъярусного контейнера (рис. 4) [5].
Извлеченные из электролизера огарки (3) устанавливают на подину (1) нижнего яруса, аноды (5), предназначенные для установки в электролизер, -на подину (4) верхнего яруса контейнера (2). Нагрев подины и свежего анода происходит за счет конвективного тепла и горячих газов, выделяющихся от огарка и поступающих в верхний ярус контейнера через окна (6). Оценочные расчеты показывают, что таким образом возможно нагреть «свежий» анод до температуры 140-160 0С. Контейнер оборудован электронагревателями, встроенными в подину второго яруса (10), что
Рис. 4. Двухъярусный контейнер охлаждения анодных огарков
при необходимости обеспечивает прогрев анода до более высоких температур. В целях сокращения потерь тепла в окружающую среду боковые стенки контейнера оборудованы теплоизоляцией (11).
Эвакуируют газы из контейнера через верхнюю конусообразную крышку (7), играющую роль вытяжного зонта, и патрубок (8), соединенный с газоходной сетью корпуса электролиза. Регулирование объема газоотсоса из контейнера осуществляют шибером (9). Разрежение в контейнере создается дымососами организованного газоотсоса корпуса электролиза, что исключает потребность в дополнительном вентиляторе. За счет того что анодные штанги находятся под укрытием и в контейнере снижено до максимума число щелей и неплотностей, эффективность сбора и эвакуации газов составляет 97-99%. При этом удельные выбросы фтористого водорода составляют 0,03-0,05 кг фтористого водорода на каждую тонну производимого алюминия-сырца.
При установке предварительно нагретого анода в электролизере быстрее достигается равномерное то-кораспределение - за 15-16 часов против 20 при установке холодного анода. В результате расход электроэнергии сокращается в среднем на 2025 кВт/тА1, удельный расход анода сокращается на 10-15 кг/тА1 за счет снижения его растрескивания и осыпаемости. За счет снижения выхода угольной пены, вызванной осыпанием анода, ожидаемый рост производительности электролизера составляет 4-7 кг/сутки.
Таким образом, внедрение двухъярусных контейнеров охлаждения огарков обеспечит:
- расширение его функционального назначения;
- предварительный нагрев обожженного анода до 140-1600С теплом, утилизируемым от охлаждаемого анодного огарка;
- более быстрое достижение в электролизере равномерности токораспределения при замене анодов;
- сокращение расхода электроэнергии на производство 1 тонны алюминия в среднем на 20-25 кВт;
- сокращение расхода анода в среднем на 10-15 кг/т А1;
- увеличение производительности электролизера на 4 - 7 кг/сутки;
- снижение риска растрескивания анода при его установке в электролизер в результате термошока;
- минимизацию риска выброса из электролизера расплавленного электролита в момент установки холодного анода;
- повышение эффективности улавливания газов, выделяющихся от огарка в период его охлаждения, до 97-99%;
- снижение фонарных выбросов фтористого водорода и сернистого ангидрида в сравнении с использованием одноярусного контейнера соответственно на 0,098 и 0,024 кг/т А1; в масштабах опытного участка Уральского алюминиевого завода это составит порядка 1,5-2,0 т/год фтористого водорода и около 0,5 т/год сернистого ангидрида;
- снижение аэродинамического сопротивления га-зоотводящей сети и объема газов, эвакуируемых из контейнера;
- сокращение нагрузки на газоочистные установки корпусов электролиза[6].
Библиографический список
1. Экологическая оценка эксплуатации электролизеров РА-300 на Хакасском алюминиевом заводе: отчет о НИР (закл.), тема №3512R133 / ОАО «СибВАМИ»; рук. В.В.Кондратьев, исп. С.А.Соболев, Е.А.Николаев и др. Иркутск, 2007.
2. Иванов Е.Б., Мучник Д.А. Технология производства кокса. Киев: Вища школа, 1976. 232 с.
3. Буркат В.С., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. СПб., 2005. 275 с.
4. Jean - Pierre Gagne, Robin Boulianne, Jean - Francois Magnan, Marc - Andre Thibault, Gilles Dufour, Claude Gauthier. Новая конструкция крышки для анодных поддонов. Light-
Metals2006, p. 213-217.
5. Шахрай С.Г., Пингин В.В., Попов Ю.А. и др. Контейнер для герметизации анодных огарков. Патент RU № 2385.
6. Технологический регламент на выполнение проектных работ по обоснованию инвестиций и технико-экономическому обоснованию «Модернизация VI и VII серий цеха электролиза ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» с установкой электролизеров с обожженными анодами на силу тока 140 и 150 кА». Раздел «Системы газоудаления и газоочистки» / ООО «Русская инжиниринговая компания» ОП в г. Иркутске; отв. исп. В.В.Кондратьев. Иркутск, 2008.
УДК 621.928.7:622.371
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЕПАРАТОРА ПРИ ОБРАБОТКЕ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ ПРОМПРОДУКТОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Р.В.Кононко1, С.А.Богидаев2, Ю.С.Мухачев3
1,2 ОАО «Иргиредмет»,
664025, г. Иркутск, б. Гагарина, 38.
3 Иркутский государственный университет путей сообщения, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15.
На изготовленном и испытанном в лабораторных условиях на алмазосодержащих продуктах трибоэлектрическом сепараторе получено высокое извлечение алмазов, в том числе слаболюминесцирующих под действием рентгеновского излучения. По результатам экспериментов, проведенных в лабораторных условиях, выбраны рациональные режимы сепарации. Проведены технологические испытания ТЭС в промышленных условиях на продуктах текущей добычи алмазоизвлекательной фабрики, подтвердившие высокую эффективность процесса при извлечении алмазов, теряемых с хвостовыми продуктами рентгенолюминесцентных сепараторов. Ил. 4.
Ключевые слова: трибоэлектрический сепаратор; производительность; содержание алмазов; технологические испытания; текущие продукты; извлечение; эффективность.
TRIBOELECTRIC SEPARATOR TEST RESULTS WHEN PROCESSING DIAMOND CONTAINING INDUSTRIAL PRODUCTS IN LABORATORY AND INDUSTRIAL CONDITIONS R.V. Kononko, S.A. Bogidaev, Yu.S. Mukhachev
"Irgiredmet" pic,
38 Gagarin Blvd, Irkutsk, 664025.
Irkutsk State University of Railway Engineering,
15 Chernyshevsky St., Irkutsk, 664074.
A triboelectric separator that was produced and laboratory tested on diamond containing products provides high extraction of diamonds, including weakly luminescent ones under the influence of X-rays. Rational separation modes are chosen by the results of laboratory experiments. The triboelectric separator is tried in technological tests carried out under the industrial conditions with the current mining products of a diamond recovering factory. The tests prove the high efficiency of the process when extracting diamonds that are lost with the tails of X-ray luminescent separators.
4 figures.
Key words: triboelectric separator; productivity; diamond content; technological tests; current products; extraction; efficiency.
Ранее проведенными лабораторными исследованиями было установлено, что величина трибоэлектри-ческого заряда может быть успешно использована для
отделения алмазов, в том числе слаболюминесцирующих, от сопутствующих минералов и пород. Кроме этого, отмечено, что в качестве материала поверхно-
1Кононко Роман Васильевич, научный сотрудник, тел.:(3952) 258540, e-mail: konon-rv@mail.ru Kononko Roman, Research Worker, tel.: (3952) 258540, e-mail: konon-rv@mail.ru
2Богидаев Сергей Александрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник, тел.: (3952) 383098. Bogidaev Sergey, Doctor of technical sciences, Chief Research Worker, tel. (3952) 383098.
3Мухачев Юрий Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической механики, тел.: (83952) 332146.
Mukhachev Yuri, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Theoretical Mechanics, tel.: (83 952) 332146.
