一种非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道 |
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| 申请号 | CN201510974109.X | 申请日 | 2015-12-22 | 公开(公告)号 | CN105603458A | 公开(公告)日 | 2016-05-25 |
| 申请人 | 中南大学; | 发明人 | 张红亮; 孙珂娜; 李劼; 郭龙; 梁金鼎; 宗传鑫; 汤卓; 李天爽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种非对称均匀吸气的 铝 电解 槽 集气烟道，是由7个尺寸形状不同的集气罩与两个长短不一的烟道支管与烟道总管构成。长烟道支管(9)与第一集气罩(1)、第二集气罩(2)和第三集气罩(3)相连，短烟道支管(10)与所述的第四集气罩(4)、第五集气罩(5)和第六集气罩(6)相连，长烟道支管(9)和短烟道支管(10)与烟气总管(11)相连，烟气总管(11)的下方与第七集气罩(7)相连，烟气总管(11)出口端有过滤网(8)。第一集气罩(1)、第二集气罩(2)、第三集气罩(3)、第四集气罩(4)、第五集气罩(5)、第六集气罩(6)和第七集气罩(7)的管径根据距离所述的烟气总管(11)的远近依次递减。本发明是一种集气效率高，能增大电解铝生产过程的热 稳定性 的非对称均匀吸气的铝 电解槽 集气烟道。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道，其特征在于：由包括第一集气罩(1)、第二集气罩(2)、第三集气罩(3)、第四集气罩(4)、第五集气罩(5)、第六集气罩(6)和第七集气罩(7)在内的至少7个集气罩、长烟道支管(9)、短烟道支管(10)与烟道总管(11)构成，所述的长烟道支管(9)与短烟道支管(10)呈现非对称分布且所述的长烟道支管(9)的长度长于所述的短烟道支管(10)的长度，所述的长烟道支管(9)和所述的短烟道支管(10)与烟气总管(11)相连，所述的长烟道支管(9)与所述的第一集气罩(1)、第二集气罩(2)和第三集气罩(3)相连，所述的短烟道支管(10)与所述的第四集气罩(4)、第五集气罩(5)和第六集气罩(6)相连，所述的烟气总管(11)的下方与所述的第七集气罩(7)相连，所述的第一集气罩(1)、第二集气罩(2)、第三集气罩(3)、第四集气罩(4)、第五集气罩(5)、第六集气罩(6)和第七集气罩(7)的管径根据距离所述的烟气总管(11)的远近依次递减，靠近所述的烟气总管(11)的出口端设有过滤网(8)。 |
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| 说明书全文 | 一种非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道技术领域背景技术[0002] 集气烟道是铝电解槽上部集气系统的主要结构部件，是槽膛内集气、散热的主要通道，集气烟道负责收集电解过程中产生的粉尘和烟气，烟气带走热约占电解槽总散热量的25％-35％，对电解槽热平衡影响较大。 [0003] 随着铝电解工业的发展，铝电解槽的容量增长迅速，当前500kA系列为工业主流，且600kA系列亦投产了一年多。传统的机械排烟工艺逐渐暴露出排烟不均匀、调节性能差的缺陷在特大型铝电解槽上表现尤为突出，主要因为特大型电解槽长度增加十分明显，造成电解槽烟管长度增加，电解槽集气效率越来越难达到理想的效果，特别是由于烟管内的不均匀负压明显，使得集气量沿集气烟道长度方向的不均匀性越发显著，导致烟管的集气效率下降，烟气外泄至厂房，形成一定的环境污染，对电解工人的身体健康也极为不利。为了解决这些问题，需要对铝电解机械排烟工艺进行研究改良。对电解铝烟气集气净化系统的研究，人们大多关注于集气效率与单槽集气量，而对集气烟道集气均匀性的研究较少。因此，在特大型电解槽占主流的当前，继续开发出一种新型高效的均匀烟气收集系统。 [0004] 为了提高大型铝电解槽集气的均匀性，应从铝电解槽集气烟道构造和排烟方式着手，研发出结构合理的电解槽集气烟道系统，从而确保集气烟道端及出铝端都能够均匀有效地带走电解铝生产过程中所产生的烟气，使电解车间不再有“冒烟”情况，还电解工人一个清洁环保的工作环境，最大程度地保障工人的身体健康；同时电解烟气集气的均匀性能更好地保证电解槽中电解质温度的均匀，利于氧化铝均匀地溶解于电解质中，增大电解铝生产过程的稳定性。 [0005] 因此，设计合理、性能优异的集气烟道是保证槽膛内的集气量分布均匀，有效控制污染物排放指标的关键，也能保证槽上部散热均匀，是调节电解槽热平衡的重要手段。在不增加过多投资的前提下，设计出结构合理的铝电解槽上部集气烟道对实现铝电解工业的节能减排起到重要的意义。 发明内容[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种集气效率高，能增大电解铝生产过程的热稳定性的非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道。 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供的非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道，由包括第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩、第四集气罩、第五集气罩、第六集气罩和第七集气罩在内的至少7个集气罩、长烟道支管、短烟道支管与烟道总管构成，所述的长烟道支管与短烟道支管呈现非对称分布且所述的长烟道支管的长度长于所述的短烟道支管的长度，所述的长烟道支管和所述的短烟道支管与烟气总管相连，所述的长烟道支管与所述的第一集气罩、第二集气罩和第三集气罩相连，所述的短烟道支管与所述的第四集气罩、第五集气罩和第六集气罩相连，所述的烟气总管的下方与所述的第七集气罩相连，所述的第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩、第四集气罩、第五集气罩、第六集气罩和第七集气罩的管径根据距离所述的烟气总管的远近依次递减，靠近所述的烟气总管的出口端设有过滤网。 [0008] 所述的第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩、第四集气罩、第五集气罩、第六集气罩和第七集气罩的管径依次递减，最大处760mm，最小处60mm。 [0009] 所述的过滤网为可拆卸安装，孔径为1mm～20mm。 [0010] 所述的第七集气罩是漏斗式形状，下方管径细窄，有利于颗粒物的下落沉降。 [0011] 采用上述技术方案的非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道，两个烟道支管呈现非对称分布、长度不一，长烟道支管和短烟道支管将收集的烟气汇集到烟气总管处，各集气罩的管径尺寸不一，根据距离出口总管的远近，集气罩的管径依次递减，过滤网的过滤作用，会阻碍进入集气罩中的较大颗粒物进入集气总管，这些颗粒物会顺着第七集气罩的管径掉落回电解槽中。第七集气罩是漏斗式形状，下方管径细窄，有利于颗粒物的下落沉降。 [0012] 本发明与传统集气烟道最大的区别在于，传统的集气烟道的两条平行烟道支管是同样长度，烟道支管下方交替分布着不同形状的集气罩，如图1所示，第一集气罩1、第三集气罩、第五集气罩与一支烟道支管相连，第二集气罩、第四集气罩与另一支烟道支管相连，然后烟气支管汇集至总管。本发明与传统设计相比更经济，节省建材用料。 [0013] 在传统设计中，烟道支管中由于集气分布不均，某处进口流速过大等原因会将电解槽中的粉尘颗粒一并吸入到支管当中，长期以往，支管中会堵塞大量的颗粒粉尘，影响集气效率。本发明的第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩、第四集气罩、第五集气罩至第六集气罩没有采用交替式分布，各集气罩之间距离更近，有助于集中排烟，粉尘不易堆积。 [0014] 本发明中各集气罩的管径尺寸不一，根据距离出口总管的远近，第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩、第四集气罩、第五集气罩、第六集气罩到第七集气罩的管径依次递减，这个设计更有利于避免因为电解槽内抽风不均而带来的烟气收集不平衡，从而使生产稳定并且不增加能耗。 [0015] 本发明中过滤网与第七集气罩配合使用，从图4可以看出，第七集气罩的管径与其他6个集气罩相比明显细小，漏斗式形状。一部分烟气可以从第七集气罩流向烟气总管，另外此处靠近总管出口，有较大负压，流速较大，因此不可避免的会将一些电解槽中的电解质等颗粒粉尘吸入，由于此处设计的管径较小，上方还有过滤网的过滤作用，颗粒等粉尘物便会沉降下来，再顺着第七集气罩的管径掉落至电解槽中，可以有效防止总管处被颗粒堵塞。 [0016] 本发明的原理和优势： [0017] 首先，本发明为一种非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道，与传统的烟道设计相比，两个烟气支管属于长短不一的非对称，因而更加节约烟管材料使用量，并减少上部结构的总重量，具有成本经济的优势。 [0018] 其次，本发明的各集气罩之间距离、管径尺寸为根据CFD的计算设定特定的大小，可有效保证烟道内集气量分布的均匀性，从而更好地保证电解槽中电解质温度造全槽空间的均匀，增大电解铝生产过程的热稳定性。 [0019] 最后，本发明的出口总管处的第七集气罩与过滤网能有效的使吸入的颗粒沉降下落至电解槽，可以有效防止槽内颗粒物质的聚集，杜绝总管的堵塞，提高了集气效率。 [0021] 图1是传统集气烟道结构示意图。 [0022] 图2是本发明的实施例1的结构的主视图。 [0023] 图3是本发明的实施例1的结构的俯视图。 [0024] 图4是本发明的实施例1的结构的立体图。 [0025] 图5是本发明的第一集气罩、第二集气罩、第三集气罩的流速分布图。 [0026] 图6是本发明的第四集气罩、第五集气罩、第六集气罩的流速分布图。 具体实施方式[0027] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 [0028] 参见图2、图3和图4，非对称均匀吸气的铝电解槽集气烟道，由包括第一集气罩1、第二集气罩2、第三集气罩3、第四集气罩4、第五集气罩5、第六集气罩6和第七集气罩7在内的至少7个集气罩、长烟道支管9、短烟道支管10与烟道总管11构成，长烟道支管9与短烟道支管10呈现非对称分布且长烟道支管9的长度长于短烟道支管10的长度，长烟道支管9和短烟道支管10与烟气总管11相连，长烟道支管9与所述的第一集气罩1、第二集气罩2和第三集气罩3相连，短烟道支管10与第四集气罩4、第五集气罩5和第六集气罩6相连，烟气总管11的下方与第七集气罩7相连，第一集气罩1、第二集气罩2、第三集气罩3、第四集气罩4、第五集气罩5、第六集气罩6和第七集气罩7的管径根据距离烟气总管11的远近依次递减，靠近烟气总管11出口端设有过滤网8。 [0029] 具体地，第一集气罩1、第二集气罩2、第三集气罩3、第四集气罩4、第五集气罩5、第六集气罩6和第七集气罩7的管径依次递减，最大处760mm，最小处60mm。 [0030] 具体地，过滤网8为可拆卸安装，孔径为1mm～20mm。 [0031] 具体地，第七集气罩7是漏斗式形状，下方管径细窄，有利于颗粒物的下落沉降。 [0032] 实施例1： [0033] 本发明采用计算流体力学(CFD)方法，运用大型商用软件ANSYS平台的Fluent软件，按照图2和图3建立本发明的集气烟道结构模型，如图4所示，根据设计设置各集气罩进口流速与烟道总管出口负压等边界条件，计算本集气烟道中的流速分布，如图5与图6所示。 [0034] 从图5可以看出，第一集气罩1、第二集气罩2和第三集气罩3中的流速相近，长烟道支管9后半程的流速较快，可将进入烟道中的粉尘颗粒快速吹入总管，这样有助于集中排烟，粉尘不易堆积。从图6可以看出，与短烟道支管10相连的第四集气罩4、第五集气罩5和第六集气罩6，内部的流速亦十分接近。通过仿真可见，本专利设计各集气罩采用的非对称不同尺寸的管径更有利于烟道内集气量分布均匀。 |
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