Введение
1 Анализ современного уровня энергетической эффективности и экологической безопасности электролизеров для получения алюминия и постановка задач исследований 16
1.1 Основные направления энергосбережения в современных алюминиевых электролизерах 17
1.1.1 Мероприятия интенсивного энергосбережения в производстве алюминия 18
1.1.2 Энергетическая модернизация алюминиевых электролизеров 27
1.1.3 Утилизация теплоты анодных газов, удаляемых от алюминиевых электролизеров 30
1.2 Основные направления повышения экологической безопасности современных алюминиевых электролизеров. 32
1.2.1 Газосборный колокол алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом 35
1.2.2 Горелочные устройства дожигания анодных газов 39
1.2.3 Газоходные тракты корпусов производства алюминия и способы их обслуживания 43
1.3 Постановка задач исследования 49
2 Методология экспериментальных исследований 52
2.1. Методика исследования физических свойств (гранулометрия, прочность на сжатие и модуль упругости) материалов укрытия анодного массива алюминиевого электролизера 52
2.2 Методика определения теплопроводности материалов укрытия анодного массива алюминиевого электролизера 56
2.3 Методика эксперимента по определению технологических параметров горения смолистых веществ, содержащихся в сжигаемых анодных газах 57
2.4 Методика оценки эффективности работы системы импульсной автоматической очистки горелок от пыли 59
2.5 Методика экспериментов по определению тепловых и газодинамических параметров газовых потоков 61
2.6 Методика экспериментов по определению влияния температуры загружаемого в электролизер глинозема на время его растворения в электролите 63
2.7 Методика экспериментальной оценки снижения тепловых потерь через поверхность теплоизолированного газосборного колокола 64
2.8 Выводы по главе 2 64
3 Развитие теоретических основ и разработка технических решений повышения энергетической эффективности алюминиевых электролизеров 66
3.1 Анализ влияния факторов на потери напряжения в газосодержащем слое электролита 66
3.2 Численное исследование влияния на энергопотребление габаритов самообжигающегося анода 72
3.3 Разработка мероприятий по уменьшению газового слоя под анодом 83
3.4 Предложения по снижению потерь теплоты поверхностями алюминиевого электролизера 89
3.5 Технические решения по утилизации теплоты процесса электролиза 95
3.6 Анализ энергетических затрат на эксплуатацию газоходной сети корпуса электролиза 103
3.7 Экспериментальное исследование и оптимизация свойств материалов укрытия анодного массива 106
3.8 Выводы по главе 3 113
4 Повышение экологической безопасности алюминиевых электролизеров 116
4.1 Определение геометрических параметров газосборного колокола и горелки с использованием критериев гидродинамического подобия 116
4.2 Математическое моделирование сжигания анодного газа в горелке 126
4.3 Прикладные разработки по сжиганию анодного газа 146
4.4 Математическое моделирование газоходной сети корпуса электролитического производства алюминия 152
4.5 Численное исследование движения пылевых частиц в закрученном воздушном потоке 165
4.6 Предложения по улавливанию смолистых веществ с поверхности самообжигающегося анода и от охлаждаемого анодного штыря 173
4.7 Выводы по главе 4 176
5 Оценка влияния газопылевых балластных примесей на эффективность дожигания анодных газов 179
5.1 Влияние газовых балластных примесей анодного газа на устойчивость работы горелки 180
5.2 Механизм и интенсивность коагуляции пылевых частиц в горелке 182
5.3 Седиментация в горелке пылевых конгломератов 188
5.4 Динамика газодисперсного потока в горелке 193
5.5 Система импульсной автоматической очистки горелок и газоходов от отложений 200
5.6 Выводы по главе 5 201
6 Экспериментальная оценка разработанных технических и технологических решений 204
6.1 Опытно-промышленные испытания системы импульсной автоматической очистки горелок от отложений 204
6.2 Опытно-промышленные испытания горелок в условиях регулирования в них разрежения 206
6.3 Опытно-промышленные испытания теплоизолированного газосборного колокола 213
6.4 Опытно-промышленные испытания и оценка эффективности загрузки в расплав предварительно нагретого глинозема 215
6.5 Лабораторные исследования температурных режимов сжигания смолистых веществ (нафталина и антрацена), входящих в состав анодных газов 217
6.6 Выводы по главе 6 227
7 Общая укрупненная оценка энергетической, экологической и экономической эффективности результатов исследований и внедрения их в производство 229
Заключение 233
Основные обозначения 237
Библиографический список 241
Приложение А Справка о промышленном внедрении и использовании результатов диссертационной работы ОК «РУССКИЙ АЛЮМИНИЙ» 276
Приложение Б Акт опытно-промышленных испытаний влияния температуры загружаемого в электролит глинозема на энергетические характеристики электролизера 278
Приложение В Выписка из протокола заседания технического совета ИТЦ ИрНИТУ 283
Приложение Г Акт внедрения в учебный процесс ФГАОУ ВО СФУ 287
Приложение Д Справка об использовании научных материалов в учебном процессе НТЦ «ЛЕГКИЕ МЕТАЛЛЫ» 288
Приложение Е Экспертное заключение по техническому решению «Электролизер для получения алюминия» 289
