ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, Россия:

С. Г. Шахрай, доцент, каф. техносферной безопасности горного и металлургического производства, эл. почта: shahrai56@mail.ru
А. П. Скуратов, профессор

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, Иркутск, Россия:

В. В. Кондратьев, доцент
В. А. Ершов, доцент

Представлен краткий обзор способов охлаждения анодных газов, используемых на современных алюминиевых заводах, с целью снижения их физических объемов, сокращения энергозатрат на транспортировку и уменьшения габаритов газоходных сетей, подавления десорбции фтора с горячего глинозема, уловленного газоочистными установками. Кратко рассмотрены современные методы использования теплоты анодных газов на хозяйственные и производственные нужды — получение горячей воды с ее дальнейшей дистилляцией или направлением на выработку электроэнергии в машинах Ранкина. Выполнен анализ затрат энергии на нагрев загружаемого в ванну глинозема до температуры расплава, а также потерь теплоты с анодными газами, удаляемыми от электролизера с самообжигающимся анодом. Показано,что вместе с уносимыми в систему газоотсоса высокоэнтальпийными анодными газами теряется энергия, количество которой в 3–4 раза превышает затраты теплоты на нагрев глинозема до температуры расплава. С помощью уравнений теплообмена в областях электролита и глинозема показано преимущество загрузки в ванну предварительно нагретого глинозема. Разработано и представлено техническое решение, обеспечивающее использование теплоты анодных газов на нагрев глинозема до 200–250 ^оС перед его загрузкой в расплав. Загрузка в расплав нагретого глинозема снизит удельный расход электроэнергии электролизером на 80–95 кВт·ч/т Al, энергозатраты на транспортировку охлажденных анодных газов сократятся на 15–20 кВт·ч/т Al; одновременно снизится материалоемкость газоходных сетей корпусов производства алюминия, эксплуатирующих электролизеры с самообжигающимся анодом. Нагрев глинозема по предлагаемому техническому решению обеспечивает практически 2-кратное сокращение числа эксплуатируемых бункеров системы автоматической подачи глинозема, уменьшает нагрузку на домкраты анодной рамы и потребление энергии их приводами, улучшает условия формирования самообжигающегося анода.

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, утвержденных постановлением Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 г.

1. Янко Э. А. Производство алюминия. Пособие для мастеров и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов. — СПб. : Изд-во Санкт-Петербургского университета, 2007. — 305 с.
2. Шахрай С. Г., Коростовенко В. В., Баранов А. Н. и др. Анализ влияния повышения силы и плотности анодного тока на показатели работы электролизера Содерберга // Третий междунар. конгресс «Цветные металлы – 2011» : сб. науч. докл. — Красноярск, 2011. С. 185–192.
3. Ose S. , Sørhuus A. K., Wedde G. Abart CDS — A New Compact Multi-Pollutant Pot Gas and Alumina Handling System // Light Metals. 2014. P. 617–622.
4. Bonnier M., Massambi S., Jolas J.-M., Girault G., Demetriou V., Wheaton D. Development of a System Basedon Water Atomization to Decrease, Prior to Treatment, the Temperature of the Gas Emitted from Aluminum Cells // Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Society. 2007. P. 193–197.
5. Bouhabila E. H., Næss E., Kielland Einejord V., Kristjansson K. An innovative compact heat exchanger solution for aluminum off-gas cooling and heat recovery // Light Metals. 2013. P. 793–797.
6. Кондратьев В. В., Шайдуллин Е. Р., Завадяк А. В. и др. Разработка технологии интенсификации процессов газоудаления и газоочистки алюминиевого производства // Четвертый междунар. конгресс «Цветные металлы-2012»: материалы конгресса. — Красноярск, 2012. С. 416–419.
7. Bouhabila E. H., Cloutier B., Malard T., Martineau P., Hugues V. Electrolytic cell gas cooling upstream of treatment center // Light Metals. 2012. P. 545–550.
8. Verbraak P., Turco T., Klut P., Dupon E., Engel E. Pot gas cooling technologies // Light Metals. 2014. P. 635–639.
9. Sørhuus A. K., Ose S., Nilsen B. M. Possible use of 25 mw thermal energy recovered from the potgas at alba line // Light Мetalls. 2015. P. 631–636.
10. De Gromard A., Lim C., Bouhabila E. H., Cloutie B., Frainais M. Development on electrolytic cell gas cooling // Light Metals. 2014. P. 623–628.
11. Галевский Г. В., Кулагин Н. М., Минцис М. Я., Сиразутдинов Г. А. Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация. — 3-е изд., перераб. и доп. — М. : Флинта; Наука, 2008. — 528 с.
12. Исаева Л. А., Поляков П. В. Глинозем в производстве алюминия электролизом . — Краснотурьинск : Изд. дом ОАО «БАЗ», 2000. — 199 с.
13. Михалев Ю. Г., Браславский А. Б., Исаева Л. А. Влияние криолитового отношения, перегрева электролита и добавок фторида калия на скорость растворения глинозема // XI Междунар. конф. «Алюминий Сибири – 2005» : материалы конференции. — Красноярск, 2005. С. 6–8.
14. Белолипецкий В. М., Пискажова Т. В. Математическое моделирование процесса электролитического получения алюминия. Решение задач управления технологией : монография. — Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2013. — 272 с.
15. Борисоглебский Ю. В. Расчет и проектирование алюминиевых электролизеров : учебное пособие. — Л. : Изд. ЛПИ им. М. И. Калинина, 1981. — 80 с.
16. Криворученко В. В., Коробов М. А. Тепловые и энергетические балансы электролизеров. — М. : Гос. науч.-техн. изд. литературы по черной и цветной металлургии, 1963. — 320 с.
17. Федеральный закон РФ № 261-ФЗ. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные Законодательные акты Российской Федерации. Принят Гос. Думой 11.11.2009.

18. Пат. 2558813 РФ. Способ и устройство для утилизации тепла анодных газов алюминиевого электролизера / Шахрай С. Г., Поляков П. В., Кондратьев В. В., Белянин А. В., Шайдулин Е. Р., Пискажова Т. В. ; опубл. 10.08.2015, Бюл. № 22.
19. Пат. 95669 РФ. Газосборный колокол алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом / Шахрай С. Г., Коростовенко В. В. ; опубл. 10.07.2010, Бюл. № 19.