Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:

+С. Г. Шахрай, профессор кафедры техносферной безопасности горно-металлургического производства, докт. техн. наук, доцент
А. П. Скуратов, профессор кафедры теплотехники и гидрогазодинамики, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: a.skuratov@mail.ru
Н. В. Белоусова, зав. кафедрой цветных металлов, профессор, докт. хим. наук, профессор, эл. почта: netmamba@mail.ru
Р. Б. Магеррамов, аспирант кафедры цветных металлов, эл. почта: rusmahar9313@gmail.com

В горелки алюминиевых электролизеров вместе с сжигаемыми анодными газами поступает ~1,9 кг/ч пыли, в которой содержится ~45 % (более 0,8 кг) углерода и сажи, образующихся в результате окисления анода, который на 70 % состоит из пекового или нефтяного кокса и примерно на 30 % из связующего каменноугольного пека, и сгорания полиароматических углеводородов (ПАУ), выделяющихся при его коксовании. В горелках алюминиевого электролизера выгорает не более 50 % углерода и сажи, а оставшаяся их часть вместе с анодными газами уносится в газоочистные установки (ГОУ), откуда они со фторированным глиноземом возвращаются в электролизер. В результате происходит рост содержания углерода в электролите, его электрического сопротивления и температуры, повышается частота разгерметизации электролизера для удаления из него угольной пены, увеличиваются потери фтористых солей вследствие их испарения с открытой поверхности расплава, возрастают транспортные, энергетические и экологические затраты, связанные с флотацией угольной пены и необходимостью складирования хвостов флотации на шламохранилищах. Таким образом, повышение эффективности дожигания углерода и сажи в горелках алюминиевых электролизеров является актуальной задачей, способной повысить экономические и экологические показатели производства алюминия. Представлены результаты экспериментов, направленных на увеличение эффективности дожигания сажи и углерода в горелках алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Проведен анализ предполагаемых моделей сажеобразования в алюминиевых электролизерах. Рассмотрена методика проведения эксперимента интенсификации дожигания углерода и сажи в турбулентном потоке. Показано, что путем кратковременного увеличения подачи воздуха в зону горения с избытком (α = 8,0–10,0) содержание сажи и углерода в твердых продуктах горения снижается более чем в 3 раза.

1. Гротгейм К., Уэлч Б. Дж. Технология электролитического производства алюминия. Теоретический и прикладной подход. — Норвегия, 1980. — 326 с.
2. Куликов Б. П., Истомин С. П. Переработка отходов алюминиевого производства. — Красноярск : ООО « Классик-центр», 2004. — 480 с.
3. Буркат В. С., Друкарев В. А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. — СПб. : ООО «Любавич», 2005. — 275 с.
4. Скуратов А. П., Шахрай С. Г., Фомичев И. В., Белянин А. В. Повышение энергетической и экологической эффективности производства алюминия : монография. — Красноярск : СФУ, 2018. — 180 с.
5. Шахрай С. Г. Повышение эффективности вентиляции корпусов электролизного производства алюминия путем совершенствования системы газоотсоса : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Иркутск : Иркут. гос. техн. ун-т, 2008. — 20 с.
6. Бакиров Ф. Г., Захаров В. М., Полещук И. З., Шайхутдинов З. Г. Образование и выгорание сажи при сжигании углеводо родных топлив. — М. : Машиностроение, 1989. — 128 с.
7. Hamisu Adamu Dandajeh, Nicos Ladommatos, Paul Hellier, Aaron Eveleigh. Influence of carbon number of C1–C7 hydrocarbons on PAH formation // Fuel. 2018. Vol. 228. P. 140–151.
8. Скуратов А. П., Шахрай С. Г., Фомичев И. В., Белянин А. В. Повышение экологической и энергетической эффективности производства алюминия: монография. — Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2018. — 180 с.
9. Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва. — М. : Пожнаука, 2007. — 266 с.
10. Krasinsky D. V. Numerical simulation of hydrocarbon fuel combustion processes in a burner with axial injection of steam jet // Thermophysics IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1105. 2018. р. 1–6.
11. Alekseenko S. V., Anufriev I. S., Bobrova L. N., Dulin V. M. et al. Experimental and Numerical Study of Steam-Enhanced Regime of Liquid Hydrocarbon Fuel Combustion in a Pilot Burner // Proceedings of the European Combustion Meeting – 2013, June 25-28, 2013, Lund, Sweden. — Paper P3-72. — 6 p.
12. N. Palazzo, M. Kögl, Ph. Bauer, M. N. Mannazhi et al. Investigation of Soot Formation in a Novel Diesel Fuel Burner // Energies. 2019. № 12. P. 1993–2010.
13. Bond T. C., Doherty S. J., Fahey D., Forster P. et al. Bounding the role of black carbon in the climate system: A scientific assessment // J. Geophys. Res. Atmos. 2013. № 118. Р. 5380–5552.
14. Шахрай С. Г., Коростовенко В. В., Ребрик И. И. Совершенствование систем колокольного газоотсоса на мощных электролизерах Содерберга: монография. — Красноярск : ИПК СФУ. 2010. — 146 с.
15. Пат. 2437966 РФ. Способ очистки горелочного устройства и газоходной сети алюминиевого электролизера / Шахрай С. Г., Коростовенко В. В., Пузин А. В., Манн В. Х. и др; опубл. 27.12.2011 г., Бюл. № 36.
16. Виленский Т. В., Хэмалян Д. М. Динамика горения пылевидного топлива. — М. : Энергия, 1978. — 246 с.
17. Головина Е. С. Высокотемпературное горение и газификация углерода. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 176 с.
18. Канторович Б. В. Основы теории горения и газификации твердого топлива : монография. — М. : АН СССР, 1958. — 601 с.
19. ГОСТ 19181–78. Алюминий фтористый. Технические условия. — Введ. 01.01.1980.
20. Овчинников А. А., Николаев А. Н. Основы гидромеханики двухфазных сред. — Казань : Казан. гос. технол. ун-т, 1998. — 112 с.
21. Протодьяконов И. О., Люблинская И. Е., Рыжков А. Е. Гидродинамика и массообмен в дисперсных системах жидкость – твердое тело. — Л. : Химия. Ленингр. отд-ние, 1987. — 336 с.
22. Гилинский М. М., Стасенко А. Л. Сверхзвуковые газодисперсные струи. — М. : Машиностроение, 1990. — 176 с.
23. Страус В. Промышленная очистка газов. — М. : Химия, 1981. — 616 с.