ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2018-3-209-219ipolytech-60Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ КОНСТРУКЦИИ «СУХОЙ» ГАЗООЧИСТНОЙ УСТАНОВКИAPPLICATION OF MODERN CALCULATION METHODS TO OPTIMIZE A DRY-TYPE GAS CLEANING PLANT DESIGNКнижникА. В.KnizhnikA. V.a-kni@yandex.ruГригорьевВ. Г.GrigorievV. G.Vyacheslav.Grigoriev2@rusal.comКлючанцевА. Б.KlyuchantsevA. B.Andrey.Klyuchantsev@rusal.comТепикинС. В.TepikinS. V.Sergey.Tepikin@rusal.comПьянкинА. П.PiyankinA. P.Aleksey.Piyankin@rusal.comКузьминМ. П.KuzminM. P.mike12008@yandex.ruКузаковА. А.KuzakovA. A.Aleksandr.Kuzakov@rusal.comШеметА. Д.ShemetA. D.Aleksey.Shemet@rusal.comВысотскийД. В.VysotskyD. V.Dmitriy.Vysotskiy@rusal.comАкционерное общество «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» (АО «СибВАМИ»)РоссияSiberian Research Development and Design Institute of Aluminum and Electrode Industry JSC (SibVAMI JSC)Russian FederationАкционерное общество «Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности» (АО «СибВАМИ»); Иркутский национальный исследовательский технический университет; Irkutsk National Research Technical UniversityРоссияSiberian Research Development and Design Institute of Aluminum and Electrode Industry JSC (SibVAMI JSC); Irkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationОбщество с ограниченной ответственностью «Объединенная компания РУСАЛ. Инженерно-технологический центр (ООО «РУСАЛ ИТЦ»)РоссияJoint Company RUSAL Ltd. Engineering and Technology Center (RUSAL ETC Ltd)Russian FederationИркутский национальный исследовательский технический университет; Irkutsk National Research Technical UniversityРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationОбособленное подразделение АО «СибВАМИ» в г. КрасноярскеРоссияAutonomous subdivision of SibVAMI JSC in KrasnoyarskRussian Federation201815092020223209219Copyright © Книжник А.В., Григорьев В.Г., Ключанцев А.Б., Тепикин С.В., Пьянкин А.П., Кузьмин М.П., Кузаков А.А., Шемет А.Д., Высотский Д.В., 20202020Книжник А.В., Григорьев В.Г., Ключанцев А.Б., Тепикин С.В., Пьянкин А.П., Кузьмин М.П., Кузаков А.А., Шемет А.Д., Высотский Д.В.Knizhnik A.V., Grigoriev V.G., Klyuchantsev A.B., Tepikin S.V., Piyankin A.P., Kuzmin M.P., Kuzakov A.A., Shemet A.D., Vysotsky D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/60

В АО «СибВАМИ» разработана газоочистная установка сухого типа (СГОУ), в основе технической концепции которой заложена модульная конструкция газоочистной установки. Входящие в ее состав реактор-адсорбер и рукавный фильтр обеспечивают высокий уровень очистки отходящих газов электролизного производства и возвращают соединения фтора, адсорбированные из этих отходящих газов, в технологический процесс электролитического получения алюминия. Вентилятор обеспечивает движение газов по всем участкам газового тракта СГОУ. Минимизация сопротивления на этих участках позволяет обеспечить перепад давления, достаточный для эффективного процесса фильтрации на рукавах фильтра. Весьма важным является выбор конструкции газоходов «грязного» газа с минимальным сопротивлением. ЦЕЛЬ работы - оптимизировать конструкцию газоходов газоочистных установок сухого типа при помощи моделирования методом конечных элементов. МЕТОДЫ. При проектировании СГОУ конструкции АО «СибВАМИ» применялись различные расчетные методы. В качестве основного использовалось моделирование газодинамических процессов методом конечных элементов. В частности, моделирование газоходов грязного газа осуществлялось в программе ANSYS CFX. РЕЗУЛЬТАТЫ. Моделирование газоходов для отвода отходящих газов от выходов из-под корпусов электролиза (газоходы «грязного» газа) до установки газоочистки выполнялось для двух возможных схем газоходов, для которых были рассчитаны потери напора. ВЫВОДЫ. При проектировании СГОУ были приняты оптимальные конструктивные решения. В результате моделирования определена предпочтительная конструкция газоходов «грязного» газа, позволяющая минимизировать потерю напора.

SibVAMI JSC has developed a dry-type gas cleaning plant (DGCP) the technical concept of which is based on the modular design of a gas-cleaning installation. Being its components, the adsorber-reactor and bag filter provide a high purification level of electrolysis production exhaust gases and return the fluorine compounds adsorbed from these off-gases back to the process of electrolytic aluminum production. The fan provides gas movement through all sections of the DGCP gas path. Resistance minimization in these sections ensures a pressure drop sufficient for effective filtration on filter bags. It is very important to choose the design of “dirty” gas ducts with a minimum resistance. The PURPOSE of the paper is to optimize the design of flue gas ducts of dry-type gas-cleaning plants using a finite element modeling. METHODS. Different calculation methods have been used when developing the DGCP of SibVAMI JSC design. The main method was modeling of gas-dynamic processes by the finite element method. In particular, the modeling of dirty gas ducts has been carried out in the ANSYS CFX program. RESULTS. Modeling of gas ducts removing exhaust gases from the outlets from under the electrolysis pot rooms (“dirty” gas ducts) before the gas cleaning installation was performed for two possible schemes of gas ducts for which head losses were calculated. CONCLUSIONS. Optimal constructive decisions have been made when designing DGCP. The result of modeling is determination of a preferable design of “dirty” gas ducts enabling minimization of the head loss.

газоочистная установка сухого типаотходящие газы алюминиевого производствамоделирование газовых потоковгазоходыCFDdry-type gas cleaning plant (DGCP)exhaust gases of aluminum productionmodeling of gas flowsgas ductsCFDReferencesГригорьев В.Г., Тепикин С.В., Пьянкин А.П., Высотский Д.В., Ермаков А.В., Жердев А.С., Казанцев М.Е., Павлов С.Ю. Техническое перевооружение установки «сухой» газоочистки для электролизеров с обожженными анодами ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» // Цветные металлы и минералы - 2015: сб. докл. VII Междунар. конгресса (Красноярск, 14-17 сентября 2015 г.). Красноярск, 2015. С. 415-416.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Пьянкин А.П., Высотский Д.В., Ермаков А.В., Жердев А.С., Казанцев М.Е., Павлов С.Ю. Техническое перевооружение установки «сухой» газоочистки для электролизеров с обожженными анодами ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» // Цветные металлы и минералы - 2015: сб. докл. VII Междунар. конгресса (Красноярск, 14-17 сентября 2015 г.). Красноярск, 2015. С. 415-416.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Кузаков А.А., Высотский Д.В., Шемет А.Д., Богданов Ю.В. Газоочистная установка ОК «РУСАЛ». Технологические и компоновочные решения // Цветные металлы и минералы - 2016: сб. тезисов докл. VIII Междунар. конгресса (Красноярск, 13-16 сентября, 2016 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2017. С. 84-85.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Кузаков А.А., Высотский Д.В., Шемет А.Д., Богданов Ю.В. Газоочистная установка ОК «РУСАЛ». Технологические и компоновочные решения // Цветные металлы и минералы - 2016: сб. тезисов докл. VIII Междунар. конгресса (Красноярск, 13-16 сентября, 2016 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2017. С. 84-85.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Кузаков А.А., Пьянкин А.П., Высотский Д.В., Книжник А.В. Реактор и рукавный фильтр сухой газоочистной установки ОК «РУСАЛ» // Цветные металлы и минералы - 2016: сб. тезисов докл. VIII Междунар. конгресса (Красноярск, 13-16 сентября 2016 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2017. С. 96-97.Григорьев В.Г., Тепикин С.В., Кузаков А.А., Пьянкин А.П., Высотский Д.В., Книжник А.В. Реактор и рукавный фильтр сухой газоочистной установки ОК «РУСАЛ» // Цветные металлы и минералы - 2016: сб. тезисов докл. VIII Междунар. конгресса (Красноярск, 13-16 сентября 2016 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2017. С. 96-97.Nielsen N.F., Skriver K.G., Castaсo L.J. Fabric Filter Optimization using Computational Fluid Dynamics // The International Conference on Electrostatic Precipitation ICESP XII. Australia, Australian Capital Territory, Canberra, 2011. Р. 239-243.Nielsen N.F., Skriver K.G., Castaсo L.J. Fabric Filter Optimization using Computational Fluid Dynamics // The International Conference on Electrostatic Precipitation ICESP XII. Australia, Australian Capital Territory, Canberra, 2011. Р. 239-243.Дюпон Э., Клут П., Энгель Э. Опыт в проектировании, эксплуатации и развитии газоочистительного центра (ГОЦ) // Цветные металлы - 2012: сб. науч. ст. Красноярск: Версо, 2012. С. 402-407.Дюпон Э., Клут П., Энгель Э. Опыт в проектировании, эксплуатации и развитии газоочистительного центра (ГОЦ) // Цветные металлы - 2012: сб. науч. ст. Красноярск: Версо, 2012. С. 402-407.Klut P., Turco T., Ewalts W., Dupon E. Compact GTC Design: Reducing Footprint and Overall Steel Weight // Light Metals. 2016. Р. 453-456. https://doi.org/0.1002/9781119274780.ch74Klut P., Turco T., Ewalts W., Dupon E. Compact GTC Design: Reducing Footprint and Overall Steel Weight // Light Metals. 2016. Р. 453-456. https://doi.org/0.1002/9781119274780.ch74Andersen B.O., Nielsen N.F., Walther J.H. Numerical and experimental study of pulse-jet cleaning in fabric filters // Powder Technology. 2016. Vol. 291. P. 284-298. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.12.028Andersen B.O., Nielsen N.F., Walther J.H. Numerical and experimental study of pulse-jet cleaning in fabric filters // Powder Technology. 2016. Vol. 291. P. 284-298. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.12.028Rui Zhou, Henggen Shen, Meili Zhao. Simulation Studies on Protector of Pulse-jet Cleaning Filter Bag // Energy Procedia. 2012. Vol. 16. P. 426-431. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.069Rui Zhou, Henggen Shen, Meili Zhao. Simulation Studies on Protector of Pulse-jet Cleaning Filter Bag // Energy Procedia. 2012. Vol. 16. P. 426-431. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2012.01.069Litchwark J.O., Winchester J., Nijdam J.J. Effects of Humidity and Temperature on the Performance of Milk Powder Baghouses // Journal of Medical and Bioengineering. 2015. Vol. 2. No. 3. Р. 157-162. https://doi.org/10.12720/jomb.2.3.157-162Litchwark J.O., Winchester J., Nijdam J.J. Effects of Humidity and Temperature on the Performance of Milk Powder Baghouses // Journal of Medical and Bioengineering. 2015. Vol. 2. No. 3. Р. 157-162. https://doi.org/10.12720/jomb.2.3.157-162Litchwark J.O. Baghouse design for milk powder collection. PhD Thesis. University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, 2014.Litchwark J.O. Baghouse design for milk powder collection. PhD Thesis. University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, 2014.Богданов Ю.В., Григорьев В.Г., Книжник А.В., Кондратьев В.В., Чалых В.И. Моделирование энергетических и магнитогидродинамических характеристик электролизера с обожженными анодами на силу тока 300 кА при ее повышении до 330 кА // Цветные металлы. 2009. № 2. С. 42-46.Богданов Ю.В., Григорьев В.Г., Книжник А.В., Кондратьев В.В., Чалых В.И. Моделирование энергетических и магнитогидродинамических характеристик электролизера с обожженными анодами на силу тока 300 кА при ее повышении до 330 кА // Цветные металлы. 2009. № 2. С. 42-46.Книжник А.В., Богданов Ю.В., Зельберг Б.И. К вопросу о построении численной модели температурного поля алюминиевого электролизера // Алюминий Сибири - 2007: сб. докл. XIII Междунар. конф. (Красноярск, 11-13 сентября 2007 г.). Красноярск: Версо, 2007. С. 72-74.Книжник А.В., Богданов Ю.В., Зельберг Б.И. К вопросу о построении численной модели температурного поля алюминиевого электролизера // Алюминий Сибири - 2007: сб. докл. XIII Междунар. конф. (Красноярск, 11-13 сентября 2007 г.). Красноярск: Версо, 2007. С. 72-74.Knizhnik A.V., Kuzakov A.A., Zelberg B.I., Veselkov V.V. Application of mathematical methods to optimize aluminium production in pre-baked anode cells // Light Metals. 2008. Р. 437-442.Knizhnik A.V., Kuzakov A.A., Zelberg B.I., Veselkov V.V. Application of mathematical methods to optimize aluminium production in pre-baked anode cells // Light Metals. 2008. Р. 437-442.Кузьмин П.Б., Кузьмина М.Ю. О производстве чушек первичных силуминов, модифицированных стронцием // Литейное производство. 2014. № 8. С. 2-5.Кузьмин П.Б., Кузьмина М.Ю. О производстве чушек первичных силуминов, модифицированных стронцием // Литейное производство. 2014. № 8. С. 2-5.Пьявкина А.А., Кузьмина М.Ю. Возможность модифицирования силуминов стронцием // Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов: материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием (Иркутск, 24-25 апреля 2014 г.). Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. С. 21-22.Пьявкина А.А., Кузьмина М.Ю. Возможность модифицирования силуминов стронцием // Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов: материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием (Иркутск, 24-25 апреля 2014 г.). Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2014. С. 21-22.Ёлкин К.С., Карлина А.И., Иванчик Н.Н., Шахрай С.Г. Электрическая очистка газов производства кремния // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 30 сентября - 03 октября 2015 г.); в 2 т. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2015. Т. 1. С. 226-232.Ёлкин К.С., Карлина А.И., Иванчик Н.Н., Шахрай С.Г. Электрическая очистка газов производства кремния // Транспортная инфраструктура Сибирского региона: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 30 сентября - 03 октября 2015 г.); в 2 т. Иркутск: Изд-во ИрГУПС, 2015. Т. 1. С. 226-232.Кондратьев В.В., Иванов Н.А., Карлина А.И., Коргапольцев С.К. Автоматизированная система управления параметрами систем газоочистки технологических процессов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 2 (54). С. 90-94.Кондратьев В.В., Иванов Н.А., Карлина А.И., Коргапольцев С.К. Автоматизированная система управления параметрами систем газоочистки технологических процессов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. № 2 (54). С. 90-94.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.