CN103201414A - 锅热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从多个铝熔炼锅收集未净化气的未净化气收集系统配有多个支管道(28d)，多个支管道(28d)中的每一个布置成将未净化气的相应支流(38d)从铝熔炼锅导引至收集管道(26A)，收集管道(26A)是公共的且由支管道(28d)共用。所述支管道(28d)中的每一个在其出口(52d)附近配有：弯曲段(50d)，其用于将支流(38d)与公共收集管道(26A)中已存在的未净化气(27A)的流向对齐；以及收缩部(54d)，其用于使支流(38d)通过支管道出口(52d)加速进入公共收集管道(26A)。此外，所述支管道(28d)中的每一个配有热交换器(40d)以用于从未净化气的相应支流(38d)除去热量。收缩部(54d)和热交换器(40d)的总流动阻力减少了对使用挡板调整相应的支流(28d)的需要，从而减少输送未净化气所需的功率。

Description

锅热交换器
技术领域
本发明涉及用于从多个铝熔炼锅收集未净化气的未净化气收集系统。本发明还涉及将未净化气的支流从铝熔炼锅移动至公共收集管道的方法。
背景技术
铝通常通过使用一个或多个铝制备电解槽的电解方法制备。这样的电解槽通常包括用于包含浴内容物的浴，浴内容物含有在熔融铝顶部上的含氟化物矿物。浴内容物与阴极块和阳极块接触。铝氧化物经由在沿槽的中心和各行阳极之间的若干位置处的开口以有规律的间隔供应至浴。
在电解槽中发生的电解反应生成热废气，其包括在大气中不期望的气体组分，包括氟化氢、二氧化硫等。该方法还生成细尘。不期望的气体组分和粉尘必须以环保的方式小心地处置；因此，未净化气在电解槽处被收集并被输送至气体净化单元，在这里优选地尽可能高效地除去任何不期望的组分。诸如氟化氢的粉尘和气体组分可返回至铝制备槽，在这里，它们可对制备过程具有有益效果。
典型的气体净化单元可包括干燥洗涤器和粉尘过滤器，例如可以是袋式过滤器的织物过滤器。未净化气收集系统通常布置用于从多个电解槽收集未净化气，并且将未净化气输送至净化单元。对于这样的系统的考虑是烟气处理系统中常常需要耗能的风机以将来自电解槽的未净化气主动抽吸且通过气体净化单元。出现这种情况是因为未净化气收集管道和气体净化单元可在烟气收集和净化系统中引入流动阻力。
WO 03/001106公开了一种用于将过程未净化气从多个单独定位的铝熔炼锅输送至中央气体过滤装置的管道系统。WO 03/001106为通向公共收集管道的每个支管道提供平行于公共收集管道气体流的狭窄的出口段，以便将分支气体流以高于公共收集管道中的气体流的速度的速度排入公共收集管道，通过这种方式解决气体输送的能耗问题。因此，需要较少的能量来输送气体。然而，需要甚至进一步地减少输送未净化气所需能量的量。
发明内容
根据本文中所示的方面，现有技术的以上缺点和不足通过本主题的用于从多个铝熔炼锅收集未净化气的未净化气收集系统而至少部分地克服或减轻。本主题的未净化气收集系统包括：公共收集管道，其用于沿公共收集管道流向传送(passage)公共收集管道未净化气流；以及多个支管道，所述支管道中的每一个具有流体连接到熔炼锅以用于从熔炼锅抽吸相应的未净化气支流的入口、以及流体连接到公共收集管道的排放端。支管道的排放端各自配有用于导向支流方向与所述公共收集管道流的方向的对齐段、排放孔、以及用于使支流通过排放孔加速进入公共收集管道的收缩部(constriction)。所述多个支管道中的至少两个支管道中的每一个还配有热交换器。所述热交换器中的每一个配有位于相应的支流的流动路径中的传热元件，以用于将热量从相应的未净化气支流传递到传热介质，并且用于在相应的支管道中产生流动阻力。这样的流动阻力用来平衡至少两个支管道的支流的速度。每个热交换器与流动阻力相关联，并且因此引起跨每个热交换器的压降。同样的情况也适用于每个排放端中的收缩部。跨热交换器中的每一个的压降与跨收缩部中的每一个的压降共同起作用，以便更均匀地平衡在至少两个支管道之间的支流速率/速度。因此，可获得在相应的熔炼锅中的更可预测的过程条件，因为向熔炼锅供应氧化铝以及铝制备工艺本身取决于例如熔炼锅内部的气体组成和流动以及所述气体的温度和压力。此外，在每个支管道中的收缩部和传热元件增加了支管道流动阻力，从而减少对例如支管道调节挡板的需要。管道调节挡板常用来沿公共收集管道调节压力，以便在其中实现更一致/均匀的压力。减少对管道调节挡板的需要减少了未净化气收集系统的总能耗。
根据一个实施例，所述至少两个支管道中的每一个内的热交换器和收缩部被构造成在使用时一起产生从相应的支管道入口到相应的排放孔的至少50%的总未净化气压降。这导致在支管道之间的支流的甚至更均匀的平衡。此外，由具有诸如热交换或加速气体的附加功能的部件产生的压降越大，使气体移动通过系统所需的能量越少。通过在至少两个支管道中，即在相应的支管道的入口和排放孔之间，使用这样的“双功能”部件形成压降，可从系统中取消诸如挡板的“单功能”压降产生部件。
根据一个实施例，所述至少两个支管道中的每一个中的收缩部设有可调式翼片(flap)，以用于控制进入公共收集管道的相应的支流的加速。这样增加了加速的有效性，同时减少了对支管道中用于微调支管道内的流动阻力的附加调节挡板的需求。
根据一个实施例，所述至少两个支管道中的每一个的传热元件位于排放孔处。因此，用于加速未净化气的收缩部由传热元件本身形成。热交换器中的气体的动能将因此在进入公共收集管道时更好地保存。
根据一个实施例，所述至少两个支管道中的至少一个设有调节挡板以用于微调相应的支管道内的流动阻力。相应的支流的流量可因此以更高的准确度调整。
根据一个实施例，所述至少两个支管道占流体连接到所述公共收集管道的所有支管道的至少30%。通过为相当大量的支管道设置热交换器，可从与公共收集管道相关联的支管道中的每一个获得更均匀的未净化气流量。此外，如果相当大量的支管道设有热交换器，则对不同支管道中的未净化气流量的平衡效应导致通过没有热交换器的任何支管道的未净化气的流量在一定程度上均衡。
根据一个实施例，具有热交换器的所述至少两个支管道流体连接到未配备热交换器的多个支管道下游(相对于气体流)的公共收集管道。这是具有热交换器/增加的流动阻力的支管道的最有效定位，因为从未配备热交换器(即没有相关联的增加的流动阻力)的支管道流出的未净化气自然地经受由于流过公共收集管道所需的相对较长的距离导致的压降。
根据一个实施例，在所述至少两个支管道中的热交换器包括用于接纳未净化气支流的相应的未净化气入口室和相应的多个平行的间隔开的未净化气冷却管。由于低水平的内部结垢和低的总系统能量损失(甚至在具有由其造成的流动阻力时），此类热交换器是商业上所需的。因此，作业者可实现低的总系统能量损失，同时仍然保持足够的压降以平衡未净化气的相应的支流流量。根据一个实施例，每个未净化气冷却管具有冷却管入口漏斗以用于加速流入冷却管的未净化气的速度。入口漏斗可减少结垢并可更好地适用于未净化气流动阻力的“双重目的”。
根据本文所公开的其它方面，现有技术的上述缺点和不足通过将未净化气支流从铝熔炼锅移动至公共收集管道的方法而大致克服或减轻。本主题的方法包括在热交换器中冷却所述未净化气支流，以获得冷却的未净化气。当未净化气支流沿与已经流过公共收集管道的未净化气的流动方向相同或对齐的方向上进入公共收集管道时，未净化气支流的速度被加速。
根据一个实施例，所述热交换器在未净化气支流进入公共收集管道时将其速度加速。
根据一个实施例，所述方法在沿公共收集管道的多个熔炼锅中的每一个处进行。
根据本文中所公开的其它方面，现有技术的上述缺点和不足通过使用热交换器以将从铝熔炼锅进入公共收集管道的未净化气支流的速度加速而大致克服或减轻。因此，消耗/需要更少的能量以收集未净化气。
根据本文中所公开的另外的方面，现有技术的上述缺点和不足通过使用多个产生流动阻力的热交换器以平衡相应的多个支管道中的多个支流而大致克服或减轻。所述支管道中的每一个布置在相应的铝熔炼锅和公共收集管道之间。因此，所述多个支流中的各个支流可具有更均匀或平衡的未净化气速度，和/或可为未净化气收集而消耗更少的能量。
附图说明
参照附图，上述以及附加的目的、特征和优点将通过示例性实施例的以下说明性和非限制性详细描述更好地理解，在附图中类似的元件标以类似的标记，其中：
图1是铝制造厂的示意性俯视平面图；
图2是图1的铝制造厂沿线II-II截取的示意性侧剖视图；
图3是图2中所示支管道的排放端的示意性俯视剖视图；
图4是热交换器的示意性透视图；
图5是诸如在图2所示那样的支管道的排放端的备选实施例的示意性俯视剖视图；以及
图6是诸如图2所示那样的支管道的排放端的另一个备选实施例的示意性俯视剖视图。
具体实施方式
图1是从上方观察的铝制造厂10的示意图。铝制造厂10包括多个电解槽间12或电解车间12AB、12CD，每个电解槽间12包括多个铝制备熔炼锅或电解槽14。电解槽14以本领域的技术人员熟知的方式布置在电解槽系列中。电解槽系列包括在直流(DC)环路中串联连接的多个电解槽。图1示出了第一电解槽间12AB和第二电解槽间12CD，其中每个电解槽间容纳相应的电解槽系列16AB、16CD。尽管图1中的单个电解槽系列16AB、16CD示出为容纳在单个电解槽间12AB、12CD中，但定义为串联电连接的多个熔炼锅的单个电解槽系列16也可仅仅横跨若干电解槽间12延伸。举例来说，作为上述构型的备选方案，电解槽系列16AB的电解槽14可与第二电解槽系列16CD的电解槽14串联电连接，以便形成包括16AB和16CD两者的单个两倍长的电解槽系列，其位于两个单独的电解车间12AB和12CD中。
尽管图1的铝制造厂10设有两个电解槽系列16AB、16CD，但铝制造厂10通常可包括位于通常1至20个电解车间12中的1至20个电解槽系列16。同时，尽管在图1的每个电解槽系列16AB、16CD中仅示出几个电解槽14，但单个电解槽系列16通常可包括从50至200个电解槽14。图1的虚线表明，电解槽间12AB、12CD中的每一个可包括多个附加电解槽14，并且制造厂10可包括附加的电解槽系列和/或电解槽间。
发生在电解槽14中的过程可以是熟知的霍尔-赫劳尔特(Hall-Héroult)法，其中溶解于含氟矿物的熔体中的氧化铝被电解以形成铝。因此，电解槽14起到电解池的作用。粉末氧化铝以本领域的技术人员所熟知的方式经由氧化铝分配系统(未示出)进料到电解槽14。
在每个电解槽14中发生的电解过程产生大量的热量、粉尘颗粒和废气，包括但不限于氟化氢、二氧化硫和二氧化碳。在本公开中，术语“未净化气”是指来自工业过程的未净化气体，例如来自电解熔炼锅14的热烟气。未净化气收集系统20被构造成将未净化气从多个电解槽14收集并输送至气体净化单元22，气体净化单元22净化未净化气使得它能经由烟囱24安全地排放到大气。通常，新的氧化铝在气体净化单元22中被用来进行未净化气干洗涤。
通常，未净化气收集系统20被构造成从一个或两个电解车间12AB、12CD收集未净化气，并且气体净化单元22常常按照图1所示熟知的“H”构型连接到一对镜像的电解车间12AB、12CD之间。然而，尽管电解车间12AB、12CD在图1中示出为连接到单个气体净化单元22，但每个单个的电解车间12AB、12CD可连接到多个气体净化单元22。
对于由未净化气收集系统20服务的每个电解车间12AB、12CD来说，未净化气收集系统20包括至少一个公共收集管道，该管道用作歧管以收集由多个熔炼锅14所生成的未净化气。在图1所示的示例中，电解车间12AB、12CD中的每一个设有相应的第一公共收集管道26A、26D和相应的第二公共收集管道26B、26C。第一和第二公共收集管道中的每一组由此形成一对公共收集管道。举例来说，第一对公共收集管道26A、26B设置在第一电解车间12AB处；并且第二对公共收集管道26C、26D设置在第二电解车间12CD处。公共收集管道26A-D中的每一个可位于相应的电解车间12AB、12CD的内部和/或外部。每个公共收集管道26A-D沿着其相应的电解车间12AB、12CD的一部分延伸，并且经由相应的多个支管道28流体连接到多个电解槽14。相应的公共收集管道未净化气流27A-D在每个相应的公共收集管道26A-D中从相应的多个熔炼锅14朝气体净化单元22流动。举例来说，第一公共收集管道26A经由许多相应的支管道28a-f流体连接到电解车间12AB的每一个第一组多个电解槽14a-f的内部，并且抽入第一公共收集管道未净化气流27A。第一组多个电解槽14a-f平行定位且流体连接到平行的第一公共收集管道26A。每个支管道28a-f具有参照图3将更详细地描述的排放端，支流38a-f通过排放端从相应的支管道28a-f流入公共收集管道26A。
第一对公共收集管道26A-B的第二收集管道26B以类似于第一收集管道26A的方式(即，经由支管道28)连接到第一电解车间12AB中的第二组多个电解槽14。第二电解车间12CD的第二对公共收集管道26C-D以与第一电解车间12AB的公共收集管道26A-B类似的方式经必要的修正布置。
每一对公共收集管道26A-B、26C-D接合并流体连接到相应的公共收集管道出口30AB、30CD。公共收集管道未净化气流27A-B、27C-D通过相应的公共收集管道出口30AB和30CD朝气体净化单元22流动。举例来说，与第一电解车间2AB相关联的两个公共收集管道26A、26B接合并流体连接在第一公共收集管道出口30AB处，第一和第二公共收集管道未净化气流27A-B流过出口30AB。相似地，第一和第二收集管道26C-D接合并流体连接在第二公共收集管道出口30CD处。
每个公共收集管道26A-D将其相应的公共收集管道未净化气流27A-D沿公共收集管道流方向朝气体净化单元22导引。未净化气流的这样的方向在图1中通过公共收集管道26A-D中的每一个内的箭头来示出。四个公共收集管道流27A-D汇入T形总管(header duct)32，未净化气通过总管32进入气体净化单元22。
未净化气收集系统20在由风机34形成的负压下操作，风机34相对于气体流位于气体净化单元22下游。因此，相对于气体流在未净化气收集系统20下游的风机将来自电解槽14的未净化气经由支管道28、公共收集管道26A-D和T形总管32主动地抽入气体净化单元22中。所有熔炼锅14、整个未净化气收集系统20和气体净化单元22均相对于气体流在风机34上游，并且当工厂10在使用时相比大气压维持负压。这样的负压用来防止未净化气从熔炼锅14漏入电解车间12AB、12CD。
为了提高气体净化单元22的净化效率，本领域已知为总管32设置紧邻气体净化单元22上游的热交换器36。这样的现有技术热交换器36布置在图1中以虚线示出。在这种情况下，未净化气在其进入气体净化单元22之前在热交换器36中被冷却。WO 2008/113496中公开了尤其耐结垢的热交换器36的一个例子。热交换器36也可设有输入和输出挡板，以便可隔离热交换器36以进行维修和维护，或者可根据具体情况切换至备用热交换器。
在未净化气从电解槽14流到烟囱24时接触未净化气的管道和部件中的每一个赋予气体流动阻力，这也可用压降表示。压降对应于必须通过从风机34提供足够的抽吸来适应的能量损失。压力在紧邻风机34上游处最低，并且沿与气体流向相反的方向沿气体流动路径增加。在如图1所示的最远电解槽14f中压力最高，即风机抽吸量最低。因此，压力在整个系统中变化，包括沿公共收集管道26A-D变化。举例来说，第一公共收集管道26A中的压力在第一公共收集管道出口30AB处最低，并且在公共收集管道26A的最远端在支管道28f处最高。
四个公共收集管道26A-D可具有类似的设计和功能。因此，为清楚起见，下面将仅描述第一公共收集管道26A和连接到其的第一组多个熔炼锅14a-f。应当理解，其它三个公共收集管道26B-D与公共收集管道26A的配备和功能类似。
现在参看第一公共收集管道26A和经由支管道28a-f流体连接到第一公共收集管道26A的第一组多个熔炼锅14a-f，熔炼锅14a-f中的每一个生成未净化气。如描绘支流38a-f的箭头所示流动的未净化气通过相应的支管道28a-f流至公共收集管道26A。支管道28a-f中的每一个设有相应的热交换器40a-f，以便冷却相应的支流38a-f。通过将热交换器40a-f定位在支管道28a-f中，可取消定位在总管32中的任何热交换器36和与其相关联的挡板。热交换器40a-f中的每一个引入流动阻力，并且因此也引入压降。因此，位于相应的支管道28a-f中的热交换器40a-f对于各个支流38a-f的相对流量/速度具有均衡效应。考虑到跨各个热交换器40a-f的压降表示在由热交换器40a-f和其相应的支管道28a-f组成的整个支流路径上的最小总压降，可以更容易理解这一点。举例来说，作为用于说明该原理的极其特殊的情况，提供了以下描述。万一单个第一熔炼锅14a的负压例如由于相对于气体流在热交换器40a上游的支管道28a中的严重漏气而完全损失，热交换器40a的流动阻力将用来维持相对于气体流在热交换器40a下游的负压。热交换器40a的这样的流动阻力确保将仍然从其它锅4b-f抽出足够的未净化气，甚至在所述严重漏气的情况下。另一方面，如果在支管道28a-f中不存在热交换器40a-f，则在所述严重漏气的情况中，由于其流动阻力因泄漏而损失，风机34将从支管道28a抽出多得多的未净化气，同时通过未损坏的支管道28b-f的流量将显著下降。
以类似的方式，同样在正常操作条件下，热交换器40a-f用来更均匀地平衡来自电解槽14a-f的未净化气的各个支流38a-f的速度。特别地，多个热交换器40a-f用来使公共收集管道26A中的压力水平相对地均衡。这样的均衡减小了从相对于公共收集管道出口30AB最远的支管道28f的排放端到最近的支管道28a的排放端的压降。热交换器40a-f因此对沿公共收集管道26A的压力和因此相应的支流28a-f的流量具有均衡或调平(levelling)效应，即使在热交换器40a-f中的每一个中的流动阻力是相同的。因此可获得在熔炼锅14a-f中更可预测的过程条件，这可以导致更有效的铝制备。此外，由于可获得熔炼锅14a-f的更稳定的通风，所以减小了未净化气从熔炼锅14a-f向电解车间12AB内部的大气的泄漏。
由于热交换器40a-f的存在，支流28a-f没必要变得严格相等。在本公开中，术语“平衡”、“均衡”、“调平”等意味着减小相应的量值之间的任何差值，但未必消除它们之间的所有差值。
尽管各个热交换器40a-f中的每一个在相应的支管道28a-f中引入压降，但相比在总管32中具有单个热交换器36，系统中的总压降可以降低。这样的原因是，至少第一组支管道28a-d的每个支管道(即，最靠近公共收集管道出口30AB的那些支管道)否则将各自需要相应的挡板来调平沿公共收集管道26A的压力，使得支流38a-f变得相对平衡。在每个支管道28a-f中放置单独热交换器40a-f使挡板变得多余，使得挡板可被省掉或者在已经存在于系统中时保持打开状态。换言之，通过使用热交换器40a-f在自然地需要压降的地方形成压降，使用一个系统部件(即，热交换器40a-f)满足了两个系统要求。因此，热交换器40a-f实现了两个系统要求：压降和从未净化气除热。使用挡板在需要压降的地方产生这样的压降仍需要例如在总管32中使用热交换器36来从未净化气中除去热量。热交换器36因此在不需要压降的总管32中产生额外的压降。
热交换器40a-f不仅用来平衡流入公共收集管道26A的各个支流38a-f，而且平衡公共收集管道流27A与公共收集管道26B-D中的公共收集管道流27B-D的流量，前提条件是连接到这些公共收集管道的支管道28也配有热交换器40。
作为为公共收集管道26A的所有支管道28a-f设置热交换器40a-f的备选方案，也可仅为第一组支管道28a-d设置相应的热交换器38a-d，而使第二组支管道28e-f仍然不具有热交换器。在这种情况下，第二组支管道28e-f可设有用于产生压降的挡板，或者它们可不含有挡板和热交换器，以便允许自由流过它们。在第二组支管道28e-f比第一组支管道28a-d在距公共收集管道出口30AB更远处定位的构型中，后一种情况尤其具有吸引力。因此，来自第二组支管道28e-f的沿公共收集管道26A的压降将在一定程度上补偿第一组支管道28a-d的热交换器40a-d的压降。
图2是电解车间12AB朝烟囱24观察时沿图1的线II-II截取剖面的示意性侧视图表示。在图2中，仅示出一个熔炼锅14d，尽管其它熔炼锅14a-c、14e-f中的每一个也以类似方式连接到公共收集管道26A。因此，为了简单和清晰起见，仅详细描述熔炼锅14d、其在电解车间12AB中的布置、以及其到公共收集管道26A的连接。应当理解，根据具体情况，本主题的描述可适用于整个第一组熔炼锅14a-c和第二组熔炼锅e-f。
气体收集罩(hood)42d布置在熔炼锅14d的上方，使得来自电解槽14d的任何未净化气排放物均被收集，从而最小化向电解车间12AB的泄漏。支管道28d的入口44d流体连接到气体收集罩42d以从熔炼锅14d抽吸未净化气并获得未净化气的支流38d。支管道28d的排放端46d布置成将支流38d排入流体连接的公共收集管道26A中。布置在支管道28d中的热交换器40d与公共收集管道26A共用支撑结构48d。
图3中更详细地示出了图2的虚线矩形III内的区域的放大俯视图。
图3示出了支流38d向公共收集管道26A中的排放。支管道28d的排放端46d设有对齐段50d，其将支流38d的移动在与公共收集管道26A中的公共收集管道未净化气流27A的方向相同的方向上对齐。排放端46d还配有排放孔52d和收缩部54d，排放孔52d用于将对齐的支流排入公共收集管道26A的内部，收缩部54d用于使支流38d通过排放孔52d加速进入公共收集管道26A。通过在收缩部54d中加速支流38d，支流38d的增加的速度具有增加在公共收集管道26A中的公共收集管道未净化气流27A的速度的积极效应。因此，可减少风机34(图1)的能耗。此外，由收缩部54d产生的压降用来调平支流38a-f(图1)。优选地，支流38d速度被加速至比公共收集管道未净化气流27A的速率高的速率，使得排放的支流38d向下游推动公共收集管道未净化气流27A。尽管排放孔52d在图3中示出为布置用于在与公共收集管道未净化气流27A相同的方向上排放支流38d，但支流38d借助于对齐段50d与公共收集管道未净化气流27A的对齐不需要是严格的。就本公开而言，朝公共收集管道未净化气流27A的流向的支流38d的方向的任何变化都将被看作是对齐。根据一个实施例，相对于公共收集管道未净化气流27A的流向，排放端46d适于以小于45°的角度排放支流38d。
热交换器40d包括多个参照图4将更详细描述的传热元件68d。传热元件68d位于支流38d的流动路径中，使得热交换器40d产生流动阻力和当工厂10在使用时与该流动阻力相关联的压降。传热元件68d还提供用于从支流38d向冷却剂传递热量，冷却剂可通过热交换器40d从冷却剂入口72d流到冷却剂出口74d。
通过为至少两个支管道28a-d中的每一个设置相应的热交换器40a-d和此类相应的排放端46a-d，跨相应的热交换器40a-d和相应的收缩部54a-d上的总压降导致沿公共收集管道26A从最远的熔炼锅14f到第一公共收集管道出口30AB的更低的压降。同样，这实现了未净化气流在所有单独的支流38a-f之间更平衡的分布。此外，除了产生压降之外，由热交换器40d或收缩部54d中的任一个所产生的每个压降导致附加的有益效果，例如，与冷却剂交换热量，或者增加公共收集管道26A中的公共收集管道未净化气流的速度。因此，可减少不具有除产生压降之外的其它功能的诸如挡板的流动阻力产生部件的数量。这可导致风机34的总能耗的减少，如上所述。
支管道28d也可设有流调节挡板56d，其相对于气体流位于热交换器40d的上游，以用于微调支管道28d中的流动阻力。流调节挡板56d还可用来在电解槽14d需要维修的情况中单独地隔离电解槽14d。也可将类似的挡板(未示出)相对于气体流布置在热交换器40d下游的支管道28d中，以便可同样地隔离热交换器40d以进行维修。
现在转到图4，热交换器40d包括用于接纳来自支管道28d的支流38d的未净化气入口室66d和多个相互平行的间隔开的未净化气冷却管68d。冷却管68d容纳在冷却剂外壳70d中。冷却剂外壳70d在多个冷却管68d周围形成流体密封的隔室，从而允许诸如水的流体冷却剂与冷却管68d的外表面69d直接热接触。因此，冷却管68d充当传热元件。为清楚起见，图4的热交换器40d示出为将冷却剂外壳70d的部件“分解”。出于相同目的，热交换器40d示出为仅具有约40个冷却管68d。然而，根据一个实施例，举例来说，每个热交换器40d可以配有在100个和3000个之间的冷却管68d，以便在流动阻力和热交换效率之间产生适当的平衡。更典型地，每个热交换器40d可配有在100个和600个之间的冷却管68d。举例来说，冷却管68d可具有例如在约80和200cm(厘米)之间的长度和例如在约12和55mm(毫米)之间的直径。更典型地，冷却管68d可具有在20和30mm之间的直径。钢是一种用于管的合适材料。根据一个实施例，热交换器40d可被构造成在使用时产生在100Pa(帕斯卡)和800Pa之间的压降。
冷却剂经由设置在冷却剂外壳70d的上壁73d中的冷却剂入口72d流入热交换器40d，并且经由设置在冷却剂外壳70d的下壁75d中的冷却剂出口74d从热交换器40d流出。根据一个实施例，壁73d和壁75d是相对的。传递到热交换器40d中的冷却剂的热量可在可能需要热量的其它地方使用，诸如用于建筑物供暖、海水脱盐等。
每个冷却管68d的入口76d固定地连接到形成冷却剂外壳70d的一部分的冷却管入口板78d。每个冷却管68d的出口80d固定地连接到也形成冷却剂外壳70d的一部分的冷却管出口板82d。穿过冷却管入口板78d和冷却管出口板82d的孔81d对应于且流体连接到冷却管68d的入口76d和出口80d。这样，未净化气可经由冷却管68d从热交换器40d的未净化气入口室66d传送到支管道28d的排放端46d(图3)。
热交换器40d中的多个平行的冷却管68d沿其长度导引并加速未净化气流，从而获得穿过其中的相对良好导向的均匀流。未净化气的均匀性和速度导致相对低的结垢度。
每个冷却管68d设有冷却管入口漏斗77d，即加宽的冷却管入口，其在孔边缘83d处固定地连接到冷却管入口板78d，以便伸入入口室66d中。入口漏斗77d使进入冷却管68d的未净化气的流动加速，从而进一步降低管68d内部结垢的风险。虽然图4所示的入口漏斗77d为圆锥形状，但入口漏斗77d可被构造成其它形状，诸如例如钟形。
通过将单独热交换器40a-f(图1)定位在支管道28a-f中，每个热交换器40a-f可设计用于冷却相对少的未净化气支流38d。相应地，热交换器40a-f可制造得尺寸相对小，同时具有合适的容量以容纳预期减小的未净化气流体积。相对小尺寸的热交换器40a-f可更容易地与结合电解车间12AB(图1)如此定位的其它装置(例如，公共收集管道26A和/或电解槽14a-f)共用安装结构、接近平台、灯具、检查盖等。此外，相比居中定位的热交换器36(图1)的备选方案，在支管道28a-f处使用热交换器40a-f减少了对“备用”热交换器的需要。在支管道热交换器40a-f处的单一故障的情况中，工厂10的操作的结果相比相对大的居中定位的热交换器36(图1)的故障不够显著。
图5示出了支管道排放端46d的备选实施例，根据该实施例，热交换器40d位于支管道28d的排放孔52d处。因此，热交换器40d可起到换热、产生流动阻力和使支流38d加速流入公共收集管道26A的三项功能。这减少了对排放孔52d处单独的收缩部的需要，从而导致可用来减小风机34的能耗的另一种手段。
图6示出了一个备选实施例，其中，在排放孔52d处的可调式翼片60d允许微调支流38d的加速度以及微调支管道28d中的压降。
虽然已结合各种示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种更改并可用等同物替代本发明的元件。此外，在不脱离本发明实质范围的情况下，基于本发明的教导可进行许多修改以适应特定的情况或材料。因此，本发明意图不限于作为实现本发明构思的最佳方式而公开的特定实施例，而是本发明还将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
例如，以上描述了T形总管32。应当理解，总管可具有任何形状，或者作为将未净化气经由总管导引进入气体净化单元22的备选方案，每个公共收集管道26可直接连接到气体净化单元22。
此外，并非连接到公共收集管道26的所有支管道28都需要设有对齐段50d和/或收缩部54d；仅为多个支管道28设有对齐段50d和/或收缩部54d足以在流动分布和能耗方面获得积极效果。
热交换器40不必要是本文中所述的叠管式；其可以是本领域技术人员已知的任何类型。
没必要为了获得支流38的合适平衡而使公共收集管道出口30附近的所有支管道28都设有相应的热交换器40；作为示例性的备选方案，可将几个选定的支管道28设有热交换器40，并且跨剩余支管道28的压降可以以任何其它方式控制，例如借助于挡板。
支管道热交换器40a-f可用于调平在公共收集管道26A中的压力，而不论总管32中是否存在任何热交换器36。

Claims (14)

1. 一种用于从多个铝熔炼锅收集未净化气的未净化气收集系统，所述未净化气收集系统包括
公共收集管道(26A)，其用于沿公共收集管道流向导引公共收集管道未净化气流(27A)；以及
多个支管道(28a-f)，所述支管道(28a-f)中的每一个具有连接到熔炼锅(14d)以用于从所述熔炼锅(14d)抽吸未净化气支流(38d)的入口(44d)，和连接到所述公共收集管道(26A)的排放端(46d)，排放孔(52d)和用于使所述支流(38d)加速通过所述排放孔(52d)进入所述公共收集管道(26A)的收缩部(54d)，所述排放端(46d)配有用于对齐所述支流(38d)与所述公共收集管道流(27A)的方向的对齐段(50d)，其特征在于
所述多个支管道(28a-f)的至少两个支管道(28a-d)中的每一个设有相应的热交换器(40a-d)，所述热交换器(40a-d)中的每一个设有位于所述相应的支流(38a-d)的流动路径中的相应的传热元件(68d)，以用于将热量从未净化气的相应的支流(38d)传递到传热介质，并且用于在所述相应的支管道(28a-d)中产生流动阻力，所述流动阻力操作用于平衡所述至少两个支管道(28a-d)的支流(38a-d)。
2. 根据权利要求1所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(29a-d)的相应的热交换器(40a-d)和收缩部(54d)被构造成在使用时一起产生从所述相应的支管道入口(44d)到所述排放孔(52d)的总未净化气压降的至少50%。
3. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)中的每一个中的收缩部(54d)设有可调式翼片(60d)，以用于控制进入所述公共收集管道(26A)的相应的支流(38a-d)的加速。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)中的每一个的传热元件(68d)定位在排放孔(52d)处。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)中的至少一个设有相应的调节挡板(56d)，以用于微调所述相应的支管道(28d)的流动阻力。
6. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)占连接到所述公共收集管道(26A)的所有支管道(28a-f)的至少30%。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)连接到没有热交换器(40a-d)的多个支管道(28e-f)下游的所述公共收集管道(26A)。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的未净化气收集系统，其特征在于，所述至少两个支管道(28a-d)中的每一个的所述相应的热交换器(40a-d)包括用于接纳未净化气支流(38d)的未净化气入口室(66d)、以及多个相互平行的间隔开的未净化气冷却管(68d)。
9. 根据权利要求8所述的未净化气收集系统，其特征在于，每个未净化气冷却管(68d)具有冷却管入口漏斗(77d)，以用于加速进入所述冷却管(68d)的未净化气。
10. 一种使未净化气的支流(38a-d)从铝熔炼锅(14a-d)移动至公共收集管道(26A)的方法，包括：
在热交换器(40a-d)中冷却未净化气的所述支流(38a-d)，以便获得冷却的支流(38a-d)，所述冷却的支流(38a-d)将沿与已经流过公共收集管道(26A)的公共收集管道未净化气流(27A)的流向对齐的方向加速进入所述公共收集管道(26A)。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述热交换器(40a-d)使所述支流(38a-d)进入所述公共收集管道(26A)的流动加速。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法沿所述公共收集管道(26A)在多个熔炼锅(14a-d)中的每一个中进行。
13. 用于使来自铝熔炼锅(14a-d)的未净化气的支流(38a-d)加速进入公共收集管道(26A)的热交换器(40a-d)的用途。
14. 用于平衡相应的多个支管道(28a-f)中的多个支流(38a-f)的多个流动阻力产生热交换器(40a-d)的用途，所述支管道(28a-f)中的每一个流体连接在相应的铝熔炼锅(14a-f)和公共收集管道(26A)之间。
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