[发明专利]热交换器和金属生产系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器。本发明特别地、但不是必须排他地涉及在金属冶炼厂的熔炉的冷却中使用的热交换器。将容易领会热交换器也可以在大范围的其它应用中使用。

背景技术

在金属冶炼厂中并且特别地在铝冶炼厂中，冶炼厂包括多个电解槽或熔炉，它们每个具有壳体，电解质和熔融金属容纳在所述壳体中。铝由电解过程生产并且电解质的温度可以达到大约1000℃的温度。这导致每个电解槽的壳体上的相当高的温度。所以必须减小这些壳体的温度以保护壳体免于腐蚀和灾难性故障。

在过去，这通过将冷却流体、例如空气在已变得过热的位置引导到壳体上而实现。这需要很大量的压缩空气、非常低效并且为操作者带来噪声和粉尘危险。而且，空气只能以该方式应用于熔炉壳体的过热局部部分。大部分熔炉的壳体温度没有被该手段冷却并且没有产生冶炼厂总体效益。

在另一发展（Bos等人的美国专利第6,251,237号）中，已提出作为每个壳体的一体部分的永久管道装置。这不仅必须有复杂的管道系统，而且也需要某种形式的流体的强制驱动。

另外，为了修改冶炼厂以冷却它们，在某些情况下可能必须首先停止每个熔炉。这在经济上是不利的，原因是冶炼厂的任何停工时间具有不利的经济后果。更重要地，当熔炉停机停止任何相当长的时间时，电解质凝固，导致必须执行大起动工序以便重新启动熔炉。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种热交换器，其包括：

管道，用于相对于将冷却的主体输送冷却流体；以及

与管道的内部连通的热传递装置，热传递装置和管道一起限定组件，所述组件能够邻近待冷却的主体安装，在使用中，由于冷却流体相对于主体和相对于组件的热传递装置的运动，发生对流热交换，并且在主体和组件的热传递装置的至少一部分之间发生辐射热交换。

优选地，组件以部段形成，所述部段可以与形成通道的管道成端对端关系布置，冷却流体由于类烟道效应而流动通过所述通道。在该布置的情况下，不需要热交换器的移动部分并且由于温度差和通过组件的流体流动而发生热交换。至少热传递装置具有吸热材料并且可以是黑导管。“黑导管”被理解为具有高吸热特性、低辐射热反射特性并且可以是金属的导管。为了增强组件的吸热能力，金属导管可以涂覆有吸热涂层，例如黑色、吸热涂料。

为了进一步促进管道中的流体和管道自身的主体之间的热交换，管道的可操作内部区域可以包含热交换元件。热交换元件可以呈热传递介质的形式以实现管道和管道内的冷却流体之间的增加对流热交换。

通过管道的流体流动的控制可以借助于布置在管道中的控制元件实现。例如，热交换器可以包括布置在管道中用于控制通过管道的流体的流动的一个或多个阻尼器。

在本发明的第一实施例中，热传递装置可以包括布置在管道的外表面上的多个翅片。相邻翅片之间的空间可以用作辐射热收集部以帮助主体和组件之间的辐射热传递。翅片可以水平地布置并且竖直地间隔。替代地，翅片可以竖直地布置并且水平地间隔，在使用中，在两种情况下提供增加的表面积以实现主体、冷却流体和组件之间的对流热交换。

在冶炼厂中，电力通过母线提供给冶炼厂。在本发明的第一实施例中，热交换器可以包括在使用中可操作地布置在组件之下以用于将冷却流体偏转到与待冷却的主体接触的偏转器。偏转器可以呈安装在母线上的V形（当观察端部时）偏转板的形式。偏转板可以用于将流体偏转到与主体的壁接触。流体的对流加热促进流体沿着主体的侧面流动到与组件接触。孔可以在翅片的中间限定于管道的壁中，使得由主体对流加热的流体被吸引到管道的内部以容纳在其中。

为了便于组件相对于待冷却的主体放置就位，组件的每个部段可以安装在辊上，所述辊又支撑在偏转板上。

热交换器可以包括可操作地布置在管道之上以用于抑制经加热的空气的逸出或旁路通过的流体收集元件。流体收集元件可以包括安装在组件之上的罩或盖板上，所述罩或盖板也遮盖组件以免粉尘泄漏，否则可能污染热交换器。

管道可以朝着它的下游端向外渐缩以促进类烟道效应并且将冷却流体的均匀流动牵引到管道的每个部段中。管道的下游端连接到热交换器容纳在其中的熔炉或结构的流体提取装置。例如，在铝冶炼厂的情况下，导管的下游端可以连接到冶炼厂的排气风扇以提供通过管道的流体的助力、自然对流流动。与以另外方式从纯自然烟道效应获得的流动相比，在管道中流动的流体然后可以以更大的流动对流地冷却管道。