原始气体收集系统 |
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| 申请号 | CN201180055268.X | 申请日 | 2011-09-14 | 公开(公告)号 | CN103261487B | 公开(公告)日 | 2016-07-27 |
| 申请人 | 阿尔斯通技术有限公司; | 发明人 | A.K.索尔胡斯; G.维德; O.E.比雅诺; | ||||
| 摘要 | 一种用于收集来自多个 铝 熔炼罐(4)的原始气体的原始气体收集系统(15)配备有多个支管道(16，16a-d)。各个支管道(16，16a-d)布置成将原始气体的相应支流(32，32a-b)从铝熔炼罐(4)引导到收集管道(20a)，收集管道对支管道是公共的，且由支管道(16，16a-d)共用。若干支管道(16，16a-d)配备有联合式热传递和流阻产生元件(17)，以从原始气体的相应的支流(32，32a-b)移除热，以平衡原始气体收集系统(15)中的原始气体流。联合式热传递和流阻产生元件(17)减少对使用节气 阀 调节相应的支管道(16、16a-d)的流量的需要，从而降低将原始气体输送通过系统所需的功率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于收集来自多个铝熔炼罐的原始气体的原始气体收集系统，包括多个支管道，各个支管道流体地连接到所述多个铝熔炼罐中的相应的铝熔炼罐上，以便所述支管道中的各个将原始气体从所述熔炼罐处的相应的支管道入口引导到相应的支管道出口； |
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| 说明书全文 | 原始气体收集系统技术领域[0002] 本发明还涉及用于平衡原始气体收集系统中的原始气体流的方法，以及使用多个联合式热传递和流阻产生元件来平衡原始气体收集系统中的原始气体的多个支流。 背景技术[0003] 通过使用霍尔-埃鲁(Hall-Heroult)工艺，可通过电解反应在电解熔炼罐中产生铝。该工艺会产生呈热的含微粒的原始气体的形式的原始气体，在原始气体排到大气中之前，它在气体清洁单元中被清洁。管道系统通常用于将热的含微粒的原始气体从熔炼罐引导到气体清洁单元。 [0004] 典型的气体清洁单元可包括干式洗涤器和灰尘过滤器，例如可为袋式过滤器类型的织物过滤器。对这样的系统的考量在于，关于原始气体处理系统，消耗能量的风扇往往是必要的，以便主动地将原始气体抽送通过气体清洁单元。之所以这样是因为原始气体收集管道和原始气体清洁单元可在烟道气收集和清洁系统中引入流阻。 [0005] 而另一个考量在于，原始气体处理系统可能需要原始气体在进入原始气体清洁系统之前被冷却。这个要求可由例如任何下游装备的温度敏感性规定，或者由气体清洁单元的清洁效率的温度依赖性规定。通过将冷的周围空气混合到气体清洁单元上游的原始气体管道中来冷却由铝熔炼罐产生的热的原始气体是已知的。气体/空气混合较简单，但对于高的气体温度而言，提供充分冷却所需的周围空气的量变得很多，而且冷却的原始气体量也变得很多。因此，由于原始气体量增加，气体清洁单元的大小、将气体抽过气体清洁单元的下游风扇的大小和装置能量消耗也必须相应地增大。铝生产装置的能量消耗可能非常大，而且找到可减少能量消耗的地方是合乎需要的。 发明内容[0006] 根据本文描述和示出的各方面，所讨论的用于收集来自多个铝熔炼罐的原始气体的原始气体收集系统至少部分地克服或减轻现有技术的以上缺点和缺陷。所讨论的原始气体收集系统包括：多个支管道，各个支管道流体地连接到多个铝熔炼罐中的相应的铝熔炼罐上，各个支管道适于将原始气体从熔炼罐处的相应的支管道入口引导到相应的支管道出口；以及在相应的支管道出口处流体地连接到多个支管道上的第一公共收集管道，第一公共收集管道适于以与收集管道流方向上的原始气体流的方向共同的流向，将原始气体从支管道出口引导向气体清洁单元。所述多个支管道中的第一支管道的支管道出口位于多个支管道中的第二支管道的支管道出口的下游，如在收集管道中的原始气体的收集管道流向上看到的那样。第一支管道设有第一联合式热传递和流阻产生元件，该元件适于与第一支管道结合起来产生从第一支管道的支管道入口到支管道出口的第一总流阻，以及将热从原始气体的第一支流传递到热传递介质。第一总流阻大于第二支管道的、从第二支管道的支管道入口到支管道出口的第二总流阻。 [0007] 原始气体收集系统使得将多个支管道之中的特定的支管道调节成特定的流阻成为可能。由于第一支管道和第二支管道流体地连接到相同的公共收集管道上，所以通过借助于用于第一支管道的联合式热传递和流阻产生元件来调谐流阻而平衡来自第一支管道和第二支管道的原始气体流量是可行的。此外，第一联合式热传递和流阻产生元件可适于冷却在设有第一支管道的那个熔炼罐中产生的热的原始气体。因而，第一联合式热传递和流阻产生元件以有用的方式增大第一支管道的流阻，并且减少对例如管道调整节气阀引入的本来无用的流阻的需要，以便补偿沿着收集管道的压降。换句话说，原始气体收集系统不仅冷却原始气体，而且还减少对管道调整节气阀的需要，这又减少原始气体收集系统的总能量消耗。 [0008] 此外，在支管道处具有联合式热传递和流阻产生元件可允许热传递和流阻产生元件非常小，并且从而包括在现有的熔炼罐结构中，这会减少成本。此外，在一个特定的支管道处具有联合式热传递和流阻产生元件仅可影响支管道流体地连接到其上的特定的熔炼罐。因而，仅那个特定的熔炼罐受到最终故障或维护工作的影响，并且从而不需要对接近和绕过可能性投入那么多注意力。同样，可在高效的热传递方面，而非在避免结垢问题方面，优化联合式热传递和流阻产生元件的设计。 [0009] 在一个实施例中，第二支管道设有第二联合式热传递和流阻产生元件，该元件适于与第二支管道结合起来产生从第二支管道的支管道入口到支管道出口的第二总流阻，以及将热从原始气体的第二支流传递到热传递介质。这个实施例的优点在于，在第二支流被引导到气体清洁单元之前，第二支流也被冷却。尽管各个单独的联合式热传递和流阻产生元件会在相应的支管道中引入压降，但与在集管管道中具有单个热交换器相比，系统中的总压降可被降低。 [0010] 在一个实施例中，多个支管道中的所有支管道中的至少10%设有相应的联合式热传递和流阻产生元件。这种布置对原始气体提供高效的冷却，并且对支管道之间的原始气体流量提供高效的平衡。支管道中的至少一个包括用于精调原始气体的相应的支流的流阻的节气阀是可行的。 [0011] 在一个实施例中，多个支管道包括5-500个流体地连接到第一公共收集管道上的支管道，各个支管道对特定的熔炼罐是特有的，其中，所述多个支管道中的至少10%的支管道设有相应的联合式热传递和流阻产生元件，其中，设有相应的联合式热传递和流阻产生元件的各个支管道的相应的总流阻适于高于位于上游的支管道的总流阻。如本文所用，“位于上游的支管道”表示相对于公共收集管道中的原始气体流，相应的支管道出口位于上游。各个联合式热传递和流阻产生元件都具有热传递元件，该元件适于与相应的支管道结合起来产生总流阻，以及将热从原始气体的相应的支流传递到热传递介质。 [0012] 在原始气体收集系统的一个实施例中，多个支管道中的各个设有相应的联合式热传递和流阻产生元件。在原始气体收集系统中的多个支管道上设置联合式热传递和流阻产生元件可为有利的，因为支管道流体地连接到公共收集管道上。因而，通过具有这种联合式热传递和流阻产生元件的各个支管道来平衡原始气体流的分布可为可行的。另外，如果在多个支管道上设置联合式热传递和流阻产生元件，可以有利的方式利用系统中较大部分的流阻。 [0013] 在一个实施例中，第一总流阻比第二总第一流阻高至少1.0%。对于特定的支流，一个支管道的流阻被定义为从熔炼罐处的支管道入口到公共收集管道处的支管道出口的压降。因而，当比较设有两个不同的联合式热传递和流阻产生元件的两个不同的支管道的流阻时，或者如果一个支管道设有联合式热传递和流阻产生元件，而另一个支管道没有，则使用管道的相同的流量和从相应的支管道入口到相应的支管道出口的相应的压降来进行比较。 [0014] 在一个实施例中，第二公共收集管道适于将原始气体从另一个多个熔炼罐引导到气体清洁装置。第二收集管道可为具有相同数量的熔炼罐、支管道等的第一收集管道的镜像构造。在第一公共收集管道和第二公共收集管道中具有相同的流量以便具有平衡系统是可行的。来自第一公共收集管道和第二公共收集管道的流在被引导到气体清洁装置中之前，可会聚到公共抽吸管道中。使第三公共收集管道和第四公共收集管道流体地连接到同一气体清洁装置上也是可行的。一个可行构造可为具有第一公共收集管道和第三公共收集管道，它们各自与熔炼罐的子线路相关联，从而将原始气体引导到第一抽吸管道。类似地，各自与熔炼罐的子线路相关联的第二公共收集管道和第四公共收集管道可将原始气体引导到第二抽吸管道。被引导通过第一抽吸管道和第二抽吸管道的原始气体可会聚到公共抽吸管道中，并且被引导到气体清洁装置中。为在原始气体收集系统中实现良好的原始气体分布，在所有四个收集管道中具有相同的流阻是可行的。 [0015] 在一个实施例中，联合式热传递和流阻产生元件包括热交换器。热交换器在原始气体的支流和热传递介质之间提供高效的热交换。热交换器可包括用于接收原始气体的支流的原始气体入口室，以及多个互相平行的原始气体冷却管，原始气体冷却管是隔开的，并且原始气体传送通过原始气体冷却管。由于热交换器流阻的原因，这样的热交换器提供低程度的结垢和低的能量损耗。因此，人们可实现低能量损耗，同时仍然保持足够的压降，以平衡相应的支流量。根据实施例，各个原始气体冷却管具有用于使进入冷却管中的原始气体加速的冷却管入口漏斗。入口漏斗可减少结垢，并且可较好地适于所论述的管流阻的目的。可堵塞原始气体冷却管中的至少一个。通过堵塞原始气体冷却管中的一个或多个，可调节设有热交换器的支管道中的流阻。因此，通过堵塞各种数量的管，可对不同的支管道使用类似的热交换器，以特别地精调各个支管道的不同的流阻。特别地，在相邻的支管道上设置有类似的热交换器，以及堵塞热交换器中一些(而可能不是其它热交换器)上的相同或不同数量的冷却管可为有用的。如果是这样，相对于公共收集管道中的原始气体流的方向，堵塞的冷却管的数量可沿下游方向增加。例如，如果第一支管道和第二支管道中的各个都配备有具有多个原始气体冷却管(原始气体传送通过其中)的类似的热交换器，可堵塞第一支管道中的热交换器的管中的一个或若干个，同时不堵塞第二支管道，或者较低程度地堵塞第二支管道，以便对第一支管道实现比第二支管道更高的流阻。 [0016] 根据本文公开的其它方面，包括上面描述的原始气体收集系统的铝生产装置的至少部分地克服或减轻现有技术的上面提到的缺点和缺陷，其中，多个支管道设有联合式热传递和流阻产生元件。 [0017] 根据本文公开的其它方面，用于平衡可用于收集来自至少第一铝熔炼罐和第二铝熔炼罐的原始气体的原始气体收集系统中的原始气体流量的方法基本克服或减轻现有技术的上面提到的缺点和缺陷。本方法包括：使来自第一熔炼罐的原始气体的第一支流暴露于由第一联合式热传递和流阻产生元件产生的第一流阻，然后在第一支管道出口处将第一支流引入到公共收集管道中；使来自第二熔炼罐的原始气体的第二支流暴露于第二流阻，然后在第二支管道出口处将第二支流引入到所述公共收集管道中，相对于沿着公共收集管道的原始气体流，第二支管道出口位于第一支管道出口的上游，第二流阻低于第一流阻。根据一个实施例，第二流阻至少部分地由第二联合式热传递和流阻产生元件产生。 [0018] 根据本文公开的其它方面，通过使用用于平衡可用于收集来自多个铝熔炼罐的原始气体的原始气体收集系统中的原始气体的多个支流的流量的多个联合式热传递和流阻产生元件，基本克服或减轻现有技术的上面提到的缺点和缺陷。多个支管道布置在相应的铝熔炼罐和公共收集管道之间。从而，可较均匀地平衡通过多个支管道的单独的支原始气体流量，并且/或者，可消耗较少能量来抽送气体或吹送气体。附图说明 [0019] 参照附图，通过示例性实施例的以下说明性和非限制性详细描述，将更好地理解以上以及额外的目标、特征和优点，在图中以相同的方式对相同元件编号，其中： [0020] 图1是原始气体收集系统的示意性横截面侧视图； [0021] 图2是原始气体收集系统的顶部平面图； [0022] 图3a是图2的原始气体收集系统的一部分的示意性俯视图； [0023] 图3b是图2的原始气体收集系统的一部分的示意性透视图。 具体实施方式[0024] 图1是铝生产装置1的示意性侧视图。铝生产装置1具有铝生产电解池室2，其中可布置多个铝生产电解池或熔炼罐4。在图1中，为了清楚和简洁，仅描绘了一个熔炼罐4，而且将理解的是，电解池室2可典型地包括50至200个熔炼罐4。熔炼罐4包括多个阳极电极6，典型地六至三十个阳极电极，它们典型地布置成沿着熔炼罐4的长度延伸的两个平行的排且延伸到浴槽8的内容物7中。一个或多个阴极电极10也位于浴槽8内。在熔炼罐4中进行的工艺可为众所周知的霍尔-埃鲁工艺，其中，在含氟矿物质的熔体中溶解的氧化铝被电解而形成铝，因此，熔炼罐4起电解池的作用。粉末氧化铝从集成在熔炼罐4的上层结构13中的料斗12馈送到熔炼罐4。借助于至少一个馈送器14，粉末氧化铝馈送到浴槽8。 [0025] 在熔炼罐4中进行的电解过程会产生大量热、尘粒和排出气体，包括(但不限于)氟化氢、二氧化硫和二氧化碳。在本公开中，用语原始气体表示来自工业过程的未清洁气体，诸如来自电解熔炼罐4的热的烟道气。原始气体收集系统15构造成收集来自多个熔炼罐4的原始气体，以及将原始气体引导到气体清洁单元26，气体清洁单元26使原始气体清洁，使其可安全地释放到大气中。支管道16流体地连接到熔炼罐4的罩19的内部区域18。支管道16配备有联合式热传递和流阻产生元件17，诸如热交换器17'、17a-17d。下面将参照图2来更详细地描述热传递和流阻产生元件17或热交换器17'、17a-17d以及原始气体收集系统15。若干个并行的熔炼罐4的类似的支管道16流体地并行连接到一个第一公共收集管道20a上。风扇22通过流体地连接到第一公共收集管道20a上的公共抽吸管道24来将原始气体从第一公共收集管道20a抽送到气体清洁单元26。风扇22优选相对于原始气体流位于气体清洁单元26的下游，以在气体清洁单元26中产生负压。但是，作为备选方案，风扇22也可位于公共抽吸管道24中。 [0026] 在US 5,885,539中更加详细地描述了适当的气体清洁单元26的示例。可选地，从气体清洁单元26中流出的排出气体在二氧化硫移除装置(未显示)中被进一步处理，例如海水洗涤器(诸如US 5,484,535中公开的那个)、石灰石湿法洗涤器(诸如EP 0 162 536中公开的那个)，或者利用碱性吸收物质来从排出气体中移除二氧化硫的另一个这种装置。可选地，看情况，从气体清洁单元26或二氧化硫移除装置(如情况可能的那样)中流出的排出气体可传送通过二氧化碳移除装置(未显示)，二氧化碳移除装置从排出气体中移除至少一些二氧化碳。二氧化碳移除装置可为适于从排出气体中移除二氧化碳气体的任何类型。适当的二氧化碳移除系统和过程的示例为所知的WO 2006/022885中公开的冷冻氨过程。因此，主要包含氮气和氧气的清洁的排出气体通过流体地连接的烟囱28而释放到大气中。 [0027] 图2示意性地示出十四个熔炼罐4、4b，它们在图2中用实线表示，它们与图1中显示的熔炼罐4为相同的类型。熔炼罐4、4b分别布置成第一和第二排或子线路30a、30b，第一和第二排或子线路30a、30b各自具有七个熔炼罐4、4b。各个熔炼罐4、4b均设有支管道16、16a-d。第一子线路30a具有第一公共收集管道20a，而第二子线路30b具有第二公共收集管道20b，以用于将原始气体从支管道16、16a-d分别引导到第一抽吸管道24a和第二抽吸管道 24b。来自第一抽吸管道24a和第二抽吸管道24b的原始气体流在公共抽吸管道24中会聚，并且被引导到气体清洁单元26中。 [0028] 图2还描绘了以虚线示出的六个熔炼罐4、4b。虚线指示图2的布置可选地包括第三子线路30c和第四子线路30d，相应的熔炼罐4、4b沿着第三子线路30c和第四子线路30d而布置。子线路30c的第三收集管道20c与第一公共收集管道20a流体地连接到相同的第一抽吸管道24a上。因而，来自第一公共收集管道20a的原始气体流和来自第三收集管道20c的原始气体流在第一抽吸管道24a中会聚。同样，第二抽吸管道24b接收来自第二收集管道20b和子线路30d的第四收集管道20d两者的原始气体流。换句话说，分别来自在居中定位的气体清洁单元26的各个侧部上的第一公共收集管道20a和第三收集管道20c以及第二收集管道20b和第四收集管道20d的原始气体流分别被引导到相同的第一抽吸管道24a和第二抽吸管道24b中。第一子线路30a和第三子线路30c置于铝生产装置1的相同的池室2中，如参照图1所描述的那样。第二子线路30b和第四子线路30d置于另一个池室2中。 [0029] 两个伸长的电解池室2平行布置，具有保持例如气体清洁单元26和烟囱28的公共中心结构。一个池室2的支管道16、16a-d布置成平行于彼此，并且平行地连接到各个相应的收集管道上。收集管道布置成垂直于支管道16。 [0030] 在相应的熔炼罐4、4b中产生的原始气体流被从第一抽吸管道24a和第二抽吸管道24b引导到公共抽吸管道24，并且被进一步引导到气体清洁单元26。原始气体在气体清洁单元26中被处理，并且然后通过烟囱28而释放到大气中。在图2以虚线显示仅六个熔炼罐4、 4b，但虚线子线路30c、30d应当优选地包括数量与实线子线路30a、30b相同的熔炼罐4、4b，并且像实线子线路30a、30b那样起作用和配备，以使在原始气体收集系统15中流动的原始气体具有平衡的流量。 [0031] 图2示出熔炼罐4、4b的四个子线路30a-d，但铝生产装置1可典型地包括熔炼罐4的4至100个子线路，但为了清楚的原因，在图2中仅示出四个子线路30a-d。此外，尽管在图2的各个子线路30a-d中仅示出几个熔炼罐4，但一个子线路可典型地包括25至100个熔炼罐4。 当以俯视图示出时，图2中示出的具有流体地连接到公共抽吸管道24和气体清洁单元26上的熔炼罐4的四个子线路30a-d的结构看上去是“H”形，这是对本领域技术人员众所周知的方式。 [0032] 如上面提到的那样，原始气体收集系统15用于收集熔炼罐4中产生的原始气体，以及用于将原始气体引导到气体清洁单元26。为了简洁和清楚，在本文中参照第一子线路30a来描述原始气体收集系统15。但应当理解的是，原始气体收集系统15可收集和平衡来自不止一个子线路的原始气体流。以与下面针对子线路30a所描述的相同的方式布置和运行所有子线路是可行的。 [0033] 图2中显示的原始气体收集系统15具有设置在各个熔炼罐4处的一个支管道16、16a-d。各个支管道16、16a-d均设有相应的支管道入口34、34a、34b和相应的支管道出口36、 36a、36b，支管道出口将相应的支管道16、16a-d分别流体地连接到相应的熔炼罐4和第一公共收集管道20a上。各个支管道16、16a-d将原始气体的支流32、32a、32b从相应的熔炼罐4引导到第一公共收集管道20a。第一子线路30a中的所有熔炼罐4都流体地连接到第一公共收集管道20a上。原始气体收集系统15进一步包括第一抽吸管道24a，来自熔炼罐4的原始气体通过流体地连接的第一公共收集管道20a而被引导到第一抽吸管道24a中。来自第一抽吸管道24a的原始气体流被转送到公共抽吸管道24，公共抽吸管道24将原始气体引导到气体清洁单元26。根据以上描述，原始气体在气体清洁单元26中被处理，并且清洁气体通过烟囱28而释放到大气中。 [0034] 联合式热传递和流阻产生元件17(诸如热交换器17'、17a-d)设置在图2中示出的一些支管道16、16a-d上。在图2中显示的实施例中，对于第一子线路30a，流体地连接到最接近那个位置P(在此处，第一公共收集管道20a连接到第一抽吸管道24a上)的第一公共收集管道20a上的四个支管道16a-d中的各个均配备有相应的热交换器17'、17a-d。如参照图1所描述的那样，在电解过程期间，在熔炼罐4中产生大量热。但是，为了高效地清洁原始气体(例如通过洗涤)，在原始气体进入气体清洁单元26之前，优选冷却原始气体。在原始气体通过第一公共收集管道20a、第一抽吸管道24a、公共抽吸管道24而传送到气体清洁单元26之前，相应的热交换器17a-d用来降低被引导通过支管道16a-d的原始气体的相应的原始气体的支流32、32a-b的温度。第一子线路30a的其余三个支管道16也可以可选地配备有热交换器17'，在图2中，在子线路30a的、最远离位置P的那些相应的支管道16处以虚线示出热交换器17'，在位置P处，第一公共收集管道20a连接到第一抽吸管道24a上。典型地，所有支管道16、16a-d的至少10%设有热传递和流阻产生元件17。对所有支管道16、16a-d提供热传递和流阻产生元件17是可行的。通常，对所有支管道16、16a-d中的大约10%-90%、更典型地20%- 60%提供热传递和流阻产生元件17。 [0035] 除了冷却原始气体以外，热交换器17a-d用于平衡原始气体收集系统15中的原始气体的流量。原始气体收集系统15在欠压下运行，风扇22(图1)在气体清洁单元26处产生欠压。因此，原始气体收集系统15通过支管道16、16a-d、第一公共收集管道20a、第一抽吸管道24a和公共抽吸管道24，主动将原始气体从熔炼罐4抽送到气体清洁单元26中。根据众所周知的流体定律，与源自离气体清洁单元26较短距离的熔炼罐4的原始气体相比，源自离气体清洁单元26较长距离的熔炼罐4的原始气体将暴露于更高的压降。因而，如果在原始气体收集系统15中未使用流阻产生元件，则与定位得较远的熔炼罐4相比，风扇22将从定位得较近的熔炼罐4中抽出更多原始气体，从而导致熔炼罐4有不均匀的排气。 [0036] 热交换器17'、17a-d中的各个用于在原始气体的相应的原始气体的支流32、32a-b中产生流阻。能够具有若干个不同种类的热交换器17'、17a-d，使得各个特定的支管道16、16a-d内的流阻随着相应的支管道出口36、36a-b到位置P(在此处，第一公共收集管道20a连接到第一抽吸管道24a上)的距离的增大而减小。从相应的支管道出口36、36a-b到位置P的距离在本文中被称为“流体距离”，即，从支管道出口36、36a-b处的进入第一公共收集管道 20a中的原始气体入口到位置P而测得的距离。 [0037] 以示例的方式，对于为10000 Nm3/h(标准立方米每小时)的原始气体的支流32a，跨过布置在第一支管道16a中的第一热交换器17a具有大约700 Pa的流阻可为优选的，第一支管道16a是位置最接近位置P的支管道16。跨过布置在相对于沿着第一公共收集管道20a的原始气体流位于第一支管道16a的上游不远处的第二支管道16b中的第二热交换器17b的流阻低于跨过第一热交换器17a的流阻，从而使得第一总流阻可比第二总流阻高大约1.0%-20%。由于跨过热交换器17a和17b的流阻的这种差异，跨过第一热交换器17a的较高的流阻会补偿第二支管道16b的较长的流体距离。因此，从支管道16a和16b中抽出基本相等的量的原始气体的支流32a和32b。类似地，跨过热交换器17c和17d的流阻优选将各自仍然分别较低，以补偿与支管道16c和16d相关联的、仍然较长的流体距离。因此，通过使跨过相应的热交换器17'、17a-d的压降较低来补偿较长的流体距离。 [0038] 对于具有较长流体距离的那些支管道16，因此可为优选的是，具有非常低的流阻，以进行补偿。因此，离点P具有最长流体距离的支管道16可完全不配备有热交换器，或者可配备有可选的热交换器17，热交换器17具有跨过它们的较低压降，如图2中的虚线所示出的那样。 [0039] 如所描述的那样，可控制和调节跨过各个热交换器17'、17a-d的流阻，以使它们适应各个相应的支管道16、16a-d的位置。冷却支管道16中的原始气体可与所讨论的跨过热交换器17'的压降相互关联。因此，包括较高压降的热交换器17a的支管道16a的原始气体的支流32a通常将比完全没有热交换器或者具有低压降的热交换器17'的支管道16的原始气体的支流32更高效地冷却。最终到达气体清洁单元26的原始气体将为所有单独的原始气体流的混合物，而且在最接近的原始气体的支流32a、32b中进行高效冷却可适于补偿最长流体距离原始气体的支流32的较低程度的冷却，使得最后进入气体清洁单元26的联合原始气体在期望的温度范围之内。 [0040] 由于热交换器17'、17a-d的存在，原始气体的支流32、32a、32b在量上不必变得完全相等。在本公开中，用语“平衡”等表示减小相应的幅度之间的任何差异，但不必消除它们之间的所有差异。 [0041] 多个支管道之中的两个或若干个相邻的支管道(例如支管道16a和16b)具有相同的流阻也是可接受的。 [0042] 在图2中描述的布置中，熔炼罐4、4b可沿着子线路30a-d而布置，在那里，一个子线路30a-d中的所有熔炼罐4、4b都流体地连接到相应的收集管道上，以通过相应的支管道16、16a-d将原始气体从熔炼罐4、4b引导到气体清洁单元26。为了具有平衡良好的原始气体收集系统15，使一个子线路30a-d中的所有熔炼罐4、4b都在相同条件(即，相同的欠压或吸力)下运行可为合乎需要的。来自各个熔炼罐4、4b的原始气体被引导一段距离，以到达气体清洁单元26，该距离取决于熔炼罐4、4b沿着子线路30a-d的位置而改变。因而，为了使得在相同的子线路30a-d的所有熔炼罐4、4b上具有基本相同的欠压或吸力，因此需要调节支管道 16、16a-d中的流阻。通过联合较长流体距离与跨过特定支管道16、16a-d的热交换器17'、 17a-d的较低压降，以及联合较短流体距离与跨过特定支管道16、16a-d的热交换器17'、 17a-d的较高压降，对那个子线路30a-d的所有熔炼罐4、4b实现几乎相同的吸力/欠压条件是可行的。 [0043] 在其中若干个子线路30a-d以本领域技术人员众所周知且在图2中示出的方式，成对地连接而形成例如在俯视图中是线或“H”形的结构的铝生产装置1中，优选的是，各个这种子线路30a-d具有基本相同的吸力，使得子线路30a-d同样彼此平衡。 [0044] 图3a-b显示可用于原始气体收集系统15中的热交换器17'的示意图。图3a中的热交换器17'位于接近支管道出口36的一个支管道16中，在支管道出口36处，烟道气被转送到第一公共收集管道20a中。热交换器17'具有多个冷却管40，原始气体的支流32传送通过冷却管40。冷却管40对准支管道16的内部的原始气体的支流32的方向。热传递介质(其可为例如水、空气或油)传送到冷却管40的外部。在WO 2008/113496中描述了这种管式热交换器。各个冷却管40的长度可为大约0.5 m-2 m，而冷却管40的直径可为大约12 mm-55 mm(毫米)。更典型地，冷却管40可具有介于20 mm和30 mm之间的直径。钢是适于冷却管40的材料。 在图3a-b中，在热交换器17'中仅显示几个冷却管40。但是，根据实施例，以示例的方式，各个热交换器17'可配备有100个到3000个冷却管40，以便在流阻和热交换效率之间产生适当的平衡。更典型地，各个热交换器17'可配备有100个到600个冷却管40。 [0045] 可行的是，在两个或若干个相邻的熔炼罐4的支管道16处设置类似的热交换器17'，以及使用例如节气阀41(可如图3a中的箭头指示的那样调节节气阀41)来精调相应的原始气体的支流32的流阻，以调节到对于通过支管道16的原始气体的支流32而言合乎需要的确切压降。因此，不必使特定的热交换器17'对各个单独的支管道16具有特定压降。另外，可行的是，若干个支管道16配备有提供相同的或类似的流阻的热交换器17'。如果是这样的话，至少一个其它支管道16将配备有较低或较高流阻的热交换器17'。如上面提到的那样，支管道16中的一个或若干个不配备有热交换器17'也是可行的。如图3b中最佳地示出的那样，图3a-b的热交换器17'包括用于接收原始气体的支流32的原始气体入口室42，以及多个互相平行的隔开的原始气体冷却管40。冷却管40容纳在冷却剂壳体46中。冷却剂壳体46在多个冷却管40周围形成不透流体的隔室，从而允许流体冷却剂(诸如水)与冷却管40的外表面处于直接的热接触。从而，冷却管40用作热传递元件。为了清楚，以冷却剂壳体46的一部分断开的方式示出图3b中的热交换器17'。为了同一目的，在图3b中示出热交换器17'具有仅大约40个冷却管40。在示出的实施例中，冷却管40具有圆形横截面。 [0046] 冷却剂通过设置在冷却剂壳体46的下部侧壁50中的冷却剂入口48而流到图3b中显示的热交换器17'中，并且通过设置在冷却剂壳体46的上部侧壁53中的冷却剂出口52而从热交换器17'中抽出。根据一个实施例，壁50和壁53是相对的。在热交换器17'中传递到冷却剂的热可用于其中可能需要热的别处，诸如用于(诸如)加热建筑、使水脱盐等。 [0047] 热交换器17'中的多个平行的冷却管40沿着其长度引导原始气体流且使其加速，从而获得通过其中的较好地定向的均匀的原始气体流。通过冷却管40的原始气体流的均匀性和速度会引起较低程度的结垢，即，在冷却管40的内表面上有低程度的灰尘和积垢沉淀。 [0048] 各个冷却管40均设有不动地连接到冷却管入口板56上的冷却管入口漏斗54，即，加宽的冷却管入口。入口漏斗54 使进入冷却管40的原始气体流加速，从而进一步降低管40的内部有结垢的风险。虽然图3b中示出的入口漏斗54为圆锥形，但入口漏斗可构建成其它形状，诸如例如，钟形。 [0049] 当利用上面提到的类型的热交换器17'时，增大跨过热交换器17'的压降的简单方式是堵塞冷却管40中的一个或若干个。在图3b中，示出两个堵塞的管45。原始气体无法流过堵塞的管45，这意味着流过其余的冷却管40的气体的量将增加。这种增加的气体流将提高其余冷却管40中的流速(以m/s为单位)，这将使跨过那些冷却管40的压降增大。 [0050] 因此，例如，可行的将是，堵塞用于支管道16d中的热交换器17d的所有冷却管40的0%，用于支管道16c中的热交换器17c的所有冷却管40的4%，用于支管道16b中的热交换器 17b的所有冷却管40的8%，以及用于支管道16a中的热交换器17a的所有冷却管40的12%，以补偿与各个支管道16a-d相关联的不同的流体距离，如图2中示出的那样。因而，在各个支管道16a-d中实现基本相同水平的吸力。将理解的是，堵塞热交换器17'的多个管45还将降低热交换器17'的热传递效率。与热交换器17b相比，实现跨过例如热交换器17a的更高压降的备选方法是，使热交换器17a的冷却管40比热交换器17b更长和/或具有更短的直径。这样的修改，例如，热交换器17a的更长和/或更窄的冷却管40将提高热交换器17a的热传递效率，并且可用来补偿由于堵塞的冷却管45而引起的效率损失。因此，存在可单独利用或与其它结合起来利用的各种修改，以实现跨过热交换器17'、17a-d的期望压降。 [0051] 图3a示出可选的旁路管道58。当维护图1中示出的熔炼罐4时，往往需要增加罩19的通气，以使得操作员执行他们的维护工作成为可能。旁路管道58比热交换器17'具有更低的压降，并且设有旁路节气阀60。在熔炼罐4的维护期间，旁路节气阀60打开。由于打开旁路节气阀60的作用，支管道16上面的压降减小，从而使通过支管道16的原始气体的支流32的幅度增加。典型地，在节气阀60打开的情况下通过支管道16的原始气体的支流32的幅度可为节气阀60关闭时的原始气体的支流32的175%。如果对应于正常运行期间的流的175%的原始气体的支流32对于维护工作将是不足的，则可选的风扇62可布置在旁路管道58上，以强迫气体在维护期间通过支管道16。由于风扇62，在节气阀60打开以及风扇62运行时通过支管道16的原始气体的支流32的幅度可为节气阀60关闭时的原始气体的支流32的200%至400%。作为风扇62的备选方案，可利用喷射器64来增加在维护期间通过旁路管道58的流。阀 66则将布置成控制供应到喷射器64的加压空气的量，如借助于箭头所示出的那样。当对喷射器64供应加压空气时，喷射器64将强迫气体通过旁路管道58。在维护热交换器17'本身的情形下，也可利用旁路管道58。通过打开节气阀60和关闭节气阀41以及还有布置在热交换器17'的下游的另一个节气阀68，变得可行的是，接近热交换器17'以进行维护，同样仍然通过旁路管道58保持原始气体的支流32。 [0052] 尽管在本文中未显示，但要理解的是，一个子线路或若干子线路中的每一个热交换器都可热连接到单独的热传递介质导管或中心热传递介质导管上。可利用从原始气体的各个支流中释放出的热，例如以便与熔炼罐结合起来使用能量。 [0053] 将理解的是，可对前文描述的实施例作出许多修改，而不偏离本公开的范围。 [0054] 例如，图2中示出的布置包括单个气体清洁单元26；但是，布置可包括多个气体清洁单元26。此外，各个子线路30a-d可通过多个抽吸管道而流体地连接到单个气体清洁单元上，并且/或者流体地连接到多个气体清洁单元上。 [0055] 作为在热交换器17'中使用类似的冷却管40的备选方案，热交换器17'可设计成使用具有根据各个管在热交换器17'内的位置而改变的属性(诸如管的长度、形状或宽度)的冷却管40，以便获得任何特定的期望原始气体流分布和原始气体流的压降。本发明不限于使用管热交换器，而是可使用任何适当类型的热交换器或联合式热传递和流阻产生元件。 [0056] 联合式热传递和流阻产生元件17在相应的熔炼罐4、4b的下游和公共收集管道的上游设置在相应的支管道16、16a-d处。但是，联合式热传递和流阻产生元件17可设置成非常靠近支管道入口34、34a-b或出口36、36a-b，或者甚至设置在支管道入口34、34a-b或出口36、36a-b处。因而，在这个语境中，表达“设置在支管道处”应解释为设置在沿着支管道16、 16a-d的任何地方，或者设置在支管道入口34、34a-b处，或者设置在支管道出口36、36a-b处，使其可对相应的原始气体的支流32、32a-b产生流阻，以及与相应的原始气体的支流32、 32a-b交换热。热传递介质可为任何适当的热传递介质，例如水、空气或油。 [0057] 在一个实施例中，支管道出口中的至少一个配备有用于使支流的方向对准第一公共收集管道中的流向的对准区段，以及用于使进入第一公共收集管道中的支流加速的收缩部。WO 03/001106显示了用于这种对准区段的可行实施例。收缩部由联合式热传递和流阻产生元件形成是可行的。 [0058] 热交换器17可不必是本文描述的管类型；它们可为本领域技术人员已知的任何类型。 [0059] 在点P(图2)附近的支管道16不必要都设有相应的热交换器17'，以便对原始气体的支流32的量实现适当的平衡；作为示例性备选方案，几个选择的支管道16可设有热交换器17，而且可用任何其它方式(例如借助于节气阀)控制跨过其余支管道16的压降。 [0060] 总而言之，用于收集来自多个铝熔炼罐4的原始气体的原始气体收集系统15包括多个支管道16、16a-d。各个这种支管道流体地连接到相应的铝熔炼罐4上。第一公共收集管道20a流体地连接到所述多个支管道16、16a-d上，以将原始气体引导到气体清洁单元26。第一支管道16a配备有适于与第一支管道16a结合起来产生第一总流阻的第一联合式热传递和流阻产生元件17。第一总流阻大于相对于沿着第一公共收集管道20a的原始气体流而位于第一支管道16a的上游的第二支管道16b的第二总流阻。 [0061] 虽然参照各种示例性实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下做出各种修改，而且等效物可代替本发明的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适于本发明的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。此外，用语第一、第二等不表示任何顺序或重要性，用语第一、第二等而是用来区分一个元件与另一个元件。 |
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