[發(fā)明專利]固體基質(zhì)管道到管道熱交換器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080051374.6
• 申請(qǐng)日: 2010-08-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102597684A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 達(dá)尼埃爾·W·卡佩斯;達(dá)斯廷·J·阿爾賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 卡佩斯和卡西迪聯(lián)合公司
• 主分類號(hào): F28F7/02
• 分類號(hào): F28F7/02
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 張世俊

相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考

本申請(qǐng)案主張2009年11月24日申請(qǐng)第12/625,237號(hào)共同待決美國(guó)專利申請(qǐng)案的權(quán)益，所述申請(qǐng)案的全部以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱交換器，且明確地說(shuō)，涉及從一個(gè)液體(例如灰漿)到另一液體的熱傳遞。

背景技術(shù)

熱交換器為用于將熱量從一個(gè)介質(zhì)傳遞到另一介質(zhì)的裝置。在例如采礦業(yè)等行業(yè)中，存在許多需要加熱礦石灰漿的工藝。灰漿為流體中的固體顆粒的懸浮液。灰漿含有具有沉淀趨勢(shì)的固體顆粒。一些灰漿還具有形成氧化皮的趨勢(shì)。歸因于需要周期性地清洗熱傳遞器及用于灰漿處理中的其它設(shè)備，這些問(wèn)題中的兩者都會(huì)使執(zhí)行熱交換過(guò)程復(fù)雜化。

較高的能量成本使熱交換器對(duì)于這些過(guò)程的可行性非常重要。當(dāng)前，在市場(chǎng)上不存在滿足此需要的熱交換器。因此，當(dāng)有必要以逆流方式(通過(guò)冷卻在相反方向上通過(guò)的另一灰漿)來(lái)加熱礦石灰漿時(shí)，需要非常復(fù)雜的系統(tǒng)，例如接觸熱交換器，在所述接觸熱交換器中，蒸汽從一個(gè)灰漿散發(fā)，且被吸收到鄰近歧管中的另一灰漿中。這是拜爾(Bayer)工藝工廠中用于從礬上礦石生產(chǎn)氧化鋁的典型類型的交換器。

灰漿已穿過(guò)現(xiàn)有的熱交換器配置，例如螺旋形或板熱交換器。螺旋交換器包括經(jīng)盤繞以形成處于逆流布置中的兩個(gè)溝道的一對(duì)平坦表面，其中每一溝道具有較長(zhǎng)的彎曲通路。板交換器由多個(gè)薄的、略微分隔的板組成，所述板具有用于熱傳遞的非常大的表面積及流體通道。

雖然螺旋形及板交換器被提倡為能夠處置灰漿，但它們使用具有通常不利于維持灰漿中的固體的良好懸浮的物理尺寸的流體通道。螺旋形及板交換器不具有易于進(jìn)入的通道，且在一些情況下根本不具有入口，導(dǎo)致較高的維護(hù)成本。螺旋形及板交換器可用于一些灰漿應(yīng)用中，但實(shí)際上，它們只能用于相對(duì)簡(jiǎn)單且稀釋的灰漿，在所述灰漿中，灰漿顆粒在液體中保持易于懸浮的狀態(tài)。

當(dāng)前，外殼及管道型交換器也用于一些灰漿應(yīng)用中。外殼及管道型交換器由穿過(guò)外殼，且含有要么被加熱要么被冷卻的介質(zhì)的一系列管道組成。所述外殼(或較大的管道)含有根據(jù)需要要么提供熱量要么吸收熱量的第二流動(dòng)介質(zhì)。

當(dāng)前，在外殼及管道型交換器(其中所述外殼含有非灰漿(液體或蒸汽))的管道側(cè)中加熱灰漿是可能的，但將熱量從灰漿轉(zhuǎn)移到灰漿是不可能的，因?yàn)樗龌覞{不能在外殼側(cè)中行進(jìn)，在所述外殼側(cè)中，大顆粒將沉淀，從而引起結(jié)垢，且最終引起堵塞。

在20世紀(jì)90年代，在澳大利亞建立了若干處理鎳礦石的工廠，其都使用高溫高壓釜。針對(duì)這些工廠的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了大量研究，以便選擇有效的熱交換器。然而，所發(fā)現(xiàn)的最佳的系統(tǒng)為：在其中通過(guò)輕微真空從灰漿抽取水蒸汽，且接著在外殼及管道型交換器的外殼中再次冷凝所述水蒸汽，以加熱在相反方向上通過(guò)的灰漿的系統(tǒng)。雖然這些鎳工廠動(dòng)用了超過(guò)10億美元的組合資本投資，但設(shè)計(jì)者們無(wú)法找到較好的傳遞熱的方式，因?yàn)椴淮嬖谟糜诳蓪崃繌囊粋€(gè)灰漿傳輸?shù)搅硪换覞{的簡(jiǎn)單逆流交換器的設(shè)計(jì)。這些復(fù)雜的熱交換系統(tǒng)僅使約70％的熱量再循環(huán)，表示錯(cuò)過(guò)了顯著降低操作成本的機(jī)會(huì)。

石墨塊熱交換器也是此項(xiàng)技術(shù)中已知的。在這些交換器中，石墨塊經(jīng)鉆孔而具有用于運(yùn)送待加熱(或冷卻)的溶液的若干緊密間隔的并行孔，且其它孔被鉆成與所述并行孔成直角，以運(yùn)送加熱(或冷卻)流體。此類交換器廣泛用于加熱及冷卻酸性物質(zhì)。然而，由于以下若干原因，它們的有用性受到限制：石墨是柔軟的，且不能用于有磨蝕作用的灰漿；石墨可被氧化，且因此對(duì)于一些應(yīng)用在化學(xué)上是不穩(wěn)定的；石墨是易碎的，且具有較低的強(qiáng)度，因此這些交換器可操作的壓力是受限制的(高壓引起裂縫形成，且從管道傳播到管道)。并且，因?yàn)槭囊姿樾裕谀┒松辖⒐艿李^部是困難的，使得簡(jiǎn)單的直流徑并行管道布置是不可能的。為避免此問(wèn)題，石墨交換器設(shè)計(jì)有交叉流管道布置，但這幾乎不和并行流布置一樣有效。

還未遇到使用代替石墨的其它材料的類似的交換器。主要的原因?qū)⑺坪鯙椋簩?duì)由例如金屬等材料形成的塊進(jìn)行鉆孔或以其它方式進(jìn)行機(jī)械加工是昂貴的。此交換器的實(shí)例揭示在第1,799,626號(hào)美國(guó)專利中，所述專利揭示鑄造在金屬塊中的管道。在實(shí)現(xiàn)逆流加熱/冷卻方面，管道系統(tǒng)將不是有效的。類似地，如第4,711,298號(hào)美國(guó)專利中所展示，陶瓷塊交換器(類似于所述石墨塊交換器)是已知的，但陶瓷材料也具有石墨的易碎性質(zhì)，所以管道系統(tǒng)布置對(duì)于灰漿是不夠簡(jiǎn)單的。現(xiàn)有技術(shù)滿足例如采礦業(yè)等行業(yè)的需要的無(wú)力性由以下事實(shí)證明：需要存在，但滿足所述需要的簡(jiǎn)單熱交換器不存在。

發(fā)明內(nèi)容