多单元加热系统技术方案

一种多单元加热系统，用于穿过一临界温度区域提高浆液的温度，该加热器系统由一加热器单元阵列组成，该阵列包括若干加热器单元串和若干加热器单元级，每一级连接并流体连通于各相应的蒸发装置，每一串是指各相邻级中相对准的各加热器单元，从而可把浆液分开流入两个或更多个串而由此受到加热，该阵列构成为在其一侧有一入口温度而在其另一侧有一出口温度，临界温度区域对应于鳞垢高生长率的区域并位于入口和出口温度之间，其中，各蒸发装置及其相应的加热器单元级之间的互连可使相邻的加热器单元级和某些下游的加热器单元级之间流体连通，还可使鳞垢高生长率区域内的加热器单元级的数目增多或减少，并可使还未在鳞垢高生长率区域的加热器单元级取代已处于该鳞垢高生长率区域的加热器单元级，通过改变从各蒸发装置到各加热器单元级的流体流量而改变处于鳞垢高生长率区域的加热器单元级的数目。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
多单元加热系统本专利技术涉及一种多单元加热系统。该系统特别用于以尽可能减小鳞垢沉积的有害效果的方式通过在一临界温度区域把矿浆温度提高，该临界温区是指鳞垢沉积的可能性达到最大的区域。在铝土提纯工业中一直在开发用于闪蒸设备的这种加热器系统，但是，本专利技术的应用并不限于上述行业，还可扩展到遇到下述相似或相同工艺问题的各行各业。为了理解本专利技术展现的优点的来龙去脉，具体涉及到铝土提纯工业，解释一些该行业所面临的问题是有帮助的。为此，现就有关过程进行描述。铝土或氧化铝，其化学式为Al2O30这是一种重要矿物质，在工业上用于制造从磨料到金属铝的广泛领域的产品。其大量的存在形式是铝土矿，其中铝土表现为水合物和硅酸盐的形式；其中水合物表现为氧化铝单水合物和氧化铝三水合物，这些才是要提纯的化合物，必须将其从其余矿物中分离出来。典型的有商业开采价值的铝土矿包含从大约30％到大约60％的可提纯铝土。在工业上，铝土的提纯由Bayer法来完成，这是根据在1888年专利技术该方法的奥地利化学家K.J.Bayer的名字来命名的。在该过程中，精细磨碎的铝土与水溶性苛性苏打溶液相混合并受到加热，这使氧化铝水合物发生溶解，从而使其与残留固体物质相分离。在商-->业上，通过沉淀再加上过滤来完成后一步。冷却过滤后的液体与加热过程产生相反的效果，原来溶解的氧化铝水合物淀析出来，而剩余的液体回复到起始状态并可重新使用而重复这一过程。该过程的温度范围取决于铝土矿的品质，在此，煮解三水合物矿所需温度低于150℃，而煮解单水合物矿所需温度则高达300℃。在生产厂，铝土提纯通常连续进行且规模宏大，根据Bayer法的要求，苛性母液连续循环并且交互加热和冷却。然而，由于作业规模大，母液流的含能量很高，特别是对于高温提纯，有效的能量利用对于生产厂的节约和竟争力是至关重要的。因此炼铝厂所安装设备中有很大部分是用于热能回收。热能回收的主要区域在于提纯的煮解区，此处热量从流出的热Bayer母液传到流入的冷铝土矿浆。这在管式加热器中完成，其中，冷矿浆流过管子内部而热闪蒸蒸汽流过管子的外部，蒸汽在较冷的管子上凝结而使其释放蒸发热，而该热量又被冷浆流吸收。加热过程通常分若干分段进行。热力学理论表明，这种热能回收过程的效率随所用的加热分段数量而提高。实际上，分段的数目受经济方面限制；具体说，每增加一分段需要更多的设备，而且超过一定程度，效率的小幅度提高并不足以抵付附加的投资。正是在Bayer法工厂、特别是高温Bayer工厂的煮解区的管状加热器中出现一些问题，这显著地增加了设备的资本投资及运行和维护该系流的费用。特别是为了用Bayer法处理同时含有氧化铝单水合物和氧化铝三水合物的铝土矿，必须把铝土矿浆和苛性苏打溶液加热到高达-->300℃以成功地溶解氧化铝单水合物。然而，正如下面将要详述的那样，这要求矿浆通过来自于矿浆的鳞垢沉积达到一峰值的温度。在这方面，随着温度升高，三水合物易于溶进溶液，但部分三水合物转化为单水合物，在达到一更高温度之前，单水合物不易溶解，从而单水合物鳞垢易于析出而沉积在加热器壁面上。同样，其他类型的鳞垢，如硅酸盐和钛酸盐也沉积下来。在任一加热器单元上与鳞垢堆积相关联的主要问题是其严重影响热交换系数，鳞垢沉积也增加对流体流动的阻力，从而显著地增加为保持通过本装置所要求的流量所需的水压梯度。为了使加热器因除垢而停机的时间间隔(清洗循环)尽可能少而可以接受，通常在初始设计中采用宽裕的安全系数。结果，与鳞垢沉积不显著的行业的相应的加热器相比，这种加热器所具有的表面积要多几倍，这显著地增加了加热器管路的总长度；泵压水头因而提高，这又要求设备及其联接管道承受比其他情况下更高的压力。很清楚，这些设计裕度其总的效果是对生产厂的设备的资本投资和运行费用产生重大影响。进一步说，尽管在设计和设备花费中加入了大的安全系数，但其服役寿命仍然有限，仍需要相当长的停机时间对管道除垢和进行相关的维修，如更换堵塞的管子等。因而，在本行业通常的做法是设置充足的备用设备，因而，可轮流进行清洗而不影响工厂生产或作业的连续性。实际上，在大型提纯工厂通常在热能回收区段拥有30-50％的备用设备。最后，加热器的热性能与蒸发容器中的闪蒸蒸汽的产生速率直接相关，而这与从加热器串中收集的凝水的品质和利用率有重要关-->系。说来不会令人吃惊，多年来该行业一直致力于改进煮解系统，其中有工艺过程改进、设备改进、操作运行改进或其数者的结合。一个很有名的改进是引入煮解前的除硅过程。在煮解前的该过程中，铝土矿浆在大型容器中保持于大约90～180℃的温度达6-16小时，这使相当数量的成垢组份在煮解加热过程之前发生反应并淀析下来，否则这些组份就会沉积在更难于接近清理的设备中或在更高的温度下对煮解过程产生有害的影响。一种这样的改进采用了设有加热套的管系，其上没有传统的外壳，其中管子单个或分成小组套起来。与标准的换热器管子相比这些管子直径大，并且该管子基本上连续不中断地贯通整个加热系统的全长。套则是不连续的，而是相应于蒸发装置的数目断续套加的，这适于拆卸加热器元件来清理和维修。在热设计方面，这种管式加热器和传统型加热器之间没什么实质差别；但在机械上其差别是明显的。然而，这种设计主要旨在取消旧式蒸压釜型煮解装置，其中，鳞垢积聚与现代铝土提纯厂中所认为的严重鳞垢堆积完全不相称，因而并没有明确解决存在于大规模现代工厂中的问题。此后，开发了一种有几分相似的设计，其目的类似，旨在给旧式蒸压釜找到一合适的代用品。由于管式煮解装置的鳞垢积聚仍是一个问题，所采用的加热器设计在每个套内包含三根管子，其中两根传输铝土矿浆，而第三根传输废母液。在加热器系统的端部，在煮解之前，三道流体混合起来提供一种所需稠度的煮解矿浆。通过各管子的流体周期性地进行换位，从而三根管线的每一个轮流承受-->废母液流，其目的在于溶解鳞垢。该过程在运行条件下(即在一定温度下)原位进行而至少去除一部分鳞垢，然而，这种设备需要定期酸洗来清除在废母液中不能溶解或还未溶解的鳞垢组分，这种清洗过程不能在运行条件下进行。因而，尽管原位的废母液清洗有其方便性，为了在进行酸洗的同时保持生产，该系统仍需要至少一条备用加热器串。在冶金学方面的问题更严重，该过程产生的废母液高于140℃而不能容装在碳素钢中，这就要求用合金钢，而其要么是价钱昂贵，要么是即使其价钱适中，如铁基不锈钢，则其难于焊接。另一改进是仍用传统的管壳式换热器并把管束垂直安装而代替水平安装。这在限制鳞垢在管内聚增方面证明是相当有效的，并且显示了重力对管壁上的淀析和沉积/粘附的影响。本专利技术的一个目的在于提供一种多单元加热系统，其控制其中的鳞垢沉积以减小上述鳞垢沉积的消极影响。本专利技术提供一种多单元加热系统，用于通过一临界温度区域提高矿浆的温度，该加热系统包括一个加热器单元阵列，该阵列包括若干加热器单元串和若干加热器单元级，各级连接于一相应的蒸发装置并与其流体连通，每串定义为在相临级中相互对准的各加热器单元，从而可使矿浆分开流进两个或更多个串来对其加热，阵列布局成在其一侧具有一入口温度而在其另一侧具有一出口温度，前述临界温区介于该入口温度和出口温度之间。临界温区所跨越的加热器单元级对应于一鳞垢高生长率的区域。在这方面，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1、一种多单元加热系统，用于穿过一临界温度区域提高浆液的温度，该加热器系统由一加热器单元阵列组成，该阵列包括若干加热器单元串和若干加热器单元级，每一级连接并流体连通于各相应的蒸发装置，每一串是指各相邻级中相对准的各加热器单元，从而可把浆液分开流入两个或更多个串而由此受到加热，该阵列构成为在其一侧有一入口温度而在其另一侧有一出口温度，临界温度区域对应于鳞垢高生长率的区域并位于入口和出口温度之间，其中，各蒸发装置及其相应的加热器单元级之间的互连可使相邻的加热器单元级和某些下游的加热器单元级之间流体连通，还可使鳞垢高生长率区域内的加热器单元级的数目增多或减少，并可使还未在鳞垢高生长率区域的加热器单元级取代已处于该鳞垢高生长率区域的加热器单元级，通过改变从各蒸发装置到各加热器单元级的流体流量而改变处于鳞垢高生长率区域的加热器单元级的数目。2、如权利要求1所述的多单元加热系统，其中加热器单元是多通道加热器，每条通道只包括单根U型管。3、如权利要求2所述的多单元加热系统，其中，利用U型弯头形成每个单根通道，以在各单元之内并为各加热器串形成一单根连续管道。4、如权利要求1-3中任一项所述的多单元加热系统，其中各单元的外壳具有足够的空间而离开其提供的换热表面，而起一凝液收容器的作用。5、如权利要求1-4中任一项所述的多单元加热系统，其中每级中加热器单元的数目范围为4-10。6、如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：德克·J·德博尔，
申请(专利权)人：凯泽工程师有限公司，
类型：发明
国别省市：