CN101780341A - 一种管式降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特殊类型的换热器，特别是一种用于对造纸行业使用、进行碱回收作业带有自汽提装置的管式蒸发器。本发明的蒸发器是在壳内的中部，即轴线处，设置有一个入口位于下部并通过上下管板固定的中央循环管，其顶部设置有液体分配器，各换热管设置于中央循环管周围，中央换循环管与上下管板间以焊接方式固定，在壳体的下部设置有与蒸汽进口相连的带有扩张段的腔室，扩张段腔室的下室壁与下管板固定，扩张段腔室的下部与分离室相接，分离室内设置有除沫器，在下管板上设置有冷凝污水出口。

Description

一种管式降膜蒸发器

技术领域

本发明涉及一种特殊类型的换热器，特别是一种用于对污水进行处理，以使其符合环保要求的装置，如造纸行业使用的进行碱回收作业的管式蒸发器。本发明由壳体，设置于壳体内的换热管、液体分配器、管板、蒸汽入口、除沫器、冷凝水管、出液管、进液管、除沫器、二次蒸汽管以及液位控制装置构成。其中各换热管用上下管板固定于壳体内，并在上下管板间形成加热室，在加热室内设置有折流板，下管板以下部分构成汽液分离室。

背景技术

管式降膜蒸发器与其它升膜类蒸发器相比无静压强效应，不会由此导致温差损失，被蒸发液体靠自身重力及系统真空拉动成膜，动力消耗较小，特别适用于热敏性溶液的蒸发。现有制造工艺中是以锻造方式制造管板，并将整个的钢管固定于管板上。由于管式降膜蒸发器的核心换热元件采用整体钢管，可以承受极高的压力，传热效率高，因此其应用领域和范围较其它的蒸发器更为广泛。

近些年来，由于造纸工业碱回收和食品、饮料、啤酒等行业的迅速发展以及各国节能减排的环保要求，对蒸发器的要求也越来越高，蒸发器单台设备面积和规格变得越来越庞大，安全性能要求也逐渐提高，这样便使得设备的管板直径和厚度不断增加，如现使用的蒸发器其管板直径已大于2.5米。制造这类的大直径管板需要较大体积的坯锭，因此使管板制造难度加大，同时制造中需要有较高的起吊能力及锻压能力，一般的加工方法和手段已经难以达到要求。另一方面，被处理的蒸发浓缩循环液体中往往含有一定量的低沸点有机挥发物(如甲醇、甲硫醇等)及硫化氢、二氧化硫等有毒气体，混合或溶解于二次冷凝水中，由于系统中一般采用多效蒸发以提高热能利用效率，除一效蒸发器为清洁冷凝水外，其余各效二次冷凝水均有不同程度的有机污染物。由于工艺需要或出于环保要求，对二次冷凝水中BOD、COD等有机物含量有极高的标准限制，但现有的蒸发器因其特殊结构限制，其二次冷凝水水质达不到继续使用或排放要求。

此外，现有的管式降膜蒸发器有如还存在着以下不足：

1)现有设备是通过设置于上部的进液管将循环液引入其中，再用分配器分配于各换热管中，各换热管与上下管板连接，没有其它辅助加强机构，因此要求现有换热器所使用的换热管要有一定的壁厚，否则会造成其结构强度不足、甚至会将换热管从上下管板中拉脱，这就造成现有的管式降膜蒸发器因换热管壁厚较大导致其换热效率变差的不足；另一方面，因循环液自设备的顶部进入，其动能较大，而且会裹携大量的泡沫，为克服这一问题，不得不采用其它的技术措施，这又会造成设备制造成本增大，并增加制造的难度；

2)现有的管式降膜蒸发器的效率较低；

3)现有的管式降膜蒸发器是在下管板下直接设置分离室，并将除沫器直接设置于分离室内，在使用中由于系统真空的拉动作用，大量含有有机污染物的汽液混合物会被迅速带到除沫器中进行汽液分离，但由于经下管板流出的汽液混合物具有高流速、短距离、大流量等特点，往往造成除沫器汽液分离不彻底，使含有有机污染物的蒸汽被带到下一效蒸发器中作为热源冷凝，使二次冷凝水水质进一步恶化。

4)在现有技术中作为加热源的蒸汽进入设备后直接与换热管接触，会对换管产生一定程度的冲击作用，对设备使用寿命有一定影响，同时还会使得蒸汽与换热管的径向阻尼较大，不利于换热。

发明内容

本发明提供一种可克服现有技术不足的管式降膜蒸发器，特别是一种带有自汽提功能的管式降膜蒸发器。

本发明的管式降膜蒸发器是在壳内的中部，即轴线处，设置有一个入口位于下部并通过上下管板固定的中央循环管，其顶部设置有液体分配器，各换热管设置于中央循环管周围，中央换循环管与上下管板间以焊接方式固定，在壳体的下部设置有与蒸汽进口相连的带有扩张段的腔室，扩张段腔室的下室壁与下管板固定，扩张段腔室的下部与分离室相接，分离室内设置有除沫器，在下管板上设置有冷凝污水出口。本发明的换热管与管板采用胀接方式连接。

本发明的一种管式降膜蒸发器，在加热室内将靠近中央循环管的一些换热管置于一个筒状结构的汽提隔板内，将加热室分成筒内的重污区与筒外的轻污区，在下管板位于轻污区的位置设置有轻污冷凝水管；在在下管板位于重污区的位置设置有重污冷凝水管，如此形成自汽管式蒸发器。

前述的管式降膜蒸发器，在筒状结构的汽提隔板内壁上设置有重污区折流板。

本发明的管式降膜蒸发器，在下管板下设置有一段导流筒，除沫器设置于导流筒外且位于导流筒下缘以上的部分。

本发明的管式降膜蒸发器，其蒸汽入口处的壳体内与换热和管间设置有防冲板。

本发明的结构由采用了中央循环管结构，这一中央循环管在结构中起到了类似“中央柱”的作用，由于这一结构可以有效提高管板的强刚度，大大降低管板厚度，这样就可以适当降低锻造管板所需的坯锭的体积，使其可通过一般加工手段和方式能到达制造要求，同时可降低其制造难度和加工成本；同时因中央循环管起到加强设备整体刚性的作用，使管板的受力情况大为改善，可大大减小工作中由于热变形而导致的换热管与管板之间的拉托力，这就可以大大降低换热管的有效壁厚，采用较薄壁的钢管作为换热管，而且还会增强传热效率，进一步降低制造成本。另一方面，因本发明的自汽提中央循环管式降膜蒸发器采用了从设备底部输入循环液的中央循环管结构，使加热室壳体及换热管与中央循环管共同连接上下管板，在工作时被蒸发的循环液通过循环泵从设备的底部打入，再在其内部上升到位于顶部的分配器溢流盘中，一方面可以在一定程度上消除液体的动能和液体泡沫，使具有较低动能的和基本上无泡沫的循环液进入到分配器分配盘中，并使循环液均匀分配于固定于上管板上各换热管的入口内进行布膜蒸发。

本发明的换热管与管板连接采用了胀接的方式，将利于设备的维修和更换。

本发明的自汽提中央循环管式降膜蒸发器在加热室内部在加热室内将靠近中央循环管的一些换热管置于一个筒状结构的汽提隔板内，通过这一技术设置将加热室内的换热管按一定的面积比例分隔为两个区域，即筒内的重污区与筒外的轻污区，当热源蒸汽进入到加热室参与热交换时，首先进入大面积的轻污区，由于饱和水蒸汽的沸点高于循环液中所携带的有机挥发物和硫化氢、二氧化硫等有毒气体，因此饱和水蒸汽被首先冷凝为低臭、无毒，完全符合环保或工艺要求，可回流程循环利用或达到环保标准要求可直接排放的大部分轻污二次冷凝水，并经下管板的轻污冷凝水管排出；而含有部分饱和水蒸汽和大量有机挥发物及硫化氢、二氧化硫等有毒气体的蒸汽混合物则可再进入到汽提隔板构成的筒状结构内的小面积区，使大量的有机物及有毒气体浓缩于少量的重污冷凝水中，经下管板的重污区的重污冷凝水管排出，再通过其它手段进行处理，使其达到相关要求。这一技术措施起到了很好的有效分离，分类处理的效果，使被再处理的污水量大大减少且浓缩，大大节约污水处理的成本。

本发明中，由于在下管板下设置有一段导流筒，并将除沫器设置于导流筒外且位于导流管下缘以上的部分，在工作时循环液从下管板经各换热管的管口高速流出时，由于导流筒的约束和液体流动惯性的共同作用，使循环液直线下降进入到分离室下部，再在液体的表面进行蒸发，产生二次蒸汽，这会使汽液夹带和有机污染物含量大大降低，这样会使再经上行至除沫器进行汽液分离后的热源蒸汽品质得到大大提升，从而在源头上控制了二次冷凝水中机污染物的含量。本发明的这种做法改变了现有技术中被加热完全达到沸点的循环液从下管板经换热管管口高速流出时，大量携带有机污染物的汽液夹带物，并迅速被带到除沫器中由其进行汽液分离，形成的除沫器汽液分离不彻底，使含有有机污染物的蒸汽被带到下一效蒸发器中作为热源冷凝，使二次冷凝水水质进一步恶化的不足。

本发明下管板处设置蒸发循环液的导流筒装置，在循环液从下管板换热管管口高速流出时，由于导流筒的约束和液体流动的惯性共同作用，循环液直线下降，进入到分离室下部，而在液位表面进行蒸发，产生二次蒸汽，这样可以大大降低汽液混合物中夹带的有机污染物的含量，同时二次蒸汽再经位于导流管下缘以上的除沫器进行汽液分离后可以使热源蒸汽的品质得到大大提升，从而在源头上控制了二次冷凝水中机污染物的含量。

本发明中将分离室壳体延长，并用上锥体和下锥体分别与加热室壳体和下管板相连接，在蒸汽入口处的壳体内与换热和管间设置有防冲板，这样在蒸汽进口与防冲板间形成了蒸汽缓冲汽包，这种结构改变了现有设备中蒸汽的进入方式。在使用中，热源蒸汽由蒸汽入口进入到蒸汽缓冲汽包内的扩胀区，再经防冲板的阻挡作用后，蒸汽沿加热室壳体周边进入到加热室内，这一方面可以有效减低蒸汽的速度、减缓了蒸汽对换热管的冲击作用，延长其使用寿命，同时提高了进入的蒸汽流动的湍流，扩大了热源蒸汽与换热管接触面积，使得蒸汽与换热管的径向阻尼大大减小，强化了传热效果，大大提高了设备的热能利用效率。

附图说明

附图1为本发明的自汽提中央循环管式降膜蒸发器的一个实施例的总体结构示意图。

附图2为图1上下管板与中央循环管组焊形式。

附图3为本发明的自汽提中央循环管式降膜蒸发器的第二个实施例的总体结构示意图。

图中：1-出液口；2-中央循环管；3-进液口；4-分离室下锥体；5-设备裙座；6-人孔；7-轻污冷凝水管；8-导流筒；9-下管板；10-分离室壳体；11-除沫器；12-锥体；13-蒸汽入口；14-锥体；15-防冲板；16-换热管；

17-折流板；18-汽提筒；19-压力表接口；20-上管箱；21-排气口；

22-视镜；23-分配器溢流盘；24-分配器分配盘；25-上管板；26-不凝气出口；27-分离室壳体；28-二次蒸汽出口；29-重污冷凝水管；30-液位控制口；31-循环管上部法兰，32-连接裙座；33-汽提隔板；34-重污区折流板。

具体实施方式

附图1给出的本发明的第一个实施例，其中上下管板25、9坯料通过锻造成型，经热处理后进行钻孔等工序的机加工，将其竖立后与中央循环管2按设计要求尺寸组对焊接。上下管板25、9与中央循环管2、汽提筒18的组合件，以及换热管16、折流板17等构件组装成为换热管束。将换热管束与上管箱20、热室壳体27、分离室壳体10、锥体12、14、分离室下锥体4等零部件组装焊接成为设备整体。其中，换热管16的管口与上下管板25和9接触部分采用胀接紧密连接，使其具有可靠的密封性能和具有承受一定的压力、保持工作状态下不致变形脱离的能力。在此过程之中，按照设计要求，将分配器溢流盘23、分配器分配盘24以及除沫器11等部件装配在设备内部，完成各工艺接管的组对焊接，形成完整独立的设备应用于蒸发系统当中。下管板9设置有一段导流筒8，本发明的导流筒8采用了易于加工成形的圆筒形式。而除沫器11设置于导流管外且位于导流筒下缘以上的部分。分配器溢流盘23和分配盘24采用分瓣多片的结构形式，周圈与上管箱20相连接，内圈与循环管上部法兰31相连接，采用活动和可拆卸形式，以便于清洗换热管。

本发明在实施中可根据工艺需要或环保要求计算面积分配，确定汽提筒18的尺寸规格，并将其组焊于下管板。其中汽提筒18以外的换热管处于大面积区，用于收集低污冷凝水；而汽提筒18以内的换热管处于小面积区则用于收集经浓缩的少量的重污冷凝水。

图3给出的本发明的另一个实施例是在加热室内靠近蒸汽入口侧的一定区域内设置一个空区，在此区域内设置一个与上管板25和加热室壳体27相连接的缓冲板15，形成蒸汽缓冲汽包，以起到对进入的蒸汽进行阻挡和导流的作用，迫使蒸汽从下管板附近沿环向进入到加热室内进行换热。与前一实施例相同，也采用汽提隔板33(相当于图1的部件18)将换热区分为大小两个不同的面积区域，形成汽提装置。最后利用连接裙座32将加热室和分离室连接在一起，完成各工艺接管的组对焊接，形成完整独立的设备应用于蒸发系统当中。

本发明的装置在工作时，被蒸发的循环液通过循环泵打入到中央循环管2之中，在其内部上升进入到分配器溢流盘23中，在消除动能及液体泡沫后进入到分配器分配盘24中，将循环液均匀分配给上管板25各换热管16内进行布膜蒸发。蒸发器上下管板25、9由于受到中央循环管2和加热室壳体27的双重支撑作用，设备刚性和稳定性整体加强，使换热管16与上下管板25和9连接的受力情况大为改善，这样就可以大大减薄上下管板25和9的厚度，并能大大降低换热管16的有效壁厚，从而采用薄壁钢管。被蒸发液体在中央循环管2内通过加热室时其表面与加热介质参与热交换，由于其内所设的折流板及自汽提筒18内所设的折流板，可以增加设备的有效传热。本发明的这一结构与现有技术的循环管外置结构相比，无谓热损失更小。

本发明工作时，热源蒸汽由蒸汽入口13(注：因视图投影位置的原因，在图3中未画出蒸汽入口13)进入由锥体12和14及与加热室壳体27和下管板9相连接构成的扩长区域形成的缓冲包，再经防冲板15的作用沿加热室壳体27的周边进入到加热室内，以有效减缓蒸汽对换热管16的冲击作用，同时扩大了热源蒸汽与换热管间的接触面积。热源蒸汽进入到加热室参与热交换时，首先进入大面积区，即汽提筒18或33的外部，由于饱和水蒸汽的沸点高于有机挥发物及硫化氢、二氧化硫等有毒气体，因此饱和水蒸汽被首先冷凝为低臭、无毒，完全符合环保或工艺要求，可回流程循环利用和达到环保标准要求能直接排放的大部分轻污二次冷凝水，经设置于下管板9的轻污冷凝水管7排出。而含有部分饱和水蒸汽和大量有机挥发物及硫化氢、二氧化硫等有毒气体的蒸汽混合物则再次进入到汽提筒18内小面积区，使大量的有机物及有毒气体浓缩于少量的重污冷凝水中，经下管板9上所设的位于汽提筒内的重污冷凝水管29排出，再通过其它手段处理，使其达到要求，起到了很好的有效分离，分类处理的效果。

被加热完全达到沸点的循环液从下管板9上的换热管16管口高速流出时，由于下管板9处设置的导流筒8的约束和液体流动的惯性共同作用，循环液会直进入到分离室下部，而蒸汽会在液体表面蒸发，产生二次蒸汽，这样经汽液夹带和有机污染物含量会大大降低，再经设置于稍高于导流筒8下缘的除沫器11作用，会使汽液分离后的热源蒸汽品质得到大大提升，从而在源头上控制了二次冷凝水中机污染物的含量。

Claims (7)

1.一种管式降膜蒸发器，由壳体，设置于壳体内的换热管、液体分配器、管板、蒸汽入口、除沫器、冷凝水管、出液管、进液管、除沫器、二次蒸汽管以及液位控制装置构成，其中各换热管用上下管板固定于壳体内，并在上下管板间形成加热室，在加热室内设置有折流板，下管板以下部分构成汽液分离室，其特征是在壳内中部设置有一个入口位于下部并通过上下管板固定的中央循环管，其顶部设置有液体分配器，中央换循环管与上下管板间以焊接方式固定，各换热管设置于中央循环管周围，在壳体的下部设置有与蒸汽进口相连的带有扩张段的腔室，扩张段腔室的下室壁与下管板固定，扩张段腔室的下部与分离室相接，分离室内设置有除沫器，在下管板上设置有冷凝污水出口。

2.根据权利要求1所述的一种管式降膜蒸发器，其特征是换热管与管板采用胀接方式连接。

3.根据权利要求2所述的一种管式降膜蒸发器，其特征是在加热室内将靠近中央循环管的一些换热管置于一个筒状结构的汽提隔板内，将加热室分成筒内的重污区与筒外的轻污区，在下管板位于轻污区的位置设置有轻污冷凝水管；在在下管板位于重污区的位置设置有重污冷凝水管。

4.根据权利要求3所述的一种管式降膜蒸发器，其特征是在筒状结构的汽提隔板内壁上设置有重污区折流板。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种管式降膜蒸发器，其特征是在下管板下设置有一段导流筒，除沫器设置于导流筒外且位于导流管下缘以上的部分。

6.根据权利要求5所述的自汽提中央循环管式蒸发器，其特征是分离室壳体延长，用上锥体和下锥体分别与加热室壳体和下管板相连接，可以将进汽口设置与加热室底部，从而实现自汽提功能，并可减小管板直径。

7.根据权利要求6所述的自汽提中央循环管式蒸发器，其特征是在蒸汽入口处的壳体内与换热和管间设置有防冲板。

Images