CN102895786A - 一种节能型蒸发装置 - Google Patents

Abstract

一种节能型蒸发装置。每根加热管内设置一条入口端固定的固定螺旋，主要使管内液流呈螺旋线流，同时有对流传热强化和自动清洗防垢的一定作用。蒸发循环液中加入体积浓度(0.5～5.0)％的流化球进一步强化自动清洗防垢。中央循环管下方设计有启动反向自然循环的蒸汽喷环。中央循环管及其上方设置的喇叭循环管，这种结构能够强化蒸发装置的自然循环推动力，可以完全取代高能耗的强制循环泵，又满足流化球自然循环流动对流速的要求。下管板与弯道底锥之间的弯道截面设计便于流化球在此顺畅的自然循环流动。这种节能型蒸发装置能够在自然循环条件下实现自动清洗防垢，满足长期高效连续生产的要求，节能增产效益巨大。

Description

一种节能型蒸发装置

技术领域

本发明的一种节能型蒸发装置，涉及列管加热蒸发器的加热管内的自动清洗、传热强化和自然循环推动力强化。它主要适用于加热管内容易生长污垢的自然循环蒸发器。 

背景技术

现有的自然循环列管加热式蒸发装置几乎无法用于蒸发母液在加热管内会生长结晶盐垢和其它污垢蒸发装置。由于自然循环流速低，加热管内会快速生长结晶盐垢和其它污垢，效率低、能耗高，需要短周期清洗的频繁清洗。例如在7小时内一效蒸发罐的传热系数由2432w/m2℃下降到1628w/m2℃，降低了33％(论列文蒸发罐改为反循环的必要性，海湖盐与化工，1988，n6，p38-42)。因此，多数自然循环蒸发装置只好采用循环泵来强制循环，以达到延长清洗周期、减少停车清洗次数的目的。但是，不仅装置设备费高，更重要的是强制循环泵能耗太高。例如，某盐蒸发器的循环泵ACP11-900型160Kw(海湖盐与化工，1998，v27，n6，p24-26)，一套五效蒸发装置每年要耗电600多万度电。 

流态化自动清洗蒸发器技术，早的如专利EP262725和中国专利ZL91106682.9等等，较新的文献报道如，中药更年安浸取液气液固三相流自然循环蒸发浓缩，化工学报，2003，54(7)：1029-1131)。但是，惰性气体的引入严重影响二次蒸汽再利用的多效蒸发装置能耗高升的新问题。 

发明内容

本发明提出一种节能型蒸发装置，不仅可以使蒸发装置实现有效的在线、连续的自动清洗，而且可以为强制循环蒸发装置省去高能耗的强制循环泵，并且没有影响二次蒸汽再利用的惰性气体问题，能够高效地应用于多效蒸发装置。适用于蒸发器的自动清洗、节能和增产。 

木发明的技术方案为：一种节能型蒸发装置，主要部件有蒸发室、加热室、固定螺旋、加热管、流化球、中央循环管、弯道底锥、弯道顶锥、喇叭循环管、环形循环道、蒸汽喷环。 

每根加热管内设置一条固定螺旋。固定螺旋的一端通过悬挂钢丝，轴向固定在加热管入口端的管口架上，不能旋转，但周向可以转摆、径向可以振动。固定螺旋的作用在于对管内液流和流化球导向成为螺旋流，不仅自身具有一定的对流传热强化和自动清洗作用，而且使流化球在离心力的作用下富集到加热管内壁，并且以自身的离心力施压到污垢层，能够对包括硬垢在内的污垢实现高效地防垢与自动清洗。固定螺旋有两种结构，一种是钢丝螺旋，另一种是扭带螺旋。钢丝螺旋的钢丝或塑包钢丝的直径在1.0～5.0mm范围，钢丝螺旋的外径与加热管内径之间的直径间隙大于流化球直径的2倍，钢丝螺旋 的螺距为加热管内径的(0.40～1.20)倍。扭带螺旋的扭带宽度与加热管内径之间的直径间隙大于流化球直径的2倍，扭带螺旋的扭带螺距为加热管内径的(4～9)倍。 

流化球的主要作用是自动清洗，其次是对流传热强化。流化球的直径在1.0～4.0mm范围。流化球在循环液体中的体积浓度在0.5％～5.0％的范围。流化球选用对蒸发料液为惰性的材质制造，例如不锈钢、有色金属、玻璃、塑料、陶瓷等。 

中央循环管的下方设置有蒸汽喷环。中央循环管的横截面面积为所有加热管通流面积总和的0.7～1.4倍。中央循环管下方的弯道底锥和弯道顶锥，与下管板、中央循环管底部之间构成以弯道流线为其流道中心线的循环弯道，循环弯道的截面大小按近似等流速设计。中央循环管的上方设置喇叭循环管，使流道截面逐步扩大，过热循环液体在上升过程中汽化得比较充分，以此增大自然循环推动力，又可以减少汽化后体积膨胀造成的出口动能损失。但是，喇叭循环管不能过分扩大，以流化球能够顺畅流出为度；喇叭循环管的圆锥角β在3°～30°的范围。喇叭循环管的出口端低于液面50～300mm。喇叭循环管内也可以设计有旋流斜板，其作用是将上升的循环液流导向为螺旋流，使近液面的高层沸腾液出现高层环流，其好处在于；有利于流化球出口到环形循环道；有利于减低外环流区(即环形循环道高层)的蒸汽泡含量、有利于提高内环流区的蒸汽泡含量，从而增大基于密度差的自然循环推动力。旋流斜板的斜角α的范围为30°～60°。喇叭循环管与蒸发室之间形成的环形循环道，其宽度按截面面积大于加热管的流通总面积的原则设计。环形循环道内的斜导支撑板不是在竖直面上，而是与竖直面有10°～30°的倾斜，并且在圆周方向都是向同一方向倾斜，其目的不仅是作为喇叭循环管在蒸发室内安装必需的支撑，而且要使环形循环道内形成一定的环流，目的在于提高流化球进入各加热管的均匀度。蒸发室液面到加热室上管板的深度在1000～2000mm范围，蒸发室压力愈高的蒸发器设计取值应该愈大。 

开车时，先通过加热室的蒸汽将蒸发器内的料液加热到接近沸点，再开通蒸汽喷环将蒸汽直接喷进中央循环管底部。由于中央循环管和喇叭循环管内含有大量的蒸汽泡，而加热管和环形循环道内没有蒸汽泡，两侧形成较大的静压差的自然循环推动力，导致较高流速的反向自然循环。较高流速的反向自然循环稳定后，就可以关闭蒸汽喷环的喷射蒸汽，进入正常运行的反向自然循环。 

附图说明

图1是本发明的一种节能型蒸发装置的示意总图。 

图2是木发明一种节能型蒸发装置加热管内为钢丝螺旋的结构方案图。 

图3是本发明一种节能型蒸发装置加热管内为扭带螺旋的结构方案图。 

具体实施方式

下面结合附图1、图2、图3，对本发明作进一步详细的描述。 

图中的1斜导支撑板2加热室3固定螺旋4加热管5下管板6弯道流线7弯道底锥8蒸汽喷环9弯道顶锥10流化球11中央循环管12加热蒸汽管13环形循环道14 喇叭循环管15出料管内16旋流斜板17高层环流18液面19蒸发室20除沫器21钢丝螺旋22扭带螺旋23悬挂钢丝24管口架25进料管 

一种节能型蒸发装置，主要部件有蒸发室19、加热室2、固定螺旋3、加热管4、流化球10、中央循环管11、弯道底锥7、弯道顶锥9、喇叭循环管14、环形循环道13、蒸汽喷环8。 

每根加热管4内设置一条固定螺旋3。固定螺旋3的一端通过悬挂钢丝23，轴向固定在加热管4入口端的管口架24上，不能旋转，但周向可以转摆、径向可以振动。固定螺旋3的作用在于对管内液流和流化球10导向成为螺旋流，不仅自身具有一定的对流传热强化和自动清洗作用，而且使流化球10在离心力的作用下富集到加热管4内壁，并且以自身的离心力施压到污垢层，能够对包括硬垢在内的污垢实现高效地防垢与自动清洗。固定螺旋3有两种结构，一种是钢丝螺旋21，另一种是扭带螺旋22。钢丝螺旋21的钢丝(或塑包钢丝)直径在1.0～5.0mm范围，钢丝螺旋21的外径与加热管4内径之间的直径间隙大于流化球10直径的2倍，钢丝螺旋21的螺距为加热管4内径的(0.40～1.20)倍。扭带螺旋22的扭带宽度与加热管4内径之间的直径间隙大于流化球10直径的2倍，扭带螺旋22的扭带螺距为加热管4内径的(4～9)倍。 

流化球10的主要作用是自动清洗，其次是对流传热强化。流化球10的直径在1.0～4.0mm范围。流化球10在循环液体中的体积浓度在0.5％～5.0％的范围。流化球10选用对蒸发料液为惰性的材质制造，例如不锈钢、有色金属、玻璃、塑料、陶瓷等。 

中央循环管11的下方设置有蒸汽喷环8。中央循环管11的横截面面积为所有加热管4通流面积总和的0.7～1.4倍。中央循环管11下方的弯道底锥7和弯道顶锥9，与下管板5、中央循环管11底部之间构成以弯道流线6为其中心线的循环弯道，循环弯道的截面大小按近似等速流动为优化目标设计。中央循环管11的上方设置喇叭循环管14，使得流道截面逐步扩大，过热循环液体在上升过程中汽化得比较充分，以此增大自然循环推动力，又可以减少汽化后体积膨胀造成的出口动能损失。但是，喇叭循环管14不能过分扩大，以流化球10能够顺畅流出为度；按此设计的喇叭循环管14的圆锥角β在3°～30°的范围。喇叭循环管14的出口端低于液面50～300mm。喇叭循环管14内还可以设计有旋流斜板16，其作用是将上升的循环液流导向为螺旋流，使近液面的高层沸腾液出现高层环流17，其好处在；有利于流化球10出口到环形循环道；有利于减低外环流区(即环形循环道高层)的蒸汽泡含量、有利于提高内环流区的蒸汽泡含量，从而增大基于密度差的自然循环推动力。旋流斜板16的斜角α的范围为30°～60°。喇叭循环管14与蒸发室19之间形成的环形循环道13，其宽度按截面面积大于加热管4的流通总面积的原则设计。环形循环道13内的斜导支撑板1不是在竖直面上，而是与竖直面有10°～30°的倾斜，并且在圆周方向都是向同一方向倾斜，其目的不仅是作为喇叭循环管14在蒸发室19内安装必需的支撑，而且要使环形循环道13内形成一定的环流，目的在于提高流化球10进入各加热管4的均匀度。蒸发室19液面18到加热室2上管板的深度在1000～2000mm范 围，蒸发室19压力愈高取值应该愈大。 

开车时，先通过加热室4的蒸汽将蒸发器内的料液加热到接近沸点，再开通蒸汽喷环8将蒸汽直接喷进中央循环管11底部。由于中央循环管11和喇叭循环管14内含有大量的蒸汽泡，而加热管4和环形循环道13内还没有蒸汽泡，两侧形成较大的静压差的自然循环推动力，形成较高流速的反向自然循环。稳定后，就可以关闭蒸汽喷环8的喷射蒸汽，进入正常运行的反向自然循环。 

Claims (5)

1.一种节能型蒸发装置，主要部件有蒸发室(19)、加热室(2)、固定螺旋(3)、加热管(4)、流化球(10)、中央循环管(11)、弯道底锥(7)、弯道顶锥(9)、喇叭循环管(14)、环形循环道(13)、蒸汽喷环(8)，其特征为：每根加热管(4)内设置一条固定螺旋(3)，轴向固定在加热管(4)入口端的管口架(24)上，周向也不能旋转；固定螺旋(3)的结构是钢丝螺旋(21)或扭带螺旋(22)；流化球(10)的直径在1.0～4.0mm范围，在循环液中的体积浓度在0.5％～5.0％的范围；中央循环管(11)的下方设置有蒸汽喷环(8)；中央循环管(11)的横截面面积为所有加热管(4)通流面积总和的0.7～1.4倍：中央循环管(11)的上方设置喇叭循环管(14)，其圆锥角β在3°～30°的范围。

2.根据权利要求1的一种节能型蒸发装置，其特征在于：作为固定螺旋(3)的钢丝螺旋(21)的钢丝(或塑包钢丝)直径在1.0～5.0mm范围，钢丝螺旋(21)的外径与加热管(4)内径之间的直径间隙大于流化球(10)直径的2倍，钢丝螺旋(21)的螺距为加热管(4)内径的(0.40～1.20)倍。

3.根据权利要求1的一种节能型蒸发装置，其特征在于：作为固定螺旋(3)的扭带螺旋(22)的扭带宽度与加热管(4)内径之间的直径间隙大于流化球(10)直径的2倍，扭带螺旋(22)的扭带螺距为加热管(4)内径的(4～9)倍。

4.根据权利要求1的一种节能型蒸发装置，其特征在于：喇叭循环管(14)内设计有旋流斜板(16)，旋流斜板(6)斜角α的范围为30°～60°。

5.根据权利要求1的一种节能型蒸发装置，其特征在于：环形循环道(13)内的斜导支撑板(1)不是在竖直面上，而是与竖直面有10°～30°的倾斜，并且在圆周方向都是向同一方向倾斜。

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