CN103994605A - 一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，包括壳体、n个降膜单元、悬吊接液箱、悬吊线和虹吸管，壳体的底端设有溶液出口；每个降膜单元包括降膜板、上段S形平面弹簧、下段S形平面弹簧、条形磁铁和刮灰装置；每个降膜单元中，条形磁铁和刮灰装置位于降膜板的两侧；上段S形平面弹簧的顶端连接在降膜板的壁面上，底端连接在条形磁铁的顶面；下段S形平面弹簧的顶端连接在条形磁铁的底面，底端连接在悬吊接液箱上；虹吸管位于悬吊接液箱中。该降膜发生装置利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗的S形平面弹簧，使得降膜壁面上弹簧自动往复运动，有效抑制沟流或股流的产生，均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能。
Description
技术领域
本发明属于利用烟气余热的吸收式制冷技术领域，具体来说，涉及一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置。
背景技术
现有的吸收式制冷发生器以沉侵式和喷淋式居多，沉侵式发生器受到液体静压影响较大，会使得液体内部的溶液饱和温度增加，使得发生的推动力减弱，减小了放气范围。喷淋式发生器能有效克服液体静压的影响，但是换热表面很难完全润湿，传热效果也会受到影响。采用降膜发生器可有效避免溶液静压的影响，但是，由于降膜壁面的物理特性变化常出现液膜分布不均，甚至出现降膜干面、沟流或股流等现象，这样会减小液膜的有效发生面积，导致发生速率下降。而长时间使用降膜管表面吸附杂质，引起结垢、沉积物等也会影响到液膜的分布、发生效果以及与热源之间的传热效果。
目前工业废热、余热利用主要是产生热水或蒸汽。这样增加了锅炉等中间换热设备，造成投资增大，换热损失增大。烟气排放温度一般都在200℃以上，以烟气余热直接作为热源驱动吸收式制冷的发生器设备可有效较小传热损失，并可减小系统的总体规模。然而，由于烟气中含有较多的飞灰微粒，飞灰微粒具有较强的吸附性。对于壳管式管内降膜发生器来说，降膜管外壁面，特别是被风侧的积灰会严重降低降膜管的换热性能，增大传热热阻，影响发生器的总体性能。对于板式换热器来说，可以有效避免被风侧的积灰，但长时间使用，壁面上也难免会吸附较多的飞灰微粒，所以对于烟气余热直接作为热源的溶液发生器，如何有效防止壁面的积灰是其有效利用的重要技术前提。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗的S形平面弹簧，使得降膜壁面上弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、有效抑制沟流或股流的产生，均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能，增加烟气热源层表面的换热系数，从而提高发生装置的气体发生效率并延长使用时间。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，该降膜发生装置包括壳体，以及位于壳体中的n个降膜单元、悬吊接液箱、悬吊线和虹吸管，壳体的底端设有溶液出口；每个降膜单元包括降膜板、上段S形平面弹簧、下段S形平面弹簧、条形磁铁和刮灰装置；n个降膜单元中的降膜板将壳体上部内腔分隔成间隔排列的烟气热源层和溶液层；每个降膜单元中，上段S形平面弹簧、下段S形平面弹簧和条形磁铁均位于溶液层，降膜单元中的刮灰装置位于烟气热源层；条形磁铁和刮灰装置位于降膜板的两侧；上段S形平面弹簧、下段S形平面弹簧和刮灰装置均贴于降膜板的壁面；上段S形平面弹簧的顶端固定连接在降膜板的壁面上，上段S形平面弹簧的底端固定连接在条形磁铁的顶面，下段S形平面弹簧的顶端固定连接在条形磁铁的底面，下段S形平面弹簧的底端固定连接通过悬吊线固定连接在悬吊接液箱的底面上；悬吊接液箱位于降膜板的下方，虹吸管位于悬吊接液箱中，且虹吸管固定连接在悬吊接液箱的底面上，虹吸管的出液口位于悬吊接液箱底面下方；n为大于1的整数。
进一步，所述的降膜单元中的刮灰装置包括m 层相互平行的水平布置的契形刮灰条，相邻两层契形刮灰条之间通过竖直连杆连接，位于最底层的契形刮灰条与该降膜单元中的条形磁铁的位置相对应，且位于最底层的契形刮灰条与条形磁铁之间具有相互吸引的磁力；相邻两个降膜单元中处于同一水平面的两个契形刮灰条之间由水平连杆连接。
进一步，所述的m为3或4。
进一步，所述的上段S形平面弹簧的丝径和下段S形平面弹簧的丝径均小于液膜的厚度。
进一步，所述的降膜板为非磁性材质制成，刮灰装置中最底层的契形刮灰条内嵌有磁铁，其余契形刮灰条由塑料制成，悬吊接液箱和虹吸管由塑料制成。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
第一，通过设置自动往复清洗的S形平面弹簧，使得降膜壁面上弹簧自动往复运动，增强液膜扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，加大发生推动力，从而能较大提高气液界面的传质系数，以及固液界面的传热系数。本发明中，随着向悬吊接液箱注进的降膜液的持续增加，当注进的降膜液的液位高于虹吸管上方弯曲部分时，悬吊接液箱的质量达到最大，悬吊接液箱处于最低位置，而条形磁铁和刮灰装置均处于最低位置。由于此时虹吸管内灌满了溶液，会发生虹吸现象。当溶液流掉后，悬吊接液箱质量又达到最轻，S形平面弹簧收缩，使得悬吊接液箱、条形磁铁和刮灰装置又回到最高位置，进行下一轮的接液-放液，上升-下降过程，如此往复循环。本发明利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗的S形平面弹簧，使得降膜壁面上弹簧自动往复运动，使得液膜不停的受到扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，加大发生推动力，从而能较大提高气液界面的传质系数，以及固液界面的传热系数。
第二，由于S形平面弹簧的往复运动，使得液膜分布得以均匀化，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生，增强了传热传质系数，强化了发生效率。
第三，由于S形平面弹簧贴于降膜壁面上，弹簧在降膜壁面的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜壁面的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。
第四，在对发生器进行冲洗时，降膜壁面的弹簧往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜壁面反复冲刷，能更有效清洗降膜装置。
第五，本发明采用永磁铁使得烟气热源层表的刮灰装置也能往复运动，去除表面积灰，使得烟气热源层表面的换热系数增加，从而提高发生装置的气体发生效率并延长使用时间。本发明中，刮灰装置和条形磁铁之间具有相互吸引的磁力，条形磁铁会带着刮灰装置做往复运动。刮灰装置贴于降膜板壁面，且刮灰装置位于烟气热源层。烟气热源层中降膜板壁面上积累的烟垢被往复运动的刮灰装置清除，从而使得烟气热源层表面的换热系数增加，提高了发生装置的气体发生效率并延长使用时间。
附图说明
图1为本发明在悬吊接液箱中溶液处于最低液位时，降膜板正面结构示意图。
图2为本发明在悬吊接液箱中溶液处于最低液位时，降膜板侧面结构示意图。
图3为本发明在悬吊接液箱中溶液处于最高液位时，降膜板正面结构示意图。
图4为本发明在悬吊接液箱中溶液处于最高液位时，降膜板侧面结构示意图。
图5为本发明中刮灰装置的主视剖面图。
图6为本发明中刮灰装置的俯视图。
图7为本发明中刮灰装置、降膜板和条形磁铁相对位置的主视剖面图。
图8为图7中A-A截面的剖面图。
图中有：降膜板1、上段S形平面弹簧2、条形磁铁3、下段S形平面弹簧4、悬吊接液箱5、悬吊线6、虹吸管7、溶液出口8、刮灰装置9、烟气热源层10、溶液层11、竖直连杆901、水平连杆902。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1至图8所示，本发明的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，包括壳体，以及位于壳体中的n个降膜单元、悬吊接液箱5、悬吊线6和虹吸管7。壳体的底端设有溶液出口8。每个降膜单元包括降膜板1、上段S形平面弹簧2、下段S形平面弹簧4、条形磁铁3和刮灰装置9。n个降膜单元中的降膜板1将壳体上部内腔分隔成间隔排列的烟气热源层10和溶液层11。每个降膜单元中，上段S形平面弹簧2、下段S形平面弹簧4和条形磁铁3均位于溶液层11，降膜单元中的刮灰装置9位于烟气热源层10。条形磁铁3和刮灰装置9位于降膜板1的两侧。上段S形平面弹簧2、下段S形平面弹簧4和刮灰装置9均贴于降膜板1的壁面。上段S形平面弹簧2的顶端固定连接在降膜板1的壁面上，上段S形平面弹簧2的底端固定连接在条形磁铁3的顶面，下段S形平面弹簧4的顶端固定连接在条形磁铁3的底面，下段S形平面弹簧4的底端固定连接通过悬吊线6固定连接在悬吊接液箱5的底面上。悬吊接液箱5位于降膜板1的下方，虹吸管7位于悬吊接液箱5中，且虹吸管7固定连接在悬吊接液箱5的底面上。虹吸管7的出液口位于悬吊接液箱5底面下方。n为大于1的整数。作为优选，n为4至10的整数。条形磁铁3和刮灰装置9分别可以沿着降膜板1的壁面上下滑动。
进一步，如图5和图6所示，所述的降膜单元中的刮灰装置9包括m 层相互平行的水平布置的契形刮灰条，相邻两层契形刮灰条之间通过竖直连杆901连接，位于最底层的契形刮灰条与该降膜单元中的条形磁铁3的位置相对应，且位于最底层的契形刮灰条与条形磁铁3之间具有相互吸引的磁力；相邻两个降膜单元中相对的两个契形刮灰条之间由水平连杆902连接。作为优选，所述的m为3或4。
进一步，所述的上段S形平面弹簧2的丝径和下段S形平面弹簧4的丝径均小于液膜的厚度。
进一步，所述的降膜板1为非磁性材质制成，刮灰装置9中最底层的契形刮灰条内嵌有磁铁，其余契形刮灰条由塑料制成，悬吊接液箱5和虹吸管7由塑料制成。
本发明的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置采用板式降膜方式，液膜在降膜板1外壁面向下流动，两个降膜板1中间夹层为烟气热源层，通过在降膜板1上设置S形平面弹簧，在烟气热源层设置刮灰装置，使得烟气热源层的积灰得到克服，降膜板1的换热面积得到有效利用，传热传质效率得到加强。
降膜板将发生器主体分为烟气热源层和溶液层，位于壳体顶部的降膜板同时也是烟气热源层的外壁面，布液器中形成的液膜在降膜板上受热发生气体。
本发明的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置的工作原理和工作过程如下：
待发生的浓溶液经过布液器形成液膜在沿着降膜板1外侧向下流动，降膜板内侧为烟气热源层。液膜在降膜板1外降膜发生，产生的气体由降膜板1外部空间上升，从壳体顶部喷出，浓溶液经过降膜板1发生后变为稀溶液，流入悬吊接液箱5中，悬吊接液箱5的虹吸管7出口下部为溶液出口8，稀溶液从溶液出口8流出。
通过图1和图2可以看出，在接液初始时刻，悬吊接液箱5由于还未开始接液，悬吊接液箱5此时最轻，此时悬吊接液箱5 处于最高位置，而条形磁铁3和刮灰装置9均处于最高位置。随着降膜液不断向悬吊接液箱5中存积，当注进的降膜液的液位低于虹吸管7上端弯曲的部分时，因为虹吸管7内有空气不会发生虹吸现象，悬吊接液箱5质量逐渐增加，悬吊接液箱5位置逐渐下降，与S形平面弹簧相连的条形磁铁3会跟着下降，并通过磁力作用带动对应位置的刮灰装置9随着S形平面弹簧的拉伸而逐渐下降。
随着注进的降膜液的持续增加，当注进的降膜液的液位高于虹吸管7上方弯曲部分时，悬吊接液箱5的质量达到最大，发生装置结构示意图如3和图4所示，悬吊接液箱5最重，悬吊接液箱5处于最低位置，而条形磁铁3和刮灰装置9均处于最低位置。由于此时虹吸管7内灌满了溶液，会发生虹吸现象。大气压强压着溶液流入虹吸管7，由于虹吸管7的出液口低于悬吊接液箱5里的液位，产生了压强差，溶液就顺着虹吸管7流了出来，直到液位下降到虹吸管7的弯管进液口之下。当溶液流掉后，悬吊接液箱5质量又达到最轻，S形平面弹簧收缩，使得悬吊接液箱5、条形磁铁3和刮灰装置9又回到最高位置，进行下一轮的接液-放液，上升-下降过程，如此往复循环。
在循环过程中，S形平面弹簧（包括上段S形平面弹簧和下段S形平面弹簧）在降膜壁面上出现振荡，对液膜形成较大的扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，加大发生推动力，并可有效防止液膜分布不均导致出现干面（无液膜壁面）、沟流或股流等现象。由于S形平面弹簧贴于降膜板壁面上，S形平面弹簧在降膜板壁面的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜板壁面的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。同时，在对发生器进行冲洗时，S形平面弹簧往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜板壁面反复冲刷，能更有效清洗降膜装置。在永磁铁的作用下，烟气热源层中的刮灰装置9也能随着条形磁铁3一起往复上下运动，达到去除烟气热源层壁面积灰的作用，使得表面的换热系数增加。从而从总体上提高发生装置的气体发生效率并延长使用时间。
Claims (5)
1.一种利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，其特征在于，该降膜发生装置包括
壳体，以及位于壳体中的n个降膜单元、悬吊接液箱（5）、悬吊线（6）和虹吸管（7），壳体的底端设有溶液出口（8）；
每个降膜单元包括降膜板（1）、上段S形平面弹簧（2）、下段S形平面弹簧（4）、条形磁铁（3）和刮灰装置（9）；n个降膜单元中的降膜板（1）将壳体上部内腔分隔成间隔排列的烟气热源层（10）和溶液层（11）；每个降膜单元中，上段S形平面弹簧（2）、下段S形平面弹簧（4）和条形磁铁（3）均位于溶液层（11），降膜单元中的刮灰装置（9）位于烟气热源层（10）；条形磁铁（3）和刮灰装置（9）位于降膜板（1）的两侧；
上段S形平面弹簧（2）、下段S形平面弹簧（4）和刮灰装置（9）均贴于降膜板（1）的壁面；上段S形平面弹簧（2）的顶端固定连接在降膜板（1）的壁面上，上段S形平面弹簧（2）的底端固定连接在条形磁铁（3）的顶面，下段S形平面弹簧（4）的顶端固定连接在条形磁铁（3）的底面，下段S形平面弹簧（4）的底端固定连接通过悬吊线（6）固定连接在悬吊接液箱（5）的底面上；
悬吊接液箱（5）位于降膜板（1）的下方，虹吸管（7）位于悬吊接液箱（5）中，且虹吸管（7）固定连接在悬吊接液箱（5）的底面上，虹吸管（7）的出液口位于悬吊接液箱（5）底面下方；n为大于1的整数。
2.按照权利要求1所述的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，其特征在于，所述的降膜单元中的刮灰装置（9）包括m 层相互平行的水平布置的契形刮灰条，相邻两层契形刮灰条之间通过竖直连杆（901）连接，位于最底层的契形刮灰条与该降膜单元中的条形磁铁（3）的位置相对应，且位于最底层的契形刮灰条与条形磁铁（3）之间具有相互吸引的磁力；相邻两个降膜单元中处于同一水平面的两个契形刮灰条之间由水平连杆（902）连接。
3.按照权利要求2所述的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，其特征在于，所述的m为3或4。
4.按照权利要求1所述的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，其特征在于，所述的上段S形平面弹簧（2）的丝径和下段S形平面弹簧（4）的丝径均小于液膜的厚度。
5.按照权利要求1所述的利用烟气余热的自动除灰板式降膜发生装置，其特征在于，所述的降膜板（1）为非磁性材质制成，刮灰装置（9）中最底层的契形刮灰条内嵌有磁铁，其余契形刮灰条由塑料制成，悬吊接液箱（5）和虹吸管（7）由塑料制成。
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