專利名稱：一種管式降膜蒸發(fā)器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種特殊類型的換熱器，特別是一種用于對污水進行處理，以使 其符合環(huán)保要求的裝置，如造紙行業(yè)使用的進行堿回收作業(yè)的管式蒸發(fā)器。本實用新型由 殼體，設置于殼體內(nèi)的換熱管、液體分配器、管板、蒸汽入口、除沫器、冷凝水管、出液管、進 液管、除沫器、二次蒸汽管以及液位控制裝置構成。其中各換熱管用上下管板固定于殼體 內(nèi)，并在上下管板間形成加熱室，在加熱室內(nèi)設置有折流板，下管板以下部分構成汽液分離 室。
背景技術：
管式降膜蒸發(fā)器與其它升膜類蒸發(fā)器相比無靜壓強效應，不會由此導致溫差損 失，被蒸發(fā)液體靠自身重力及系統(tǒng)真空拉動成膜，動力消耗較小，特別適用于熱敏性溶液的 蒸發(fā)。現(xiàn)有制造工藝中是以鍛造方式制造管板，并將整個的鋼管固定于管板上。由于管式 降膜蒸發(fā)器的核心換熱元件采用整體鋼管，可以承受極高的壓力，傳熱效率高，因此其應用 領域和范圍較其它的蒸發(fā)器更為廣泛。近些年來，由于造紙工業(yè)堿回收和食品、飲料、啤酒等行業(yè)的迅速發(fā)展以及各國節(jié) 能減排的環(huán)保要求，對蒸發(fā)器的要求也越來越高，蒸發(fā)器單臺設備面積和規(guī)格變得越來越 龐大，安全性能要求也逐漸提高，這樣便使得設備的管板直徑和厚度不斷增加，如現(xiàn)使用的 蒸發(fā)器其管板直徑已大于2. 5米。制造這類的大直徑管板需要較大體積的坯錠，因此使管 板制造難度加大，同時制造中需要有較高的起吊能力及鍛壓能力，一般的加工方法和手段 已經(jīng)難以達到要求。另一方面，被處理的蒸發(fā)濃縮循環(huán)液體中往往含有一定量的低沸點有 機揮發(fā)物(如甲醇、甲硫醇等)及硫化氫、二氧化硫等有毒氣體，混合或溶解于二次冷凝水 中，由于系統(tǒng)中一般采用多效蒸發(fā)以提高熱能利用效率，除一效蒸發(fā)器為清潔冷凝水外，其 余各效二次冷凝水均有不同程度的有機污染物。由于工藝需要或出于環(huán)保要求，對二次冷 凝水中BOD、COD等有機物含量有極高的標準限制，但現(xiàn)有的蒸發(fā)器因其特殊結(jié)構限制，其 二次冷凝水水質(zhì)達不到繼續(xù)使用或排放要求。此外，現(xiàn)有的管式降膜蒸發(fā)器有如還存在著以下不足1)現(xiàn)有設備是通過設置于上部的進液管將循環(huán)液引入其中，再用分配器分配于各 換熱管中，各換熱管與上下管板連接，沒有其它輔助加強機構，因此要求現(xiàn)有換熱器所使用 的換熱管要有一定的壁厚，否則會造成其結(jié)構強度不足、甚至會將換熱管從上下管板中拉 脫，這就造成現(xiàn)有的管式降膜蒸發(fā)器因換熱管壁厚較大導致其換熱效率變差的不足；另一 方面，因循環(huán)液自設備的頂部進入，其動能較大，而且會裹攜大量的泡沫，為克服這一問題， 不得不采用其它的技術措施，這又會造成設備制造成本增大，并增加制造的難度；2)現(xiàn)有的管式降膜蒸發(fā)器的效率較低；3)現(xiàn)有的管式降膜蒸發(fā)器是在下管板下直接設置分離室，并將除沫器直接設置于 分離室內(nèi)，在使用中由于系統(tǒng)真空的拉動作用，大量含有有機污染物的汽液混合物會被迅 速帶到除沫器中進行汽液分離，但由于經(jīng)下管板流出的汽液混合物具有高流速、短距離、大流量等特點，往往造成除沫器汽液分離不徹底，使含有有機污染物的蒸汽被帶到下一效蒸 發(fā)器中作為熱源冷凝，使二次冷凝水水質(zhì)進一步惡化。4)在現(xiàn)有技術中作為加熱源的蒸汽進入設備后直接與換熱管接觸，會對換管產(chǎn)生 一定程度的沖擊作用，對設備使用壽命有一定影響，同時還會使得蒸汽與換熱管的徑向阻 尼較大，不利于換熱。發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種可克服現(xiàn)有技術不足的管式降膜蒸發(fā)器，特別是一種帶有自 汽提功能的管式降膜蒸發(fā)器。本發(fā)明的管式降膜蒸發(fā)器，由殼體，設置于殼體內(nèi)的換熱管、液體分配器、管板、蒸 汽入口、除沫器、冷凝水管、出液管、進液管、除沫器、二次蒸汽管以及液位控制裝置構成，其 中各換熱管用上下管板固定于殼體內(nèi)，并在上下管板間形成加熱室，在加熱室內(nèi)設置有折 流板，下管板以下部分構成汽液分離室，在殼內(nèi)中部設置有一個入口位于下部并通過上下 管板固定的中央循環(huán)管，其頂部設置有液體分配器，中央換循環(huán)管與上下管板間以焊接方 式固定，各換熱管設置于中央循環(huán)管周圍，在殼體的下部設置有與蒸汽進口相連的帶有擴 張段的腔室，擴張段腔室的下室壁與下管板固定，擴張段腔室的下部與分離室相接，分離 室內(nèi)設置有除沫器，在下管板上設置有冷凝污水出口。本實用新型的管式降膜蒸發(fā)器是在殼內(nèi)的中部，即軸線處，設置有一個入口位于 下部并通過上下管板固定的中央循環(huán)管，其頂部設置有液體分配器，各換熱管設置于中央 循環(huán)管周圍，中央換循環(huán)管與上下管板間以焊接方式固定，在殼體的下部設置有與蒸汽進 口相連的帶有擴張段的腔室，擴張段腔室的下室壁與下管板固定，擴張段腔室的下部與分 離室相接，分離室內(nèi)設置有除沫器，在下管板上設置有冷凝污水出口。本實用新型的換熱管 與管板采用脹接方式連接。本實用新型的一種管式降膜蒸發(fā)器，在加熱室內(nèi)將靠近中央循環(huán)管的一些換熱管 置于一個筒狀結(jié)構的汽提隔板內(nèi)，將加熱室分成筒內(nèi)的重污區(qū)與筒外的輕污區(qū)，在下管板 位于輕污區(qū)的位置設置有輕污冷凝水管；在在下管板位于重污區(qū)的位置設置有重污冷凝水 管，如此形成自汽管式蒸發(fā)器。前述的管式降膜蒸發(fā)器，在筒狀結(jié)構的汽提隔板內(nèi)壁上設置有重污區(qū)折流板。本實用新型的管式降膜蒸發(fā)器，在下管板下設置有一段導流筒，除沫器設置于導 流筒外且位于導流筒下緣以上的部分。本實用新型的管式降膜蒸發(fā)器，其蒸汽入口處的殼體內(nèi)與換熱和管間設置有防沖 板。本實用新型的結(jié)構由采用了中央循環(huán)管結(jié)構，這一中央循環(huán)管在結(jié)構中起到了類 似“中央柱”的作用，由于這一結(jié)構可以有效提高管板的強剛度，大大降低管板厚度，這樣就 可以適當降低鍛造管板所需的坯錠的體積，使其可通過一般加工手段和方式能到達制造要 求，同時可降低其制造難度和加工成本；同時因中央循環(huán)管起到加強設備整體剛性的作用， 使管板的受力情況大為改善，可大大減小工作中由于熱變形而導致的換熱管與管板之間的 拉托力，這就可以大大降低換熱管的有效壁厚，采用較薄壁的鋼管作為換熱管，而且還會增 強傳熱效率，進一步降低制造成本。另一方面，因本實用新型的自汽提中央循環(huán)管式降膜蒸 發(fā)器采用了從設備底部輸入循環(huán)液的中央循環(huán)管結(jié)構，使加熱室殼體及換熱管與中央循環(huán)管共同連接上下管板，在工作時被蒸發(fā)的循環(huán)液通過循環(huán)泵從設備的底部打入，再在其內(nèi) 部上升到位于頂部的分配器溢流盤中，一方面可以在一定程度上消除液體的動能和液體 泡沫，使具有較低動能的和基本上無泡沫的循環(huán)液進入到分配器分配盤中，并使循環(huán)液均 勻分配于固定于上管板上各換熱管的入口內(nèi)進行布膜蒸發(fā)。本實用新型的換熱管與管板連接采用了脹接的方式，將利于設備的維修和更換。本實用新型的自汽提中央循環(huán)管式降膜蒸發(fā)器在加熱室內(nèi)部在加熱室內(nèi)將靠近 中央循環(huán)管的一些換熱管置于一個筒狀結(jié)構的汽提隔板內(nèi)，通過這一技術設置將加熱室內(nèi) 的換熱管按一定的面積比例分隔為兩個區(qū)域，即筒內(nèi)的重污區(qū)與筒外的輕污區(qū)，當熱源蒸 汽進入到加熱室參與熱交換時，首先進入大面積的輕污區(qū)，由于飽和水蒸汽的沸點高于循 環(huán)液中所攜帶的有機揮發(fā)物和硫化氫、二氧化硫等有毒氣體，因此飽和水蒸汽被首先冷凝 為低臭、無毒，完全符合環(huán)?；蚬に囈?，可回流程循環(huán)利用或達到環(huán)保標準要求可直接排 放的大部分輕污二次冷凝水，并經(jīng)下管板的輕污冷凝水管排出；而含有部分飽和水蒸汽和 大量有機揮發(fā)物及硫化氫、二氧化硫等有毒氣體的蒸汽混合物則可再進入到汽提隔板構成 的筒狀結(jié)構內(nèi)的小面積區(qū)，使大量的有機物及有毒氣體濃縮于少量的重污冷凝水中，經(jīng)下 管板的重污區(qū)的重污冷凝水管排出，再通過其它手段進行處理，使其達到相關要求。這一技 術措施起到了很好的有效分離，分類處理的效果，使被再處理的污水量大大減少且濃縮，大 大節(jié)約污水處理的成本。本實用新型中，由于在下管板下設置有一段導流筒，并將除沫器設置于導流筒外 且位于導流管下緣以上的部分，在工作時循環(huán)液從下管板經(jīng)各換熱管的管口高速流出時， 由于導流筒的約束和液體流動慣性的共同作用，使循環(huán)液直線下降進入到分離室下部，再 在液體的表面進行蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽，這會使汽液夾帶和有機污染物含量大大降低，這樣 會使再經(jīng)上行至除沫器進行汽液分離后的熱源蒸汽品質(zhì)得到大大提升，從而在源頭上控制 了二次冷凝水中機污染物的含量。本實用新型的這種做法改變了現(xiàn)有技術中被加熱完全達 到沸點的循環(huán)液從下管板經(jīng)換熱管管口高速流出時，大量攜帶有機污染物的汽液夾帶物， 并迅速被帶到除沫器中由其進行汽液分離，形成的除沫器汽液分離不徹底，使含有有機污 染物的蒸汽被帶到下一效蒸發(fā)器中作為熱源冷凝，使二次冷凝水水質(zhì)進一步惡化的不足。本實用新型下管板處設置蒸發(fā)循環(huán)液的導流筒裝置，在循環(huán)液從下管板換熱管管 口高速流出時，由于導流筒的約束和液體流動的慣性共同作用，循環(huán)液直線下降，進入到分 離室下部，而在液位表面進行蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽，這樣可以大大降低汽液混合物中夾帶的 有機污染物的含量，同時二次蒸汽再經(jīng)位于導流管下緣以上的除沫器進行汽液分離后可以 使熱源蒸汽的品質(zhì)得到大大提升，從而在源頭上控制了二次冷凝水中機污染物的含量。
本實用新型中將分離室殼體延長，并用上錐體和下錐體分別與加熱室殼體和下管 板相連接，在蒸汽入口處的殼體內(nèi)與換熱和管間設置有防沖板，這樣在蒸汽進口與防沖板 間形成了蒸汽緩沖汽包，這種結(jié)構改變了現(xiàn)有設備中蒸汽的進入方式。在使用中，熱源蒸汽 由蒸汽入口進入到蒸汽緩沖汽包內(nèi)的擴脹區(qū)，再經(jīng)防沖板的阻擋作用后，蒸汽沿加熱室殼 體周邊進入到加熱室內(nèi)，這一方面可以有效減低蒸汽的速度、減緩了蒸汽對換熱管的沖擊 作用，延長其使用壽命，同時提高了進入的蒸汽流動的湍流，擴大了熱源蒸汽與換熱管接觸 面積，使得蒸汽與換熱管的徑向阻尼大大減小，強化了傳熱效果，大大提高了設備的熱能利用效率。附圖1為本實用新型的自汽提中央循環(huán)管式降膜蒸發(fā)器的一個實施例的總體結(jié) 構示意圖。附圖2為圖1上下管板與中央循環(huán)管組焊形式。附圖3為本實用新型的自汽提中央循環(huán)管式降膜蒸發(fā)器的第二個實施例的總體 結(jié)構示意圖。
具體實施方式
圖中1_出液口 ；2-中央循環(huán)管；3-進液口 ；4-分離室下錐體；5-設備裙座；6_人 孔；7-輕污冷凝水管；8-導流筒；9-下管板；10-分離室殼體；11-除沫器；12-錐體；13-蒸 汽入口 ； 14-錐體；15-防沖板；16-換熱管；17-折流板；18-汽提筒；19-壓力表接口 ；20-上管箱；21-排氣口 ；22-視鏡；23-分配器溢流盤；24-分配器分配盤；25-上管板；26-不凝氣出口 ； 27-分離室殼體；28-二次蒸汽出口 ；29-重污冷凝水管；30-液位控制口 ；31-循環(huán)管上部法 蘭，32-連接裙座；33-汽提隔板；34-重污區(qū)折流板。附圖1給出的本實用新型的第一個實施例，其中上下管板25、9坯料通過鍛造成 型，經(jīng)熱處理后進行鉆孔等工序的機加工，將其豎立后與中央循環(huán)管2按設計要求尺寸組 對焊接。上下管板25、9與中央循環(huán)管2、汽提筒18的組合件，以及換熱管16、折流板17等 構件組裝成為換熱管束。將換熱管束與上管箱20、熱室殼體27、分離室殼體10、錐體12、 14、分離室下錐體4等零部件組裝焊接成為設備整體。其中，換熱管16的管口與上下管板 25和9接觸部分采用脹接緊密連接，使其具有可靠的密封性能和具有承受一定的壓力、保 持工作狀態(tài)下不致變形脫離的能力。在此過程之中，按照設計要求，將分配器溢流盤23、分 配器分配盤24以及除沫器11等部件裝配在設備內(nèi)部，完成各工藝接管的組對焊接，形成完 整獨立的設備應用于蒸發(fā)系統(tǒng)當中。下管板9設置有一段導流筒8，本實用新型的導流筒8 采用了易于加工成形的圓筒形式。而除沫器11設置于導流管外且位于導流筒下緣以上的 部分。分配器溢流盤23和分配盤24采用分瓣多片的結(jié)構形式，周圈與上管箱20相連接， 內(nèi)圈與循環(huán)管上部法蘭31相連接，采用活動和可拆卸形式，以便于清洗換熱管。本實用新型在實施中可根據(jù)工藝需要或環(huán)保要求計算面積分配，確定汽提筒18 的尺寸規(guī)格，并將其組焊于下管板。其中汽提筒18以外的換熱管處于大面積區(qū)，用于收集 低污冷凝水；而汽提筒18以內(nèi)的換熱管處于小面積區(qū)則用于收集經(jīng)濃縮的少量的重污冷 凝水。圖3給出的本實用新型的另一個實施例是在加熱室內(nèi)靠近蒸汽入口側(cè)的一定區(qū) 域內(nèi)設置一個空區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)設置一個與上管板25和加熱室殼體27相連接的緩沖板15， 形成蒸汽緩沖汽包，以起到對進入的蒸汽進行阻擋和導流的作用，迫使蒸汽從下管板附近 沿環(huán)向進入到加熱室內(nèi)進行換熱。與前一實施例相同，也采用汽提隔板33(相當于圖1的 部件18)將換熱區(qū)分為大小兩個不同的面積區(qū)域，形成汽提裝置。最后利用連接裙座32將 加熱室和分離室連接在一起，完成各工藝接管的組對焊接，形成完整獨立的設備應用于蒸 發(fā)系統(tǒng)當中。本實用新型的裝置在工作時，被蒸發(fā)的循環(huán)液通過循環(huán)泵打入到中央循環(huán)管2之 中，在其內(nèi)部上升進入到分配器溢流盤23中，在消除動能及液體泡沫后進入到分配器分配
6盤24中，將循環(huán)液均勻分配給上管板25各換熱管16內(nèi)進行布膜蒸發(fā)。蒸發(fā)器上下管板 25、9由于受到中央循環(huán)管2和加熱室殼體27的雙重支撐作用，設備剛性和穩(wěn)定性整體加 強，使換熱管16與上下管板25和9連接的受力情況大為改善，這樣就可以大大減薄上下管 板25和9的厚度，并能大大降低換熱管16的有效壁厚，從而采用薄壁鋼管。被蒸發(fā)液體在 中央循環(huán)管2內(nèi)通過加熱室時其表面與加熱介質(zhì)參與熱交換，由于其內(nèi)所設的折流板及自 汽提筒18內(nèi)所設的折流板，可以增加設備的有效傳熱。本實用新型的這一結(jié)構與現(xiàn)有技術 的循環(huán)管外置結(jié)構相比，無謂熱損失更小。本實用新型工作時，熱源蒸汽由蒸汽入口 13(注因視圖投影位置的原因，在圖3 中未畫出蒸汽入口 13)進入由錐體12和14及與加熱室殼體27和下管板9相連接構成的 擴長區(qū)域形成的緩沖包，再經(jīng)防沖板15的作用沿加熱室殼體27的周邊進入到加熱室內(nèi)，以 有效減緩蒸汽對換熱管16的沖擊作用，同時擴大了熱源蒸汽與換熱管間的接觸面積。熱 源蒸汽進入到加熱室參與熱交換時，首先進入大面積區(qū)，即汽提筒18或33的外部，由于飽 和水蒸汽的沸點高于有機揮發(fā)物及硫化氫、二氧化硫等有毒氣體，因此飽和水蒸汽被首先 冷凝為低臭、無毒，完全符合環(huán)?；蚬に囈?，可回流程循環(huán)利用和達到環(huán)保標準要求能直 接排放的大部分輕污二次冷凝水，經(jīng)設置于下管板9的輕污冷凝水管7排出。而含有部分 飽和水蒸汽和大量有機揮發(fā)物及硫化氫、二氧化硫等有毒氣體的蒸汽混合物則再次進入到 汽提筒18內(nèi)小面積區(qū)，使大量的有機物及有毒氣體濃縮于少量的重污冷凝水中，經(jīng)下管板 9上所設的位于汽提筒內(nèi)的重污冷凝水管29排出，再通過其它手段處理，使其達到要求，起 到了很好的有效分離，分類處理的效果。被加熱完全達到沸點的循環(huán)液從下管板9上的換熱管16管口高速流出時，由于下 管板9處設置的導流筒8的約束和液體流動的慣性共同作用，循環(huán)液會直進入到分離室下 部，而蒸汽會在液體表面蒸發(fā)，產(chǎn)生二次蒸汽，這樣經(jīng)汽液夾帶和有機污染物含量會大大降 低，再經(jīng)設置于稍高于導流筒8下緣的除沫器11作用，會使汽液分離后的熱源蒸汽品質(zhì)得 到大大提升，從而在源頭上控制了二次冷凝水中機污染物的含量。
權利要求1.一種管式降膜蒸發(fā)器，由殼體，設置于殼體內(nèi)的換熱管、液體分配器、管板、蒸汽入 口、除沫器、冷凝水管、出液管、進液管、除沫器、二次蒸汽管以及液位控制裝置構成，其中各 換熱管用上下管板固定于殼體內(nèi)，并在上下管板間形成加熱室，在加熱室內(nèi)設置有折流板， 下管板以下部分構成汽液分離室，其特征是在殼內(nèi)中部設置有一個入口位于下部并通過上 下管板固定的中央循環(huán)管，其頂部設置有液體分配器，中央換循環(huán)管與上下管板間以焊接 方式固定，各換熱管設置于中央循環(huán)管周圍，在殼體的下部設置有與蒸汽進口相連的帶有 擴張段的腔室，擴張段腔室的下室壁與下管板固定，擴張段腔室的下部與分離室相接，分離 室內(nèi)設置有除沫器，在下管板上設置有冷凝污水出口。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種管式降膜蒸發(fā)器，其特征是換熱管與管板采用脹接方式 連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種管式降膜蒸發(fā)器，其特征是在加熱室內(nèi)將靠近中央循環(huán) 管的一些換熱管置于一個筒狀結(jié)構的汽提隔板內(nèi)，將加熱室分成筒內(nèi)的重污區(qū)與筒外的輕 污區(qū)，在下管板位于輕污區(qū)的位置設置有輕污冷凝水管；在在下管板位于重污區(qū)的位置設 置有重污冷凝水管。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種管式降膜蒸發(fā)器，其特征是在筒狀結(jié)構的汽提隔板內(nèi)壁 上設置有重污區(qū)折流板。
5.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的一種管式降膜蒸發(fā)器，其特征是在下管板下設 置有一段導流筒，除沫器設置于導流筒外且位于導流管下緣以上的部分。
6.根據(jù)權利要求5所述的自汽提中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其特征是分離室殼體延長，用 上錐體和下錐體分別與加熱室殼體和下管板相連接，進汽口設置于加熱室底部。
7.根據(jù)權利要求6所述的自汽提中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，其特征是在蒸汽入口處的殼體 內(nèi)與換熱和管間設置有防沖板。
專利摘要本實用新型涉及一種特殊類型的換熱器，特別是一種用于對造紙行業(yè)使用、進行堿回收作業(yè)帶有自汽提裝置的管式蒸發(fā)器。本實用新型的蒸發(fā)器是在殼內(nèi)的中部，即軸線處，設置有一個入口位于下部并通過上下管板固定的中央循環(huán)管，其頂部設置有液體分配器，各換熱管設置于中央循環(huán)管周圍，中央換循環(huán)管與上下管板間以焊接方式固定，在殼體的下部設置有與蒸汽進口相連的帶有擴張段的腔室，擴張段腔室的下室壁與下管板固定，擴張段腔室的下部與分離室相接，分離室內(nèi)設置有除沫器，在下管板上設置有冷凝污水出口。
文檔編號B01D1/12GK201775968SQ20102014683
公開日2011年3月30日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者張培洲, 張舒, 邵琿 申請人:張培洲;九江九洲節(jié)能環(huán)保工程有限公司