專利名稱：一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，涉及列管加熱蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)的自動清洗、傳熱強化和自然循環(huán)推動力強化。它主要適用于加熱管內(nèi)容易生長污垢的自然循環(huán)蒸發(fā)器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自然循環(huán)列管加熱式蒸發(fā)裝置幾乎無法用于蒸發(fā)母液在加熱管內(nèi)會生長結(jié)晶鹽垢和其它污垢蒸發(fā)裝置。由于自然循環(huán)流速低，加熱管內(nèi)會快速生長結(jié)晶鹽垢和其它污垢，效率低、能耗高，需要短周期清洗的頻繁清洗。例如在7小時內(nèi)一效蒸發(fā)罐的傳熱系數(shù)由2432w/m2°C下降到1628w/m2°C，降低了 33% (論列文蒸發(fā)罐改為反循環(huán)的必要性，海湖鹽與化工，1988，n6，p38_42)。因此，多數(shù)自然循環(huán)蒸發(fā)裝置只好采用循環(huán)泵來強制循環(huán)，以達到延長清洗周期、減少停車清洗次數(shù)的目的。但是，不僅裝置設(shè)備費高，更重要的 是強制循環(huán)泵能耗太高。例如，某鹽蒸發(fā)器的循環(huán)泵ACP11-900型160Kw(海湖鹽與化工，1998，v27, n6，p24_26)，一套五效蒸發(fā)裝置每年要耗電600多萬度電。流態(tài)化自動清洗蒸發(fā)器技術(shù)，早的如專利EP262725和中國專利ZL91106682. 9等等，較新的文獻報道如，中藥更年安浸取液氣液固三相流自然循環(huán)蒸發(fā)濃縮，化工學(xué)報，2003,54(7) :1029-1131)。但是，惰性氣體的引入嚴(yán)重影響二次蒸汽再利用的多效蒸發(fā)裝置能耗高升的新問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，不僅可以使蒸發(fā)裝置實現(xiàn)有效的在線、連續(xù)的自動清洗，而且可以為強制循環(huán)蒸發(fā)裝置省去高能耗的強制循環(huán)泵，并且沒有影響二次蒸汽再利用的惰性氣體問題，能夠高效地應(yīng)用于多效蒸發(fā)裝置。適用于蒸發(fā)器的自動清洗、節(jié)能和增產(chǎn)。木發(fā)明的技術(shù)方案為一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，主要部件有蒸發(fā)室、加熱室、固定螺旋、加熱管、流化球、中央循環(huán)管、彎道底錐、彎道頂錐、喇叭循環(huán)管、環(huán)形循環(huán)道、蒸汽噴環(huán)。每根加熱管內(nèi)設(shè)置一條固定螺旋。固定螺旋的一端通過懸掛鋼絲，軸向固定在加熱管入口端的管口架上，不能旋轉(zhuǎn)，但周向可以轉(zhuǎn)擺、徑向可以振動。固定螺旋的作用在于對管內(nèi)液流和流化球?qū)虺蔀槁菪?，不僅自身具有一定的對流傳熱強化和自動清洗作用，而且使流化球在離心力的作用下富集到加熱管內(nèi)壁，并且以自身的離心力施壓到污垢層，能夠?qū)Πㄓ补冈趦?nèi)的污垢實現(xiàn)高效地防垢與自動清洗。固定螺旋有兩種結(jié)構(gòu)，一種是鋼絲螺旋，另一種是扭帶螺旋。鋼絲螺旋的鋼絲或塑包鋼絲的直徑在I. O 5. Omm范圍，鋼絲螺旋的外徑與加熱管內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球直徑的2倍，鋼絲螺旋的螺距為加熱管內(nèi)徑的(O. 40 I. 20)倍。扭帶螺旋的扭帶寬度與加熱管內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球直徑的2倍，扭帶螺旋的扭帶螺距為加熱管內(nèi)徑的(4 9)倍。流化球的主要作用是自動清洗，其次是對流傳熱強化。流化球的直徑在I. O
4.Omm范圍。流化球在循環(huán)液體中的體積濃度在O. 5% 5. O %的范圍。流化球選用對蒸發(fā)料液為惰性的材質(zhì)制造，例如不銹鋼、有色金屬、玻璃、塑料、陶瓷等。中央循環(huán)管的下方設(shè)置有蒸汽噴環(huán)。中央循環(huán)管的橫截面面積為所有加熱管通流面積總和的O. 7 I. 4倍。中央循環(huán)管下方的彎道底錐和彎道頂錐，與下管板、中央循環(huán)管底部之間構(gòu)成以彎道流線為其流道中心線的循環(huán)彎道，循環(huán)彎道的截面大小按近似等流速設(shè)計。中央循環(huán)管的上方設(shè)置喇叭循環(huán)管，使流道截面逐步擴大，過熱循環(huán)液體在上升過程中汽化得比較充分，以此增大自然循環(huán)推動力，又可以減少汽化后體積膨脹造成的出口動能損失。但是，喇叭循環(huán)管不能過分?jǐn)U大，以流化球能夠順暢流出為度；喇叭循環(huán)管的圓錐角β在3° 30°的范圍。喇叭循環(huán)管的出口端低于液面50 300mm。喇叭循環(huán)管內(nèi)也可以設(shè)計有旋流斜板，其作用是將上升的循環(huán)液流導(dǎo)向為螺旋流，使近液面的高層沸騰液出現(xiàn)高層環(huán)流，其好處在于；有利于流化球出口到環(huán)形循環(huán)道；有利于減低外環(huán)流區(qū)(即環(huán) 形循環(huán)道高層)的蒸汽泡含量、有利于提高內(nèi)環(huán)流區(qū)的蒸汽泡含量，從而增大基于密度差的自然循環(huán)推動力。旋流斜板的斜角α的范圍為30° 60°。喇叭循環(huán)管與蒸發(fā)室之間形成的環(huán)形循環(huán)道，其寬度按截面面積大于加熱管的流通總面積的原則設(shè)計。環(huán)形循環(huán)道內(nèi)的斜導(dǎo)支撐板不是在豎直面上，而是與豎直面有10° 30°的傾斜，并且在圓周方向都是向同一方向傾斜，其目的不僅是作為喇叭循環(huán)管在蒸發(fā)室內(nèi)安裝必需的支撐，而且要使環(huán)形循環(huán)道內(nèi)形成一定的環(huán)流，目的在于提高流化球進入各加熱管的均勻度。蒸發(fā)室液面到加熱室上管板的深度在1000 2000mm范圍，蒸發(fā)室壓力愈高的蒸發(fā)器設(shè)計取值應(yīng)該愈大。開車時，先通過加熱室的蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的料液加熱到接近沸點，再開通蒸汽噴環(huán)將蒸汽直接噴進中央循環(huán)管底部。由于中央循環(huán)管和喇叭循環(huán)管內(nèi)含有大量的蒸汽泡，而加熱管和環(huán)形循環(huán)道內(nèi)沒有蒸汽泡，兩側(cè)形成較大的靜壓差的自然循環(huán)推動力，導(dǎo)致較高流速的反向自然循環(huán)。較高流速的反向自然循環(huán)穩(wěn)定后，就可以關(guān)閉蒸汽噴環(huán)的噴射蒸汽，進入正常運行的反向自然循環(huán)。


圖I是本發(fā)明的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置的示意總圖。圖2是木發(fā)明一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置加熱管內(nèi)為鋼絲螺旋的結(jié)構(gòu)方案圖。圖3是本發(fā)明一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置加熱管內(nèi)為扭帶螺旋的結(jié)構(gòu)方案圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖I、圖2、圖3，對本發(fā)明作進一步詳細的描述。圖中的I斜導(dǎo)支撐板2加熱室3固定螺旋4加熱管5下管板6彎道流線7彎道底錐8蒸汽噴環(huán)9彎道頂錐10流化球11中央循環(huán)管12加熱蒸汽管13環(huán)形循環(huán)道14喇叭循環(huán)管15出料管內(nèi)16旋流斜板17高層環(huán)流18液面19蒸發(fā)室20除沫器21鋼絲螺旋22扭帶螺旋23懸掛鋼絲24管口架25進料管一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，主要部件有蒸發(fā)室19、加熱室2、固定螺旋3、加熱管4、流化球10、中央循環(huán)管11、彎道底錐7、彎道頂錐9、喇叭循環(huán)管14、環(huán)形循環(huán)道13、蒸汽噴環(huán)8。每根加熱管4內(nèi)設(shè)置一條固定螺旋3。固定螺旋3的一端通過懸掛鋼絲23，軸向固定在加熱管4入口端的管口架24上，不能旋轉(zhuǎn)，但周向可以轉(zhuǎn)擺、徑向可以振動。固定螺旋3的作用在于對管內(nèi)液流和流化球10導(dǎo)向成為螺旋流，不僅自身具有一定的對流傳熱強化和自動清洗作用，而且使流化球10在離心力的作用下富集到加熱管4內(nèi)壁，并且以自身的離心力施壓到污垢層，能夠?qū)Πㄓ补冈趦?nèi)的污垢實現(xiàn)高效地防垢與自動清洗。固定螺旋3有兩種結(jié)構(gòu)，一種是鋼絲螺旋21，另一種是扭帶螺旋22。鋼絲螺旋21的鋼絲(或塑包鋼絲)直徑在I. O 5. Omm范圍，鋼絲螺旋21的外徑與加熱管4內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球10直徑的2倍，鋼絲螺旋21的螺距為加熱管4內(nèi)徑的(O. 40 I. 20)倍。扭帶螺旋22的扭帶寬度與加熱管4內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球10直徑的2倍，扭帶螺旋22的扭帶螺距為加熱管4內(nèi)徑的(4 9)倍。流化球10的主要作用是自動清洗，其次是對流傳熱強化。流化球10的直徑在
I.O 4. Omm范圍。流化球10在循環(huán)液體中的體積濃度在O. 5 % 5. O %的范圍。流化球10選用對蒸發(fā)料液為惰性的材質(zhì)制造，例如不銹鋼、有色金屬、玻璃、塑料、陶瓷等。中央循環(huán)管11的下方設(shè)置有蒸汽噴環(huán)8。中央循環(huán)管11的橫截面面積為所有加 熱管4通流面積總和的O. 7 I. 4倍。中央循環(huán)管11下方的彎道底錐7和彎道頂錐9，與下管板5、中央循環(huán)管11底部之間構(gòu)成以彎道流線6為其中心線的循環(huán)彎道，循環(huán)彎道的截面大小按近似等速流動為優(yōu)化目標(biāo)設(shè)計。中央循環(huán)管11的上方設(shè)置喇叭循環(huán)管14，使得流道截面逐步擴大，過熱循環(huán)液體在上升過程中汽化得比較充分，以此增大自然循環(huán)推動力，又可以減少汽化后體積膨脹造成的出口動能損失。但是，喇叭循環(huán)管14不能過分?jǐn)U大，以流化球10能夠順暢流出為度；按此設(shè)計的喇叭循環(huán)管14的圓錐角β在3° 30°的范圍。喇叭循環(huán)管14的出口端低于液面50 300mm。喇叭循環(huán)管14內(nèi)還可以設(shè)計有旋流斜板16，其作用是將上升的循環(huán)液流導(dǎo)向為螺旋流，使近液面的高層沸騰液出現(xiàn)高層環(huán)流17，其好處在；有利于流化球10出口到環(huán)形循環(huán)道；有利于減低外環(huán)流區(qū)(即環(huán)形循環(huán)道高層)的蒸汽泡含量、有利于提高內(nèi)環(huán)流區(qū)的蒸汽泡含量，從而增大基于密度差的自然循環(huán)推動力。旋流斜板16的斜角α的范圍為30° 60°。喇叭循環(huán)管14與蒸發(fā)室19之間形成的環(huán)形循環(huán)道13，其寬度按截面面積大于加熱管4的流通總面積的原則設(shè)計。環(huán)形循環(huán)道13內(nèi)的斜導(dǎo)支撐板I不是在豎直面上，而是與豎直面有10° 30°的傾斜，并且在圓周方向都是向同一方向傾斜，其目的不僅是作為喇叭循環(huán)管14在蒸發(fā)室19內(nèi)安裝必需的支撐，而且要使環(huán)形循環(huán)道13內(nèi)形成一定的環(huán)流，目的在于提高流化球10進入各加熱管4的均勻度。蒸發(fā)室19液面18到加熱室2上管板的深度在1000 2000mm范圍，蒸發(fā)室19壓力愈高取值應(yīng)該愈大。開車時，先通過加熱室4的蒸汽將蒸發(fā)器內(nèi)的料液加熱到接近沸點，再開通蒸汽噴環(huán)8將蒸汽直接噴進中央循環(huán)管11底部。由于中央循環(huán)管11和喇叭循環(huán)管14內(nèi)含有大量的蒸汽泡，而加熱管4和環(huán)形循環(huán)道13內(nèi)還沒有蒸汽泡，兩側(cè)形成較大的靜壓差的自然循環(huán)推動力，形成較高流速的反向自然循環(huán)。穩(wěn)定后，就可以關(guān)閉蒸汽噴環(huán)8的噴射蒸汽，進入正常運行的反向自然循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，主要部件有蒸發(fā)室(19)、加熱室(2)、固定螺旋(3)、加熱管(4)、流化球(10)、中央循環(huán)管(11)、彎道底錐(7)、彎道頂錐(9)、喇叭循環(huán)管(14)、環(huán)形循環(huán)道(13)、蒸汽噴環(huán)(8)，其特征為每根加熱管(4)內(nèi)設(shè)置一條固定螺旋(3)，軸向固定在加熱管(4)入口端的管口架(24)上，周向也不能旋轉(zhuǎn)；固定螺旋(3)的結(jié)構(gòu)是鋼絲螺旋(21)或扭帶螺旋(22);流化球(10)的直徑在I. O 4. Omm范圍，在循環(huán)液中的體積濃度在O.5% 5.0%的范圍；中央循環(huán)管(11)的下方設(shè)置有蒸汽噴環(huán)(8);中央循環(huán)管(11)的橫截面面積為所有加熱管(4)通流面積總和的O. 7 I. 4倍中央循環(huán)管(11)的上方設(shè)置喇叭循環(huán)管(14)，其圓錐角β在3° 30°的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，其特征在于作為固定螺旋(3)的鋼絲螺旋(21)的鋼絲(或塑包鋼絲)直徑在I. O 5. Omm范圍，鋼絲螺旋(21)的外徑與加熱管(4)內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球(10)直徑的2倍，鋼絲螺旋(21)的螺距為加熱管(4)內(nèi)徑的(O. 40 I. 20)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，其特征在于作為固定螺旋(3)的扭帶螺旋(22)的扭帶寬度與加熱管(4)內(nèi)徑之間的直徑間隙大于流化球(10)直徑的2倍，扭帶螺旋(22)的扭帶螺距為加熱管⑷內(nèi)徑的(4 9)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，其特征在于喇叭循環(huán)管(14)內(nèi)設(shè)計有旋流斜板(16)，旋流斜板(6)斜角α的范圍為30° 60°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置，其特征在于環(huán)形循環(huán)道(13)內(nèi)的斜導(dǎo)支撐板(I)不是在豎直面上，而是與豎直面有10° 30°的傾斜，并且在圓周方向都是向同一方向傾斜。
全文摘要
一種節(jié)能型蒸發(fā)裝置。每根加熱管內(nèi)設(shè)置一條入口端固定的固定螺旋，主要使管內(nèi)液流呈螺旋線流，同時有對流傳熱強化和自動清洗防垢的一定作用。蒸發(fā)循環(huán)液中加入體積濃度(0.5～5.0)％的流化球進一步強化自動清洗防垢。中央循環(huán)管下方設(shè)計有啟動反向自然循環(huán)的蒸汽噴環(huán)。中央循環(huán)管及其上方設(shè)置的喇叭循環(huán)管，這種結(jié)構(gòu)能夠強化蒸發(fā)裝置的自然循環(huán)推動力，可以完全取代高能耗的強制循環(huán)泵，又滿足流化球自然循環(huán)流動對流速的要求。下管板與彎道底錐之間的彎道截面設(shè)計便于流化球在此順暢的自然循環(huán)流動。這種節(jié)能型蒸發(fā)裝置能夠在自然循環(huán)條件下實現(xiàn)自動清洗防垢，滿足長期高效連續(xù)生產(chǎn)的要求，節(jié)能增產(chǎn)效益巨大。
文檔編號B01D1/12GK102895786SQ20111021117
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者俞天翔, 吳金香, 其他發(fā)明人請求不公開姓名 申請人:俞天翔