CN102259941A - 一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器 - Google Patents
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Abstract
一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，属于海水淡化和换热器技术领域。该蒸发器采用塔式结构，换热箱的下端固定连接下管箱，上端固定连接上管箱，蒸发管管束和下降管把下管箱与上管箱连通。蒸发器工作时，蒸发管管束内的海水经壳程流体加热后，呈现喷涌蒸发状态，使得海水和蒸汽在重力作用下自然分离，分离的蒸汽绕过防冲板经丝网除沫器后从二次蒸汽出口管排出。该蒸发器不设海水喷淋设施或成膜机构，海水由设备下部进入，降低了给水泵扬程，降低水泵耗电量，结构简单，工作可靠；壳程加热介质可采用蒸汽凝结恒温换热，也可采用单相流体降温换热；管内海水呈高速向上冲刷，降低了海水结垢性，具有较高的传热系数，可广泛应用于小型海水淡化装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，该蒸发器由垂直管束构成，是海水在竖管内呈向上喷涌蒸发的海水淡化设备。属于海水淡化和换热器技术领域。
技术背景
多效蒸发海水淡化装置是一种将海水蒸发器组合起来进行海水淡化的装置，其主体设备就是蒸发器。在蒸发器中，加热介质放出热量使得海水被加热蒸发，凝结后生成淡水。目前已有的海水蒸发器包括浸没式蒸发器、竖管降膜蒸发器和横管降膜蒸发器等。浸没式蒸发器结构简单，但传热温差大、传热系数小；竖管降膜式蒸发器具有较高的传热系数，在结构上需要将液体在管子内表面均匀地形成薄膜，以利于传热；横管降膜蒸发器属于表面蒸发器，适用于小温差下的蒸发传热，传热系数高。
浸没式蒸发器属于传统蒸发器结构，在海水蒸发领域，由于其抗结垢性差，换热效率低，目前其适用范围受到限制；竖管降膜蒸发器和横管降膜蒸发器都属于上给水蒸发器，即需要蒸发的海水从设备上部进入，然后均匀地分配到竖管内或横管外形成液膜，从而具有较高的传热系数。若液膜分配不当，将破坏降膜蒸发器的优势，降低换热效果，甚至引起设备结垢。
横管降膜蒸发器是目前海水蒸发器中传热系数较高的技术，但在使用中，除了要保证均匀布液外，该技术适用于小温差换热，大温差传热造成的沸腾蒸发有可能破坏其高传热系数的优势，还易于造成局部干涸和结垢。另外，它一般适用于蒸汽加热的场合，对于液体加热的场合，由于加热过程中液体温度变化，对降膜蒸发过程也会有不利影响。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，这种蒸发器应在壳体内布置垂直排列的传热管束，管外是加热介质流程，海水由下部管箱进入设备，蒸汽从上部管箱排出设备，海水在向上喷涌沸腾中完成部分海水的蒸发和浓缩过程。该蒸发器应适用于具有较大的传热温差或液体变温加热的场合，具有较高的传热系数和较强的抗结垢能力。
本发明采用的技术方案是：一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，它主要包括一个下管箱、换热箱和上管箱，换热箱上设有一个壳程进口管和一个壳程出口管；它还包括一个下降管、一个防冲板和一个丝网除沫器；所述蒸发器采用塔式结构，换热箱的下端固定连接下管箱，上端固定连接上管箱，在换热箱内垂直均匀分布的蒸发管管束把下管箱与上管箱连通，蒸发管管束的延伸端高出上管箱的管板，所述下降管也把下管箱与上管箱连通；所述下管箱上设有一个海水进水管和一个浓缩海水排除管；所述上管箱上设有一个二次蒸汽出口管，在上管箱内，一个防冲板设置在蒸发管管束的出口上方，一个丝网除沫器位于防冲板的上方；所述蒸发器在工作时，从海水进水管进来的海水液位仅达到蒸发管管束内壁总高的30-45％，而从壳程进口管进入换热箱的热流体横向冲刷蒸发管管束的外壁，蒸发管管束内的海水经壳程流体加热后，呈现喷涌蒸发状态，使得海水和蒸汽在重力作用下自然分离，分离的蒸汽绕过防冲板经丝网除沫器后从二次蒸汽出口管排出。
所述下降管采用一个设置在换热箱内并与蒸发管管束平行的内部下降管，内部下降管的上端与上管箱的管板平齐。
所述内部下降管设置在蒸发管管束的正中间，其管径大于单个蒸发管管径。
所述下降管采用一个设置在蒸发器外部的外部下降管，外部下降管的上端连接上管箱的底部，下端连接下管箱的顶部。
所述防冲板采用固定架固定在上管箱的内壁上。
所述浓缩海水排除管设置在下管箱的最低处。
上述的蒸发器工作时，海水由进水管进入下管箱和蒸发管管束内部，其静止液位保持在蒸发管管束高度中间以下部位。加热流体可以是蒸汽，也可以是热水或其它热流体，由壳程进口管进入蒸发器管束外部空间，冲刷管束换热后由壳程出口管流出。在壳程流体加热作用下，蒸发管管束内的海水呈现喷涌沸腾蒸发状态，即管内下部的海水急剧沸腾，蒸汽携带海水一起向上喷涌至上管箱中。上管箱内部设防冲板，防止向上喷涌的海水冲入管程蒸汽出口。下管箱与上管箱之间通过内部下降管或外部下降管连通。通过喷涌沸腾进入上管箱的海水和蒸汽在重力作用下自然分离，蒸汽通过丝网除沫器进一步脱除海水后排出设备，浓缩海水通过下降管回流至下管箱。在下管箱的底部设有蒸发器浓缩海水排出管，将蒸发器浓缩后的海水排出设备，并能够起到调节海水液位的作用。
本发明的有益效果是：这种竖管喷涌沸腾海水蒸发器采用塔式结构，换热箱的下端固定连接下管箱，上端固定连接上管箱，在换热箱内垂直均匀分布的蒸发管管束把下管箱与上管箱连通，蒸发管管束的延伸端高出上管箱的管板，下降管也把下管箱与上管箱连通。蒸发器在工作时，从海水进水管进来的海水液位仅达到蒸发管管束内壁总高的30-45％，而从壳程进口管进入换热箱的热流体横向冲刷蒸发管管束的外壁，蒸发管管束内的海水经壳程流体加热后，呈现喷涌蒸发状态，使得海水和蒸汽在重力作用下自然分离，分离的蒸汽绕过防冲板经丝网除沫器后从二次蒸汽出口管排出。该蒸发器不设海水喷淋设施或成膜机构，海水由设备下部进入，降低了给水泵扬程，降低水泵耗电量，结构简单，工作可靠；壳程加热介质可采用蒸汽凝结恒温换热，也可采用单相流体降温换热；管内海水呈高速向上冲刷，降低了海水结垢性，具有较高的传热系数，可广泛应用于小型海水淡化装置。
附图说明
图1是一种带内部下降管的竖管喷涌沸腾海水蒸发器结构图。
图2是一种带外部下降管的竖管喷涌沸腾海水蒸发器结构图。
图中：1、海水进水管，2、下管箱，3、蒸发管管束，3a、延伸端，4、壳程进口管，5、壳程出口管，6、上管箱，6a、管板，7、防冲板，7a、固定架，8、二次蒸汽出口管，9、内部下降管，10、外部下降管，11、丝网除沫器，12、浓缩海水排除管，13、海水液位；a、进料海水，b、浓缩海水排出，c、加热流体，d、加热流体出，e、二次蒸汽。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的结构做进一步描述。
图1、2示出了一种带内部下降管的竖管喷涌沸腾海水蒸发器结构图。图中，竖管喷涌沸腾海水蒸发器采用塔式结构，蒸发管管束3均沿换热箱周向垂直均匀分布，并与下管箱2和上管箱6相连通，上下管箱的管板将竖管喷涌沸腾海水蒸发器隔断为3个密闭的箱体。进料海水a经下管箱2侧方开设的海水进水管1进入下管箱2之后，沿蒸发管管束3进入换热箱与壳程加热流体进行换热，海水沸腾后喷涌至上管箱6中。壳程的加热流体经壳程进口管4进入蒸发管管束3的外部空间，横向冲刷蒸发管管束3换热后由壳程出口管5流出，为强化蒸发器的换热效果，壳程进口管4设在蒸发器换热箱上部而壳程出口管5设在蒸发器换热箱下部，使得管程流体与壳程流体呈逆流换热分布。
蒸发管管束3内的海水静止液位保持在管束高度中间以下部位(约1/3高)，海水经壳程流体加热后，会呈现喷涌蒸发状态，海水沸腾蒸发产生的水蒸气即为二次蒸汽，二次蒸汽携带海水沿蒸发管管束3向上喷涌至上管箱6中，向上喷涌的汽液混合物直接冲刷在换热管上方的防冲板7上，海水和蒸汽在重力作用下自然分离：二次蒸汽绕过防冲板7继续向上流动，通过丝网除沫器11进一步脱除海水后，沿上管箱6顶部的二次蒸汽出口管8排出上管箱6；浓缩海水在冲刷防冲板7之后，自然下落，聚积在上管箱6的底部，通过内部下降管9(如图1所示)或外部下降管10(如图2所示)回流至下管箱2中。在下管箱2的底部设有蒸发器的浓缩海水排出管12，将蒸发器浓缩后的海水排出设备，并能够起到调节海水液位的作用。
带有内部下降管9(如图1所示)和带有外部下降管10(如图2所示)的竖管喷涌沸腾海水蒸发器在结构上的差别在于：内部下降管9设在换热管簇的正中间，其管径远大于单个蒸发管管束的管径，且下降管上下端出口均与管板平齐，不像蒸发管管束3均高出管板一段距离，便于液体回流，由于粗管受热相对较弱，使得凝结海水在内部下降管9中不会产生喷涌沸腾，而使得聚集在上管箱6底部的凝结海水沿内部下降管9自然回流至下管箱2，其蒸发器浓缩海水排出管12开设在下管箱的底部；外部下降管10设在蒸发器的外部，其上部与上管箱6边缘自然形成的蓄水槽底部相连通，下端与下管箱2上部相连通，由于外部下降管10在蒸发器外部，外部下降管10中不会产生喷涌沸腾状态，使得聚集在上管箱6底部的凝结海水沿外部下降管10自然回流至下管箱2。
防冲板7是与蒸发管管束3相对应的挡板，起到阻挡上冲液体，但可使二次蒸汽绕过防冲板7向上流动，向上喷涌的海水被阻挡后在重力作用下自然下落，回流至下管箱2中。防冲板7通过沿周向均匀分布的4个固定架7a固定在上管箱6的内壁上，并位于丝网除沫器11的下方。
丝网除沫器11主要由金属丝组成的汽液过滤网，安置于上管箱6顶端的二次蒸汽出口下方，能够去除带有海水雾沫的二次蒸汽中的微小液沫，达到净化二次蒸汽的效果。
Claims (6)
1.一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，它主要包括一个下管箱(2)、换热箱和上管箱(6)，换热箱上设有一个壳程进口管(4)和一个壳程出口管(5)；其特征是：它还包括一个下降管、一个防冲板(7)和一个丝网除沫器(11)；所述蒸发器采用塔式结构，换热箱的下端固定连接下管箱(2)，上端固定连接上管箱(6)，在换热箱内垂直均匀分布的蒸发管管束(3)把下管箱(2)与上管箱(6)连通，蒸发管管束(3)的延伸端(3a)高出上管箱(6)的管板(6a)，所述下降管也把下管箱(2)与上管箱(6)连通；所述下管箱(2)上设有一个海水进水管(1)和一个浓缩海水排除管(12)；所述上管箱(6)上设有一个二次蒸汽出口管(8)，在上管箱(6)内，一个防冲板(7)设置在蒸发管管束(3)的出口上方，一个丝网除沫器(11)位于防冲板(7)的上方；所述蒸发器在工作时，从海水进水管(1)进来的海水液位仅达到蒸发管管束(3)内壁总高的30-45％，而从壳程进口管(4)进入换热箱的热流体横向冲刷蒸发管管束(3)的外壁，蒸发管管束(3)内的海水经壳程流体加热后，呈现喷涌蒸发状态，使得海水和蒸汽在重力作用下自然分离，分离的蒸汽绕过防冲板(7)经丝网除沫器(11)后从二次蒸汽出口管(8)排出。
2.根据权利要求1所述的一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，其特征是：所述下降管采用一个设置在换热箱内并与蒸发管管束(3)平行的内部下降管(9)，内部下降管(9)的上端与上管箱(6)的管板(6a)平齐。
3.根据权利要求2所述的一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，其特征是：所述内部下降管(9)设置在蒸发管管束(3)的正中间，其管径大于单个蒸发管管径。
4.根据权利要求1所述的一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，其特征是：所述下降管采用一个设置在蒸发器外部的外部下降管(10)，外部下降管(10)的上端连接上管箱(6)的底部，下端连接下管箱(2)的顶部。
5.根据权利要求1所述的一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，其特征是：所述防冲板(7)采用固定架(7a)固定在上管箱(6)的内壁上。
6.根据权利要求1所述的一种竖管喷涌沸腾海水蒸发器，其特征是：所述浓缩海水排除管(12)设置在下管箱(2)的最低处。
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