CN103994606A - 一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，包括壳体、上挡板、下档板、布膜单元和悬吊接液盆；悬吊接液盆内设有虹吸管；每个布膜单元包括初始布膜器、定滑轮、动滑轮、滑轮线、降膜管、再布膜装置、刮灰环和承重绳，降膜管的顶端连接在上挡板上，降膜管的底端连接在下挡板上，初始布膜器位于上挡板的通孔中；定滑轮固定连接在初始布膜器上，滑轮线两端连接在定滑轮的轮钩和再布膜装置的顶端上；刮灰环位于降膜管外侧，刮灰环与再布膜装置之间具有磁力；承重绳两端与动滑轮和悬吊接液盆连接。该管内布膜发生装置中，再布膜装置能在管内往复再布膜，有效抑制沟流或股流的产生，均匀化液膜分布，并利用管外刮灰装置去除管外积灰。

Description

一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置

技术领域

本发明属于烟气余热利用的吸收式制冷技术领域中的强化发生的传热传质装置，具体来说，涉及一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置。

背景技术

我国工业中烟气余热储量丰富，余热的有效利用对于我国节能减排战略具有巨大的意义。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，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。所以对于烟气余热直接作为热源的溶液发生器，如何有效防止管外积灰是其有效利用的重要技术前提。

另一方面，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，由于降膜管壁面的物理特性变化常出现液膜分布不均，甚至出现降膜干管、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。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，利用虹吸原理，通过设置滑轮组，使得再布膜装置能在管内往复再布膜，有效抑制沟流或股流的产生，均匀化液膜分布，并采用永磁铁，使得管外刮灰装置也能往复运动，去除管外积灰，使得降膜管外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。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，该布膜发生装置包括壳体，以及位于壳体中的上挡板、下档板、n个布膜单元和悬吊接液盆；壳体的顶端设有发生气体出口，壳体的底端设有稀溶液出口，壳体的侧壁上设有相互对应的烟气热源进口和烟气热源出口，壳体的侧壁上还设有浓溶液进口，上挡板和下挡板分别固定连接在壳体的内壁上，上挡板位于下挡板上方，上挡板和下挡板中设有相对的通孔，浓溶液进口位于上挡板上方；悬吊接液盆位于下挡板下方，悬吊接液盆内设有虹吸管，虹吸管固定连接在悬吊接液盆的底面，且虹吸管的出液管底端位于悬吊接液盆底面下方；每个布膜单元包括初始布膜器、定滑轮、动滑轮、滑轮线、降膜管、再布膜装置、刮灰环和承重绳，降膜管的顶端固定连接在上挡板的通孔壁面上，降膜管的底端固定连接在下挡板的通孔壁面上，初始布膜器位于上挡板的通孔中，且初始布膜器固定连接在降膜管的顶端；定滑轮通过轮轴固定连接在初始布膜器上，滑轮线的一端固定连接在定滑轮的轮钩上，滑轮线的另一端依次绕过动滑轮的轮槽和定滑轮的轮槽，与再布膜装置的顶端固定连接；再布膜装置位于降膜管内部，且位于初始布膜器下方；刮灰环位于降膜管外侧，刮灰环和降膜管的外壁面相贴，且刮灰环与再布膜装置相对应；刮灰环与再布膜装置之间产生具有吸引力的磁力；承重绳的一端与动滑轮的轮钩连接，承重绳的另一端与悬吊接液盆的底部连接；n为大于1的整数。

进一步，所述的再布膜装置包括两个再布膜器和布膜器连杆，两个再布膜器上下布设，且两个再布膜器通过布膜器连杆固定连接，再布膜器的外壁上设有滑动支架，滑动支架的端部与降膜管的内壁相触。

进一步，所述的再布膜器的上部为圆台，再布膜器的下部为圆筒，圆台固定连接在圆筒上方，且圆台的底面直径等于圆筒的顶面直径。进一步，所述的刮灰环为两个，两个刮灰环通过刮灰环连杆固定连接，且每个刮灰环和一个再布膜器相对应。

进一步，所述的每个布膜单元中，刮灰环为两个，两个刮灰环通过刮灰环连杆固定连接，且每个刮灰环和一个位于降膜管内的再布膜器相对应。

进一步，所述的降膜管为非磁性材质制成，每个刮灰环和与其对应的再布膜器之间产生具有吸引力的磁力。

进一步，所述的再布膜装置的长度等于降膜管的长度一半，虹吸管入管的长度等于降膜管长度的四分之一。

进一步，所述的降膜管顶部壁面设有定位凹槽，初始布膜器外壁面设有定位支架，该定位支架嵌至在降膜管的定位凹槽中。

进一步，所述的再布膜装置、刮灰环及悬吊接液盆的重量满足下式：

2（Gg+Gb+f）=（0.8～0.9）Gm                           (1)

2（Gg+Gb-f） =（1.1～1.2）Gk                          (2)

其中，Gg为刮灰环的重量，Gb为再布膜装置的重量，f为再布膜装置的动摩擦阻力，Gm为悬吊接液盆中的液体处于虹吸管上方弯曲部分时，悬吊接液盆和动滑轮的总重量，Gk为悬吊接液盆中的液体处于虹吸管吸入口液位时，悬吊接液盆和动滑轮的总重量。

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：

（1）提高气液界面的传质系数和固液界面的传热系数。利用虹吸原理，通过设置滑轮组，使得再布膜装置能在管内往复再布膜，液膜不停的受到扰动，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。由于再布膜装置的往复运动及再布液作用，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。

（2）有效去除管外积灰，使得降膜管外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。本发明中降膜管为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质，再布膜装置和刮灰环为耐高温和腐蚀的磁铁，从而保证再布膜装置能带动刮灰环往复运动。本发明采用永磁铁产生的具有吸引力的磁力，使得管外刮灰环也能随着再布膜装置一起往复上下运动，达到去除管外烟气积灰的作用，使得降膜管外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。

（3）往复运动可靠性高。本发明中，动滑轮、悬吊接液盆及虹吸管为轻质塑料制成。这使得悬吊接液盆接得的溶液在接液盆总质量中占较大比重，保证了悬吊接液盆和再布膜装置的上下往复运动功能的实现。

（4）发生装置结构紧凑。本发明采用了动滑轮和定滑轮组来连接悬吊接液盆，利用动滑轮的省距离作用，可有效减小悬吊接液盆移动距离，使发生装置的机构更加紧凑。同时设置刮灰装置（包括刮灰环和刮灰环连杆）的长度为降膜管一半，悬吊接液盆内部的虹吸管入管的长度为降膜管长度的四分之一。这样，整个发生装置结构紧凑，且刮灰装置能实现整个降膜管的刮灰作业。

附图说明

图1为本发明发生装置中悬吊接液盆中液位处于虹吸管吸入口时的结构示意图。

图2为本发明发生装置中悬吊接液盆中液位处于虹吸管上方弯曲部分时的结构示意图。

图3为本发明中初始布膜器与降膜管的主视剖面图。

图4为图3中A-A截面的剖面图。

图5为本发明中的刮灰环的主视剖面图。

图6为本发明中的刮灰环的俯视图。

图7为本发明中的再布膜装置的主视剖面图。

图8为本发明中的再布膜装置的俯视图。

图9为本发明中的刮灰环、降膜管和再布膜装置相对位置的主视剖面图。

图10为本发明中的刮灰环、降膜管和再布膜装置相对位置的俯视图。

图中有：发生气体出口1、壳体2、上挡板3、初始布膜器4、定滑轮5、动滑轮6、滑轮线7、降膜管8、再布膜装置9、布膜器连杆10、刮灰环11、刮灰环连杆12、承重绳13、悬吊接液盆14、虹吸管15、浓溶液进口16、稀溶液出口17、烟气热源进口18、烟气热源出口19、下档板20、定位支架401、支撑架402、定位凹槽801、滑动支架901。

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和图2所示，本发明的一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，包括壳体2，以及位于壳体2中的上挡板3、下档板20、n个布膜单元和悬吊接液盆14。壳体2的顶端设有发生气体出口1，壳体2的底端设有稀溶液出口17，壳体2的侧壁上设有相互对应的烟气热源进口18和烟气热源出口19，壳体2的侧壁上还设有浓溶液进口16。上挡板3和下挡板20分别固定连接在壳体2的内壁上，上挡板3位于下挡板20上方。上挡板3和下挡板20中设有相对的通孔。浓溶液进口16位于上挡板3上方；悬吊接液盆14位于下挡板20下方。悬吊接液盆14内设有虹吸管15，虹吸管15固定连接在悬吊接液盆14的底面，且虹吸管15的出液管底端位于悬吊接液盆14底面下方。每个布膜单元包括初始布膜器4、定滑轮5、动滑轮6、滑轮线7、降膜管8、再布膜装置9、刮灰环11和承重绳13。降膜管8为铜、铝合金或不锈钢等非磁性材质制成，再布膜装置9和刮灰环11为耐高温和腐蚀的磁铁制成。动滑轮6、悬吊接液盆14及虹吸管15为轻质塑料制成。降膜管8的顶端固定连接在上挡板3的通孔壁面上，降膜管8的底端固定连接在下挡板20的通孔壁面上，初始布膜器4位于上挡板3的通孔中，且初始布膜器4固定连接在降膜管8的顶端。定滑轮5通过轮轴固定连接在初始布膜器4顶部的支撑架402上。滑轮线7的一端固定连接在定滑轮5的轮钩上，滑轮线7的另一端依次绕过动滑轮6的轮槽和定滑轮5的轮槽，与再布膜装置9的顶端固定连接。再布膜装置9位于降膜管8内部，且位于初始布膜器4下方。刮灰环11位于降膜管8外侧，刮灰环11和降膜管8的外壁面相贴，且刮灰环11与再布膜装置9相对应。刮灰环11与再布膜装置9之间产生具有吸引力的磁力。承重绳13的一端与动滑轮6的轮钩连接，承重绳13的另一端与悬吊接液盆14的底部连接。n为大于1的整数。作为优选，n为3至6。

进一步，如图7至图10所示，所述的再布膜装置9包括两个再布膜器和布膜器连杆10，两个再布膜器上下布设，且两个再布膜器通过布膜器连杆10固定连接，再布膜器的外壁上设有滑动支架901，滑动支架901的端部与降膜管8的内壁相触。再布膜器依靠滑动支架901在降膜管8的内腔中上下移动。再布膜装置9为筒状体。作为优选，所述的再布膜器的上部为圆台，再布膜器的下部为圆筒，圆台固定连接在圆筒上方，且圆台的底面直径等于圆筒的顶面直径。

进一步，如图5和图6所示，所述的每个布膜单元中，刮灰环11为两个，两个刮灰环11通过刮灰环连杆12固定连接，且每个刮灰环11和一个位于降膜管8内的再布膜器相对应。所述的降膜管8为非磁性材质制成，每个刮灰环11和与其对应的再布膜器之间产生具有吸引力的磁力。依靠磁力，利用再布膜器带动刮灰环11上下移动。作为优选，所述的两个刮灰环11中的一个刮灰环11和与其对应的再布膜器之间产生具有吸引力的磁力。因为两个刮灰环11通过刮灰环连杆12固定连接，所以只要有一个刮灰环11移动，另一个刮灰环11也会随之移动。

进一步，所述的再布膜装置9的长度等于降膜管8的长度一半，虹吸管15入管的长度等于降膜管8长度的四分之一。两个刮灰环11和刮灰环连杆12 的总长度为降膜管8的长度一半。利用定滑轮5和动滑轮6，有效控制了各装置的尺寸，使得整个装置的结构更紧凑。

进一步，如图3和图4所示，所述的降膜管8顶部壁面设有定位凹槽801，初始布膜器4外壁面设有定位支架401，该定位支架401嵌至在降膜管8的定位凹槽801中。初始布膜器4为筒状体。

上述结构的管内布膜发生装置中，再布膜装置9、刮灰环11及悬吊接液盆14的重量满足下式：

2（Gg+Gb+f）=（0.8～0.9）Gm                           (1)

2（Gg+Gb-f） =（1.1～1.2）Gk                          (2)

其中，Gg为刮灰环11的重量，Gb为再布膜装置9的重量，f为再布膜装置9的动摩擦阻力，Gm为悬吊接液盆（14）中的液体处于虹吸管上方弯曲部分时，悬吊接液盆（14）和动滑轮（6）的总重量，Gk为悬吊接液盆（14）中的液体处于虹吸管吸入口液位时，悬吊接液盆（14）和动滑轮（6）的总重量。

本发明的自动清理管外烟垢的管内布膜发生装置，采用了动滑轮和定滑轮组来连接悬吊接液盆14，有效减小了悬吊接液盆14的上下移动距离，可使设备更紧凑。

本发明的自动清理管外烟垢的管内布膜发生装置的工作原理和工作过程如下：

如图1和图2所示，待发生的浓溶液由壳体2顶部侧面的浓溶液进口16进入，经过初始布液器4形成液膜，沿着降膜管8向下流动，降膜管8外为烟气热源。烟气热源从壳体2侧面的烟气热源进口18进入，从烟气热源出口19排出。液膜在降膜管8内降膜发生，产生的气体由降膜管8内部上升，从壳体2顶部的发生气体出口1喷出。浓溶液经过降膜管8发生后变为稀溶液，流入悬吊接液盆14中，悬吊接液盆14的虹吸管15出口下部为发生器的浓溶液流出口17。

通过图1可以看出，在接液初始时刻，悬吊接液盆14由于还未开始接液，悬吊接液盆14此时最轻。根据公式（1），由于此时悬吊接液盆14的等效重量小于再布膜装置9和刮灰环11（带有刮灰环连杆12）的重量之和，悬吊接液盆14会被拉至最高位置，而再布膜装置9和刮灰环11由于相对较重而处于最低位置。随着降膜液不断向悬吊接液盆14中存积，悬吊接液盆14的质量逐渐增加。当悬吊接液盆14的等效重量大于再布膜装置9和刮灰环11的重量之和，并足以克服滑动摩擦力的时候，悬吊接液盆14由于此时较重会往下降，并通过滑轮组将再布膜装置9往上拉，而刮灰环11由于受到磁铁的吸引也会跟着被往上拉，直到拉倒最高位置。

当注入悬吊接液盆14的溶液的液位低于虹吸管15弯曲的部分时，因为虹吸管15内有空气，所以不会发生虹吸现象。但是随着持续向悬吊接液盆14中注入溶液，当注入吊接液盆14的溶液的液位高于虹吸管15上方弯曲部分时，悬吊接液盆14的质量达到最大。如图2所示，由于此时虹吸管15内灌满了溶液，则会发生虹吸现象。大气压强压着溶液流入虹吸管15，由于虹吸管15的出液口低于悬吊接液盆14的液位，产生了压强差，溶液就顺着虹吸管15流了出来，直到液位下降到虹吸管15的弯管进液口之下。当溶液流掉后，悬吊接液盆14的质量又达到最轻。此时，悬吊接液盆14的等效重量再次小于再布膜装置9和刮灰环11的重量之和。悬吊接液盆14又会被拉至最高位置，而再布膜装置9和刮灰环11由于相对较重，又会回到最低位置。于是又开始下一个循环的接液-放液，上升-下降过程。

在循环过程中，再布液装置9来回上下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。由于再布膜装置9的往复运动及再布液作用，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。在永磁铁的作用下，管外刮灰环11也能随着再布膜装置9一起往复上下运动，达到去除管外烟气积灰的作用，使得降膜管8外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。

Claims (8)

1.一种自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，该布膜发生装置包括壳体（2），以及位于壳体（2）中的上挡板（3）、下档板、n个布膜单元和悬吊接液盆（14），

壳体（2）的顶端设有发生气体出口（1），壳体（2）的底端设有稀溶液出口（17），壳体（2）的侧壁上设有相互对应的烟气热源进口（18）和烟气热源出口（19），壳体（2）的侧壁上还设有浓溶液进口（16），上挡板（3）和下挡板（20）分别固定连接在壳体（2）的内壁上，上挡板（3）位于下挡板（20）上方，上挡板（3）和下挡板（20）中设有相对的通孔，浓溶液进口（16）位于上挡板（3）上方；悬吊接液盆（14）位于下挡板（20）下方，悬吊接液盆（14）内设有虹吸管（15），虹吸管（15）固定连接在悬吊接液盆（14）的底面，且虹吸管（15）的出液管底端位于悬吊接液盆（14）底面下方；

每个布膜单元包括初始布膜器（4）、定滑轮（5）、动滑轮（6）、滑轮线（7）、降膜管（8）、再布膜装置（9）、刮灰环（11）和承重绳（13），降膜管（8）的顶端固定连接在上挡板（3）的通孔壁面上，降膜管（8）的底端固定连接在下挡板（20）的通孔壁面上，初始布膜器（4）位于上挡板（3）的通孔中，且初始布膜器（4）固定连接在降膜管（8）的顶端；定滑轮（5）通过轮轴固定连接在初始布膜器（4）上，滑轮线（7）的一端固定连接在定滑轮（5）的轮钩上，滑轮线（7）的另一端依次绕过动滑轮（6）的轮槽和定滑轮（5）的轮槽，与再布膜装置（9）的顶端固定连接；再布膜装置（9）位于降膜管（8）内部，且位于初始布膜器（4）下方；刮灰环（11）位于降膜管（8）外侧，刮灰环（11）和降膜管（8）的外壁面相贴，且刮灰环（11）与再布膜装置（9）相对应；刮灰环（11）与再布膜装置（9）之间产生具有吸引力的磁力；承重绳（13）的一端与动滑轮（6）的轮钩连接，承重绳（13）的另一端与悬吊接液盆（14）的底部连接；n为大于1的整数。

2.按照权利要求1所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的再布膜装置（9）包括两个再布膜器和布膜器连杆（10），两个再布膜器上下布设，且两个再布膜器通过布膜器连杆（10）固定连接，再布膜器的外壁上设有滑动支架（901），滑动支架（901）的端部与降膜管（8）的内壁相触。

3.按照权利要求2所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的再布膜器的上部为圆台，再布膜器的下部为圆筒，圆台固定连接在圆筒上方，且圆台的底面直径等于圆筒的顶面直径。

4.按照权利要求3所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的每个布膜单元中，刮灰环（11）为两个，两个刮灰环（11）通过刮灰环连杆（12）固定连接，且每个刮灰环（11）和一个位于降膜管（8）内的再布膜器相对应。

5.按照权利要求4所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的降膜管（8）为非磁性材质制成，每个刮灰环（11）和与其对应的再布膜器之间产生具有吸引力的磁力。

6.按照权利要求4所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的再布膜装置（9）的长度等于降膜管（8）的长度一半，虹吸管（15）入管的长度等于降膜管（8）长度的四分之一。

7.按照权利要求4所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的降膜管（8）顶部壁面设有定位凹槽（801），初始布膜器（4）外壁面设有定位支架（401），该定位支架（401）嵌至在降膜管（8）的定位凹槽（801）中。

8.按照权利要求4所述的自动清理管外烟垢的管内再布膜发生装置，其特征在于，所述的再布膜装置（9）、刮灰环（11）及悬吊接液盆（14）的重量满足下式：

2（Gg+Gb+f）=（0.8～0.9）Gm                           (1)

2（Gg+Gb-f） =（1.1～1.2）Gk                          (2)

其中，Gg为刮灰环（11）的重量，Gb为再布膜装置（9）的重量，f为再布膜装置（9）的动摩擦阻力，Gm为悬吊接液盆（14）中的液体处于虹吸管上方弯曲部分时，悬吊接液盆（14）和动滑轮（6）的总重量，Gk为悬吊接液盆（14）中的液体处于虹吸管吸入口液位时，悬吊接液盆（14）和动滑轮（6）的总重量。