CN104623917A - 一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，其包括壳体、上封头、下筒体、下封头、管板及换热管束，所述上封头设在壳体的上端，所述下筒体设置于壳体的下端与下封头之间，所述管板设有两个，分别设在上封头与壳体的连接处、以及下筒体与壳体的连接处，所述换热管束设在壳体内，该换热管束由多个换热管构成，换热管的上下两端分别与管板连通，换热管内部空间为管程，换热管外部空间为壳程，所述换热管为螺旋扭曲扁管，相邻螺旋扭曲扁管之间互相通过其长轴接触支撑。本发明具有结构简单、体积小、传热效果好、流动阻力小、蒸发液膜贴壁性好、使用寿命长等优点。

Description

一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器

技术领域

本发明涉及一种蒸发器，尤其涉及一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能降膜蒸发器。

背景技术

在节能减排低碳经济发展的形势下，设计发明了一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，实现蒸发器管/壳程空间可控的流动，提高传热效率20-40%降低运行阻力节能30-70%。采用SP管/PS管可使降膜蒸发器节材15-30%，体积小20-40%、重量减少30%。实现了产业化成套装备技术设计软件及版权。HPMVR多效蒸发热泵节能系统采用SP/PS新型小温差高效蒸发器，应用于多效蒸发、海水淡化、污水治理、高浓度含盐废水处理、垃圾浓缩液处理，相对于多效蒸发系统可节能70-90%，1-2年即可回收投资。其关键是高效蒸发器变空间、无折流板设计制造技术。高效蒸发器采用SP元件提高传热效率15-30%；SP管变空间设计技术可减少流体流动的阻力，可实现节能20-35%，体积小20-35%，重量减少30-40%。

传统的立式降膜蒸发器采用普通圆管，壳程介质为高温蒸汽，管程介质为原料蒸发液，传热面积利用率低，存在传热效率低，易结垢，流动阻力大，流体横向冲刷管束易诱发振动等缺点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、体积小、传热效果好、流动阻力小、蒸发液膜贴壁性好、使用寿命长的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能降膜蒸发器。

为实现以上目的，本发明采取了的技术方案是：

一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，其包括壳体、上封头、下筒体、下封头、管板及换热管束，所述上封头设在壳体的上端，所述下筒体设置于壳体的下端与下封头之间，所述壳体的上侧设有壳程蒸汽入口，其下侧设有壳程冷凝液出口，所述上封头上设有与换热管束相连通的管程料液入口，下封头上设有与换热管束相连通的管程浓缩液出口及蒸汽出口，所述管板设有两个，分别设在上封头与壳体的连接处、以及下筒体与壳体的连接处，所述换热管束设在壳体内，该换热管束由多个换热管构成，换热管的上下两端分别与管板连通，换热管内部空间为管程，换热管外部空间为壳程，所述换热管为螺旋扭曲扁管，相邻螺旋扭曲扁管之间互相通过其长轴接触支撑。

所述换热管为麻花状的螺旋扭曲扁管。

所述换热管包括扭曲扁管段以及设置于该扭曲扁管段的上、下两端且与其一体成型的入口端圆管接口管段和出口端圆管接口管段，所述入口端圆管接口管段和出口端圆管接口管段分别与相应的管板焊接或胀接。

所述扭曲扁管段为由圆形管压成椭圆形管后，沿所述椭圆形管的轴向按扭矩200～270N·m扭转而成的螺旋状结构。

扭曲扁管段与入口端圆管接口管段（或出口端圆管接口管段）的长度比为3～5:1～2。

相邻的换热管之间通过扭曲扁管段的长轴相互接触，形成自支撑结构。

所述换热管之间采用三角形或六边形或正方形排布。

所述上封头上设有温度探头。

所述壳体的下端设有壳程放净口，壳体的上端设有排气口。

所述下筒体与分离器连接。

所述分离器包括分离器筒体以及设置于分离器筒体上下两端的分离器气相出口和分离器液相出口，所述分离器筒体通过分离器接管与下筒体相连通。

所述分离器筒体内设有旋流机制。

具有变截面的扭曲扁管段可采用金属或非金属材料。

本发明高效降膜蒸发器减少了壳程流通空间，而采用变截面的扭曲扁管，其壳程流体流动为变空间纵向流动。管程为变截面立体结构，其管程液膜流动为变空间螺旋流动。

小温差管壳程变空间的无折流板高效节能降膜蒸发器操作原理：高效蒸发器采用SP元件，需浓缩的液体进入SP螺旋加热椭圆管顶部，沿着螺旋加热椭圆管管内壁形成旋转离心力，液体薄紧贴管壁膜向下流动。在这个过程中由于管外的加热，管内液膜开始沸腾并部分蒸发。液膜的向下运动最初是由于重力和螺旋加热椭圆管离心力作用，而后管内蒸汽不断生成，向下流动的蒸汽带动液膜使之向下的运动加快。在列管下部及其下游的离心分离器中，剩余的液体和蒸汽得以分离。为了保证降膜蒸发器的功能，全部加热表面、尤其是加热管下部区域能够被液体充分均匀润湿是非常必要的。否则将出现局部干壁，从而导致严重的结壳现象。因此，本项目高效蒸发器采用SP元件，向下运动的液膜利用重力和螺旋加热椭圆管产生的离心力作用，迫使液体薄紧贴管壁膜向下流动，保证降膜蒸发器的全部加热表面被液体充分均匀润湿，避免了局部干壁现象，从而可防止严重的结壳现象。另外，在壳程的加热蒸汽逐渐冷凝，蒸汽在壳程的空间变小；而管内的液体不断蒸发，体积变大，通过改变SP管结构，可以调整这种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器的管壳程空间，以适应蒸发器管内外的流体的体积变化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

（1）本发明的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器省去了传统降膜蒸发器的折流板结构，利用变截面扭曲扁管的几何结构实现换热管的自支撑；

（2）由于特殊的SP螺旋椭圆加热管和无折流板的安装结构，产品通道和加热通道交替形成，能形成强烈的扰流，提高传热效率；

（3）产品和加热介质在各自的相应通道内呈逆流流动，设计的管间距和特制螺旋管产生强烈的湍流，从而得到理想的热能传递。

（4）强烈的热传递使产品沸腾，同时生成的蒸汽带动残留液形成向上爬升的液膜，进入板片组的蒸汽通道内。残留液和蒸汽在下游的离心分离器中得以分离。

（5）流体与换热管间有一定的螺旋倾角，流体螺旋状的绕过换热管束，实现有效的冲刷，流动阻力小，不存在滞流死区减少污垢的沉积；

（6）宽的入口管道和向上运动保证了在热交换器的全部横截面上达到理想分布。

（7）换热管连续的螺旋结构和变径部分的支撑减小了管子间的跨距，使得换热管的固有频率避开了流体的激振频率，避免了因共振引起的破损，从而延长了设备的寿命，降低了维修费用，使设备可以长期安全运行，达到了高效节能的目的；

（8）变截面扭曲扁管设计强化了传热效果，使同等负荷传热下，体积可小30%左右，减少了制造成本。

附图说明

图1为本发明一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器的结构示意图；

图2为换热管束的结构示意图。

其中：1、上封头；2、布液器；3、壳体；4、壳程蒸汽入口；5、换热管；51、入口端圆管接口管段；52、扭曲扁管段；53、出口端圆管接口管段；6、壳程冷凝液出口；7、壳程放净口；8、下筒体；9、下封头；10、浓缩液出口；11、分离器接管；12、分离器液相出口；13、分离器筒体；14、分离器气相出口；15、管程料液入口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，如图1所示，整体为立式管壳式换热器结构，该蒸发器包括壳体3、上封头1、下筒体8、下封头9、管板及换热管束，上封头1设在壳体3的上端，下筒体8及下封头9依次设在壳体3的下端，管板设有两个，分别设在上封头1与壳体3的连接处及下筒体8与壳体3的连接处，换热管束设在壳体3内，换热管束由若干换热管5构成，换热管5的上下两端分别与管板连通，换热管5内部空间为管程，换热管5外部空间为壳程，换热管5为扭曲扁管。壳体3的上下两端分别设有壳程蒸汽入口4及壳程冷凝液出口6，上封头1上设有管程料液入口15，下筒体8连接分离器接管11。壳体3的下端设有壳程放净口7，下封头9的下端设有浓缩液出口10。

如图2所示，换热管5分为三段，分别为入口端圆管接口管段51、中间部分的自支撑的且具有变截面的扭曲扁管段52，以及出口端圆管接口管段53。其中，扭曲扁管段52为由圆形管压成椭圆形管后，沿椭圆形管的轴向按扭矩200～270N·m扭转而成的螺旋状结构。相邻的换热管5之间通过扭曲扁管段52的长轴相互接触，形成自支撑结构。入口端圆管接口管段51和出口端圆管接口管段53均为光滑圆管，二者与相应的管板通过焊接或胀接固定。换热管5之间采用三角形或六边形排布。扭曲扁管段52可采用金属或非金属材料。

本发明高效节能降膜蒸发器取消了折流板结构，而采用扭曲扁管，其壳程流体流动为变空间纵向流动。管程为变截面立体结构，其管程流体流动为变空间螺旋流动。

本发明蒸发器用于MVR机械压缩式热泵系统中的降膜蒸发器，管程走原料液，壳程走高温蒸汽。高温蒸汽由壳程蒸汽入口4进入高效节能蒸发器，从壳程冷凝液出口6流出高效节能蒸发器，壳程高温蒸汽由于换热管5的扭曲扁管段52的变空间立体自支撑结构设计，流动形势为纵向变空间流动，有效强化传热，降低压降。原料液从管程料液入口15进入，先流经布液器2，使原料液流体均匀分布到蒸发器各换热管中，沿着螺旋加热椭圆管管内壁形成旋转离心力，液体薄紧贴管壁膜向下流动。在这个过程中由于管外的加热，管内液膜开始沸腾并部分蒸发。液膜的向下运动最初是由于重力和螺旋加热椭圆管离心力作用，而后管内蒸汽不断生成，向下流动的蒸汽带动液膜使之向下的运动加快。在列管下部及其下游的离心分离器中，剩余的液体和蒸汽得以分离。浓缩液最后从浓缩液出口10流出高效降膜蒸发器，产生的带有部分浓缩液的二次蒸汽从分离器接管11进入分离器筒体13分离后液体由分离器液相出口12排出，蒸汽由分离器气相出口14排出，然后再进入压缩机压缩成高热能品质蒸汽，通过管程料液入口再次进入该高效降膜蒸发器循环。换热管5的入口端圆管接口管段51的作用相当于预冷器，扭曲扁管段52及出口端圆管接口管段53为脱水器。其中壳程放净口7旨在工作一段时间结束后，排放未排净的冷凝液。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (10)

1.一种小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，其包括壳体（3）、上封头（1）、下筒体（8）、下封头（9）、管板及换热管束，所述上封头（1）设在壳体（3）的上端，所述下筒体设置于壳体（3）的下端与下封头（9）之间，所述壳体（3）的上侧设有壳程蒸汽入口（4），其下侧设有壳程冷凝液出口（6），所述上封头（1）上设有与换热管束相连通的管程料液入口（15），下封头（9）上设有与换热管束相连通的管程浓缩液出口（10）及蒸汽出口，所述管板设有两个，分别设在上封头（1）与壳体（3）的连接处、以及下筒体（8）与壳体（3）的连接处，所述换热管束设在壳体（3）内，该换热管束由多个换热管（5）构成，换热管（5）的上下两端分别与管板连通，换热管内部空间为管程，换热管外部空间为壳程，所述换热管（5）为螺旋扭曲扁管，相邻螺旋扭曲扁管之间互相通过其长轴接触支撑。

2.根据权利要求1所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述换热管（5）包括扭曲扁管段（52）以及设置于该扭曲扁管段（52）的上、下两端且与其一体成型的入口端圆管接口管段（51）和出口端圆管接口管段（53），所述入口端圆管接口管段（51）和出口端圆管接口管段（53）分别与相应的管板焊接或胀接。

3.根据权利要求2所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述扭曲扁管段（52）为由圆形管压成椭圆形管后，沿所述椭圆形管的轴向按扭矩200～270N·m扭转而成的螺旋状结构。

4.根据权利要求2所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，相邻的换热管之间通过扭曲扁管段（52）的长轴相互接触，形成自支撑结构。

5.根据权利要求1-4任一项所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述换热管（5）之间采用三角形或六边形或正方形排布。

6.根据权利要求1-4任一项所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述换热管（5）为麻花状的螺旋扭曲扁管。

7.根据权利要求1-4任一项所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述壳体的下端设有壳程放净口（7），壳体的上端设有排气口。

8.根据权利要求1所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器进一步包括一分离器，所述下筒体（8）与分离器连接。

9.根据权利要求8所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述分离器包括分离器筒体（13）以及设置于分离器筒体（13）上下两端的分离器气相出口（14）和分离器液相出口（12），所述分离器筒体（13）通过分离器接管（11）与下筒体（8）相连通。

10.根据权利要求9所述的小温差管壳程变空间的无折流板高效节能蒸发器，其特征在于，所述分离器筒体（13）内设有旋流机制。