CN106390490B - 一种冲动伞式自然循环蒸发器 - Google Patents

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Abstract

一种冲动伞式自然循环蒸发器，特点是以冲动伞作为自动清洗的动力头。冲动伞的上部为圆锥伞或球面伞，下部是能够在加热管自由升降运动的三菱柱。清洗螺旋的上端悬挂在冲动伞的底部，清洗螺旋的下端与管口架内的耦合弹簧连接，耦合弹簧下部的直线段，穿过管口架的轴承孔后做成弯钩，倒挂在轴承部上，周向不固定，可以自由旋转。生产运行时，利用加热管出口高流速的蒸汽泡溶液两相流对冲动伞作用有较大的冲动力、和冲动力的大小又有较大波动幅度的特点，带动清洗螺旋产生高效清洗污垢所需的三维复杂运动(旋转、径向振动、轴向往复)，实现有效、均匀的自动清洗，又不会相互磨损。这种自然循环又自动清洗的蒸发器，有助于节能、增产、增效。

Description

一种冲动伞式自然循环蒸发器
技术领域
本发明的一种冲动伞式自然循环蒸发器，涉及自然循环蒸发器的加热管内污垢的自动清洗、传热强化节能。它主要适用于加热管内容易生长污垢、尤其是结晶盐垢的蒸发器。
背景技术
蒸发器都容易结垢，尤其溶液的蒸发器，包括高盐废水蒸发器。自然循环蒸发装置，自然循环流速低，加热管内生长结垢，效率更低。因此，大多只好采用高耗能的大功率循环泵来强制循环。例如，一个大型的硝酸盐蒸发器系统，竟然需要配置数千KW的强制循环泵。即使采用如此高能耗的循环泵后，也只是比自然循环蒸发器延长了清洗的周期，仍然需要频繁地周期性停车清洗。
发明内容
本发明提出一种冲动伞式自然循环蒸发器，免去高能耗的强制循环泵，提出一种冲动伞作为自动清洗的动力头。其原理是：利用加热管出口高流速的蒸汽泡溶液两相流对冲动伞有较大的冲动力、和冲动力大小又有较大波动幅度的特点，带动加热管内的清洗螺旋产生复杂的三维运动，实现自动清洗，免除周期性停车清洗，显著地提高产能，大幅度地降低单位蒸发水量的电耗和蒸汽消耗。
本发明的技术方案为：一种冲动伞式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室、加热室、加热管、冲动伞、清洗螺旋、耦合弹簧、管口架、中心循环管、蒸发底罐。
冲动伞作为清洗螺旋的动力头。加热管内的清洗螺旋上端悬挂在管口的冲动伞下，清洗螺旋的下端与耦合弹簧连接。耦合弹簧下部的直线段，穿过管口架的轴承孔后弯钩，倒挂在轴承部上，周向不固定，可以自由旋转。生产运行时，利用加热管出口高流速的蒸汽泡溶液两相流对冲动伞作用有较大的冲动力、和冲动力大小的波动幅度又较大的特点，带动清洗螺旋产生高效清洗污垢需要的三维复杂运动：每分钟数百次的径向随机振动，每分钟数次到数十次的上下往复运动，每分钟数转到数十转的慢速转动。因此，能够有效、均匀的自动清洗加热管内壁的污垢，由于清洗螺旋相对于加热管内壁是振动跳跃式的移动，而非滑动，所以又不会发生相互磨损。
冲动伞的上部为圆锥伞或球面伞。圆锥伞的圆锥角α在90°～120°范围内，依据自然循环的流速高低选择，流速愈高，圆锥角α选取愈小值。冲动伞的直径D为加热管内径Di的1.10～1.25倍；圆锥伞或球面伞的下部设计有3～4个支耳，支耳的外切圆直径D3比加热管内径Di大2～6mm，支耳的高度H3要求≥0.25Di，防止冲动伞下落关闭加热管口，对循环流动形成大的阻力。圆锥伞或球面伞的底部都设计有直径3～6mm的泄漏孔，以防固体物沉积，增大冲动伞的质量和运动惯性，不利于冲动伞的往复运动。圆锥伞或球面伞的下方为三菱柱，其横截面外切圆直径D2比加热管内径Di小1～6mm、长度H为80～200mm，使冲动伞上下往复运动时能够基本上是竖直上下，不过分倾倒，以防与周边的冲动伞相互碰撞并且阻碍上下往复运动。三菱柱近底部有清洗螺旋的组装孔。冲动伞采用耐高温塑料制造。
加热管内安装的清洗螺旋，上端悬挂在冲动伞上，下端与耦合弹簧连接。因此，清洗螺旋可以径向振动，也可以自由旋转，还能够轴向往复运动。清洗螺旋的外径为加热管内径的0.60～0.95倍，螺距为加热管内径的0.75～2.0倍，长度比加热管短80～260mm。清洗螺旋采用弹簧钢丝或弹簧钛丝制造，钢丝直径1.2～3.0mm。
耦合弹簧采用金属丝制造，丝径0.8～1.5mm，不运行时为并紧弹簧。耦合弹簧的刚度远低于清洗螺旋。按照“正常生产时耦合弹簧的拉伸长度可以达到清洗螺旋螺距的3～8倍”的原则设计，并且依据扣除沸点上升后有效的加热温差愈大、倍数取值也愈大的原则选取。
管口架的插管部固定在加热管的下口端，插管部的长度L2为25～60mm。管口架的三筋部给耦合弹簧提供能够自由伸缩运动的滑道，三筋部的长度L1为150～300mm。管口架的轴承部的轴承孔径d1比耦合弹簧的钢丝直径大0.3mm以上，轴承部的外径d2为6～15mm，轴承部的许可磨损量h不小于6mm。
视镜设置方面，除了蒸发室监视操作液面的传统视镜外，还在靠近上下管板部位分别设置有视镜，用来观察监视清洗螺旋的上下往复运动状况和自转运动状况。
自然循环采用低液位操作：由玻璃管液位计的显示的液位，在低于上管板80～600mm的范围内。蒸发器的液位采用玻璃管液位计和差压式液位计监视。蒸发器的蒸发压力愈高，液位控制也愈高。低液位操作的目的是使加热管口以下的加热管内有一段能够形成环状沸腾，不仅传热系数高，并且两相流的流速高，对冲动伞的冲动力大，波动幅度又大，冲动伞带动的上下往复运动的行程就大。
中心循环管的不同于传统结构之处，在于顶部有一超出管板的上伸段，上伸段的高度H1大于冲动伞的运动高度。上伸段的主要作用是显著减弱循环流对冲动伞的横向冲推力，提高冲动伞往复运动的竖直度，有助于清洗螺旋能够自如地上下往复运动；同时还有助于增大自然循环推动力，提高自然循环的流速。中心循环管的底部有一超出下管板高度H2的下伸段，高度H2要求不低于管口架的高度，作用是显著减弱循环流母液对冲动伞的横向冲推力。中心循环管管内的横截面面积不小于所有加热管管内流通的总面积。
附图说明
图1是本发明的一种冲动伞式自然循环蒸发器的方案总图；
图2是圆锥伞的冲动伞结构示意图；
图3是冲动伞的A向视图；
图4是球面伞的冲动伞结构示意图；
图5是管口架的结构示意图。
图中：1蒸发室，2冲动伞，3上伸段，4清洗螺旋，5加热管，6加热室，7中心循环管，8耦合弹簧，9下伸段，10管口架，11蒸发底罐，12视镜，13玻璃管液位计，14差压式液位计，15支耳，16圆锥伞，17球面伞，18三菱柱，19组装孔，20泄漏孔，21插管部，22三筋部，23轴承部。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3、图4、图5，对本发明作进一步详细的描述。
一种冲动伞式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室1、加热室6、加热管5、冲动伞2、清洗螺旋4、耦合弹簧8、管口架10、中心循环管7、蒸发底罐11。
冲动伞2作为清洗螺旋4的动力头。加热管5内的清洗螺旋4的上端悬挂在管口的冲动伞2下，清洗螺旋4的下端与耦合弹簧8连接。耦合弹簧8下部的直线段，穿过管口架10的轴承孔后做成弯钩，倒挂在轴承部23上，周向不固定，可以自由旋转。生产运行时，利用加热管5出口高流速的蒸汽泡溶液两相流对冲动伞2作用有较大的冲动力、和冲动力的波动幅度又较大的特点，带动清洗螺旋4产生高效清洗污垢所需的三维复杂运动：每分钟数百次的径向随机振动，每分钟数次到数十次的上下往复运动，每分钟数转到数十转的慢速转动。因此，能够有效、均匀的自动清洗加热管5内壁的污垢，由于4清洗螺旋相对于加热管5内壁是振动跳跃式的移动，而非滑动，所以不会发生相互磨损。
冲动伞2的上部为圆锥伞16或球面伞17，并且冲动伞2的上部朝下设置。圆锥伞16的圆锥角α在90°～120°范围内，依据自然循环的流速高低选择，流速愈高，圆锥角α选取愈小值。冲动伞2的直径D为加热管5内径Di的1.10～1.25倍。圆锥伞16或球面伞17的下部设计有3～4个支耳15，支耳15的外切圆直径D3比加热管5内径Di大2～6mm，支耳15的高度H3要求≥0.25Di，防止冲动伞2下落关闭加热管5口，对自然循环流动形成大的阻力。圆锥伞16或球面伞17的底部都设计有直径3～6mm的泄漏孔20，以防固体物沉积，增大冲动伞2的质量和运动惯性，不利于冲动伞2的往复运动。圆锥伞16或球面伞17的下方为三菱柱18，其横截面外切圆直径D2比加热管5内径Di小1～6mm、长度H为80～200mm，使冲动伞2上下往复运动时能够基本上是竖直上下，不过分倾倒，以防与周边的冲动伞2互碰撞并且阻碍上下往复运动。三菱柱18近底部有清洗螺旋4的组装孔19。冲动伞2采用耐高温的塑料制造。
加热管5内安装的清洗螺旋4，上端悬挂在冲动伞2上，下端与耦合弹簧8连接。因此，清洗螺旋4可以径向振动，也可以自由旋转，还能够轴向往复运动。清洗螺旋4的外径为加热管5内径Di的0.60～0.95倍，螺距为加热管5内径Di的0.75～2.0倍，长度比加热管5短80～260mm。清洗螺旋4采用弹簧钢丝或弹簧钛丝制造，钢丝直径1.2～3.0mm。
耦合弹簧8采用金属丝制造，丝径0.8～1.5mm，不运行时为并紧弹簧。耦合弹簧8的刚度远低于清洗螺旋4。按照“正常生产时耦合弹簧8的拉伸长度可以达到清洗螺旋4螺距的3～8倍”的原则设计，并且依据扣除沸点上升后有效的加热温差愈大、倍数取值也愈大的原则选取。
管口架10的插管部21固定在加热管5的下口端，插管部21的长度L2为25～60mm。管口架10的三筋部22给耦合弹簧8提供自由伸缩运动的滑道，三筋部22的长度L1为150～300mm。管口架10的轴承部23的轴承孔径d1比耦合弹簧8的钢丝直径大0.3mm以上，轴承部23的外径d2为6～15mm，轴承部23的许可磨损量h不小于6mm。
视镜12设置方面，除了蒸发室1监视操作液面的传统视镜12外，还在靠近上下管板部位分别设置有视镜12，用来观察清洗螺旋4的上下往复运动状况和自转运动状况。
自然循环蒸发器采用低液位操作：由玻璃管液位计13的显示的液位，在低于上管板80～600mm的范围内。蒸发器的液位采用玻璃管液位计13和差压式液位计14监视。蒸发器的蒸发压力愈高，液位控制也愈高。低液位操作目的是使加热管5口以下的加热管5内有一段能够形成环状沸腾，不仅传热系数高，并且两相流的流速高，对冲动伞2的冲动力大，又波动幅度大，冲动伞2带动的上下往复运动的行程就大。
中心循环管7的不同于传统结构之处，在于顶部有一超出管板的上伸段3，上伸段3的高度H1大于冲动伞2的运动高度。上伸段2的主要作用是显著减弱循环流对冲动伞2的横向冲推力，提高冲动伞2往复运动的垂直度，有助于清洗螺旋4能够自如地上下往复运动；同时还有助于增大自然循环推动力，提高自然循环的流速。中心循环管7的底部有一超出下管板高度H2的下伸段9，高度H2要求不低于管口架10的高度，作用是显著减弱循环流母液对冲动伞2的横向冲推力。中心循环管7管内的横截面面积不小于所有加热管管内流通的总面积。

Claims (3)

1.一种冲动伞式自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室(1)、加热室(6)、加热管(5)、冲动伞(2)、清洗螺旋(4)、耦合弹簧(8)、管口架(10)、中心循环管(7)，该蒸发器为立式，上部为蒸发室(1)，中部为加热室(6)，下部为蒸发底罐(11)；其特征在于：冲动伞(2)作为清洗螺旋(4)的动力头；冲动伞(2)的上部为圆锥伞(16)或球面伞(17)，并且所述冲动伞(2)的上部朝下设置；冲动伞(2)的直径D为加热管(5)内径Di的1.10～1.25倍；圆锥伞(16)或球面伞(17)的下部设计有3～4个支耳(15)，支耳(15)的高度H3要求≥0.25Di，支耳(15)的外切圆直径D3比加热管(5)内径Di大2～6mm；圆锥伞(16)或球面伞(17)的底部设计有防固体物沉积的直径3～6mm的泄漏孔(20)；圆锥伞(16)或球面伞(17)的下方为三菱柱(18)，其横截面外切圆直径D3比加热管(5)内径Di小1～6mm、长度H为80～200mm，使冲动伞上下往复运动时能够基本上是竖直上下，不过分倾倒，以防与周边的冲动伞相互碰撞并且阻碍上下往复运动；加热管(5)内的清洗螺旋(4)的上端悬挂在冲动伞(2)下，清洗螺旋(4)的下端与耦合弹簧(8)连接；耦合弹簧(8)下部的直线段，穿过管口架(10)的轴承部(23)轴承孔后做成弯钩，倒挂在轴承部(23)上，周向不固定，可以自由旋转；耦合弹簧的刚度按照正常生产时耦合弹簧的拉伸长度可以达到清洗螺旋螺距的3～8倍的原则设计；生产运行时，利用加热管(5)出口的高流速蒸汽泡溶液两相流对冲动伞(2)作用的较大的冲动力、和冲动力的大小又有较大波动幅度的特点，带动清洗螺旋(4)产生高效清洗污垢所需的运动，所述运动包括旋转、径向振动以及轴向往复，实现有效、均匀的自动清洗。
2.如权利要求1所述的一种冲动伞式自然循环蒸发器，其特征在于：中心循环管(7)的顶部有一超出管板的上伸段(3)，上伸段(3)的高度H1大于冲动伞(2)的运动高度。
3.如权利要求1所述的一种冲动伞式自然循环蒸发器，其特征在于：管口架(10)的插管部固定在加热管(5)的下口端，插管部的长度L2为25～60mm；管口架的轴承部的轴承孔径d1比耦合弹簧的钢丝直径大0.3mm以上，轴承部的外径d2为6～15mm，轴承部的许可磨损量h不小于6mm；管口架(10)的三筋部(22)给耦合弹簧(8)提供能够自由伸缩运动的滑道，其长度L1为150～300mm。
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