CN108211386B - 一种自动清洗式反向自然循环蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，包括至少由钢丝螺旋、圆柱弹簧和限位架组成自动清洗机构。生产运行时，钢丝螺旋不仅是对流传热强化元件，而且在反向自然循环出口两相流的波动流速作用下，引发每分钟10次上下沉浮运动和时断时续的振动式的慢慢自转运动，对加热管内壁结晶盐垢敲击，实现均匀的有效清洗。因此，能够达到长期、稳定、高效地连续生产的目的，节能增产效益显著。

Description

一种自动清洗式反向自然循环蒸发器
技术领域
本发明涉及一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，涉及反向自然循环蒸发器加热管内的自动清洗和对流传热强化。它主要适用于加热管内容易生长污垢、尤其是结晶盐垢的正压蒸发器与真空蒸发器。
背景技术
无机盐溶液蒸发器都容易结盐垢，尤其盐溶液的蒸发器，包括高盐废水蒸发器。加热管内结盐垢后能耗升高、产能降低，严重地影响蒸发生产的效益。
大多数自然循环蒸发器是正向自然循环的蒸发器。自然循环流速很低，并且由于加热管内沸腾汽化，非常容易生长结垢，清洗除垢难度最大，效率更低。因此，大多采用高能耗的大功率循环泵来强制循环。例如，一个大型的硝钾蒸发器系统，竟然需要配置数千万KW的强制循环泵。即使采用如此高能耗的循环泵后，还只是比自然循环蒸发器延长了清洗的周期，仍然需要频繁地每周停车清洗。
发明内容
本发明提出一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，与正向自然循环蒸发器相同的是，都不需要高能耗的强制循环泵，与正向自然循环蒸发显著不同的是，反向自然循环蒸发器能够避免加热管内沸腾汽化，可以大幅度地减缓结垢速度，降低自动清洗的难度。在加热管内悬挂钢丝螺旋，在加热管内流速不高的条件下，就能够发生较快的横向振动，敲击管内壁除盐清洗，而且能够利用汽化沸腾管出口的较高流速对蒸发室液面的强力的冲浪作用和循环流速的波动性，使圆柱弹簧发生伸缩和振动自转，带动悬挂的钢丝螺旋一起上下沉浮运动和自转，实现自动清洗的强化，达到避免周期性停车清洗、提高产能、降低能耗的目的。
本发明的技术方案为：一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室、沸腾循环管、加热室、加热管、限位筛网、圆柱弹簧、钢丝螺旋、限位架、喷汽环、底罐。还包括至少由钢丝螺旋、圆柱弹簧、限位架、限位筛网组成自动清洗机构。加热管内的钢丝螺旋悬挂在圆柱弹簧上端，圆柱弹簧的伸缩、自转、振动时，周向受到限位架的约束。限位架安装固定在加热管的上端管口内。限位筛网安装在限位架的上方10～20mm处，限制圆柱弹簧的伸缩运动的最高位。
加热管内的钢丝螺旋不仅是对流传热强化元件，同时又是自动清洗元件。钢丝螺旋采用不锈钢丝制造，钢丝直径1.6～3.5mm。钢丝螺旋的外径比加热管内径小3.0～9.0mm，钢丝螺旋的螺距25～50mm。加热管外径最常用的是
Figure BDA0001445765080000021
和
Figure BDA0001445765080000022
两种。加热管长度范围4000～6000mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，长度取值就可以愈大。
圆柱弹簧为压缩弹簧，设计的工作压缩量20～60mm，弹性系数10～50(N/m)。蒸发压力愈高，传热温差愈大，都要求取值较大。插管式限位架主要有插管和限位柱两部分，限位柱根数为3～4，依据加热管直径大小设计选择。限位柱的高度100～300mm，依据蒸发器对自动清洗强度大小需求选择。限位柱的内切圆直径D1比插管的外径D0大2～8mm，插管的外径D0与加热管内径相同。限位筛网采用1.2～3.0mm的粗丝的不锈钢筛网，网孔大小在3～5目范围内选择。
沸腾循环管的截面积≥所有加热管的流通总面积，以便充分汽化，减少出口汽液两相流的速度过高的动能损失，增加自然循环的有效推动力。沸腾循环管出口端的上伸段的高度h1要求大于等于限位柱的高度H，减低自然循环出口流对限位架和圆柱弹簧的横向冲击力；沸腾循环管进口端的下伸段的高度h2要求不小于沸腾循环管内径D2的1/4，避免自然循环进口流对钢丝螺旋尾端的横向冲力过大而引发的相互缠绕。沸腾循环管的下方，设置有喷汽环，喷汽环上侧均布开设3-10mm的喷汽孔，是开车时用来启动反向自然循环的。
正常生产运行过程中，蒸发器内的液体温度为沸点左右后，打开给喷汽环送加热蒸汽的阀门，使沸腾循环管内充满大量的蒸汽泡，与加热管内的单相流形成较大的密度差，产生反向自然循环的大推动力和加热管内的较高流速的反向循环流动，待反向循环稳定后即可关闭阀门。溶液在加热管内向下流动过程中温度虽然逐步提高，但是静压也逐步增大，因而不会发生显著的沸腾汽化，反向自然循环能够维持稳定运行。由于蒸发压力愈高，传热温差愈大，汽化深度愈大，反向循环的推动力愈大，反循环就愈稳定；蒸汽的小汽泡合并长大的时间也愈长，大的蒸汽泡愈多，出口流速的波动强度愈大，为钢丝螺旋的上下往复运动提供的动力就愈大，因而自动清洗的效果也就愈好。碎泡板和挡液板板是用于减少特大蒸汽泡产生的液沫夹带。
生产运行时，加热管内的较高流速对钢丝螺旋的螺旋导流作用，不仅有较好的对流传热强化作用，而且诱导钢丝螺旋产生每分钟150次以上的横向振动对管内壁面的敲击，除垢清洗效果显著。加上反向自然循环出口两相流的流速波动幅度比较大，使圆柱弹簧受到的压力变化幅度也比较大，产生每分钟10次上下的伸缩和振动式的自转运动，使钢丝螺旋随着发生行程30～120mm的上下往复运动和时断时续的慢慢自转。钢丝螺旋的这种复杂的清洗运动，实现了对加热管内壁结晶盐垢的有效清洗。
附图说明
图1为本发明一实施例中的一种自动清洗式反向自然循环蒸发器的示意图；图2为本发明一实施例中的插管式限位架、圆柱弹簧和钢丝螺旋组装的示意图
图中：1、蒸发室；2、挡液板；3、碎泡板；4、上伸段；5、限位筛网；6、圆柱弹簧；7、限位架；8、钢丝螺旋；9、加热管；10、加热室；11、沸腾循环管；12、阀门；13、喷汽环；14、底罐；15、下伸段；16、加热蒸汽进口管；17、限位柱；18、插管。
具体实施方式
下面结合附图1、图2，对本发明作进一步详细的描述。
一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室1、沸腾循环管11、加热室10、加热管9、限位筛网5、圆柱弹簧6、钢丝螺旋8、限位架7、喷汽环13、底罐14。还包括至少由钢丝螺旋8、圆柱弹簧6、限位架7、限位筛网5组成自动清洗机构。加热管9内的钢丝螺旋8悬挂在圆柱6的上端，圆柱弹簧6伸缩、自转、振动时，周向受到限位架7的约束。限位架7安装固定在加热管9的上端管口内。限位筛网5安装在限位架7的上方10～20mm处，限制圆柱弹簧6伸缩运动的最高位。
加热管9内的钢丝螺旋8不仅是对流传热强化元件，同时又是自动清洗元件。钢丝螺旋8采用不锈钢丝制造，钢丝直径1.6～3.5mm。钢丝螺旋8的外径比加热管内径小3.0～9.0mm，钢丝螺旋8的螺距25～50mm。加热管9外径最常用的是
Figure BDA0001445765080000041
和
Figure BDA0001445765080000042
两种，加热管9长度范围4000～6000mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，长度取值就可以愈大。
圆柱弹簧6为压缩弹簧，工作压缩量20～60mm，弹性系数10～50(N/m)。蒸发压力愈高，传热温差愈大，都要求弹性系数取值较大。限位架7主要有插管18和限位柱17两部分，限位柱17的根数为3～4，依据加热管9的直径大小设计选择。限位柱17的高度100～300mm，依据蒸发器对自动清洗强度大小需求选择。限位柱17的内切圆直径D1比插管18的外径D0大2～8mm，插管18的外径D0与加热管9内径相同。限位筛网5采用1.2～3.0mm的粗丝的不锈钢丝制造，网孔大小在3～5目范围内选择。
沸腾循环管11的截面积≥所有加热管9的流通总面积，以便充分汽化，减少出口汽液两相流的速度过高的动能损失，增加自然循环的有效推动力。沸腾循环管11出口端的上伸段4的高度h1要求大于等于限位柱17的高度H，减低自然循环出口流对限位架7和圆柱弹簧6的横向冲击力；沸腾循环管11进口端的下伸段15的高度h2要求不小于沸腾循环管11内径D2的1/4，避免自然循环进口流对钢丝螺旋8尾端的横向冲力过大而引发的相互缠绕。沸腾循环管11的下方，设置有喷汽环13，喷汽环13上侧均布孔径为3-10mm的喷汽孔，是开车时用来启动反向自然循环的。
正常生产运行过程中，蒸发器内的液体温度为沸点左右后，打开给喷汽环13送加热蒸汽的阀门12，使沸腾循环管11内充满大量的蒸汽泡，与加热管7的单相流形成较大的密度差，产生反向自然循环的大推动力和加热管9内的较高流速的反向循环流动，待反向循环稳定后即可关闭阀门12。溶液在加热管9内向下流动过程中温度虽然逐步提高，但是静压也逐步增大，因而不会发生显著的沸腾汽化，反向自然循环能够维持稳定运行。由于蒸发压力愈高，传热温差愈大，汽化深度愈大，反向循环的推动力愈大，反循环就愈稳定；蒸汽的小汽泡合并长大的时间也愈长，大的蒸汽泡愈多，出口流速的波动强度愈大，为钢丝螺旋8的上下往复运动提供的动力就愈大，因而自动清洗的效果也就愈好。碎泡板3和挡液板板2是用于减少特大蒸汽泡产生的液沫夹带。
生产运行时，加热管9内的较高流速对钢丝螺旋8的螺旋导流作用，不仅有较好的对流传热强化作用，而且诱导钢丝螺旋8产生每分钟150次以上的横向振动对管内壁面的敲击，除垢清洗效果显著。加上反向自然循环出口两相流的流速波动幅度比较大，使圆柱弹簧6受到的压力变化幅度也比较大，产生每分钟10次上下的伸缩和振动式的自转运动，使钢丝螺旋8随着发生行程30～120mm的上下往复运动和时断时续的慢慢自转。钢丝螺旋8的这种复杂的清洗运动，实现了对加热管9内壁结晶盐垢的有效清洗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种自动清洗式反向自然循环蒸发器，主要部件有蒸发室(1)、沸腾循环管(11)、加热室(10)、加热管(9)、圆柱弹簧(6)、钢丝螺旋(8)、限位架(7)、喷汽环(13)、底罐(14)，其特征在于：包括至少由钢丝螺旋(8 )、圆柱弹簧(6 )和限位架(7)组成自动清洗机构；限位架(7)插装固定在加热管(9)的上端管口内，钢丝螺旋(8)悬挂在圆柱弹簧(6)的上端，圆柱弹簧(6)发生伸缩、自转、振动时，受到限位架(7)的约束；圆柱弹簧(6)为压缩弹簧，设计压缩量为20～60mm，弹性系数10～50(N/m)，蒸发压力愈高，传热温差愈大，圆柱弹簧(6)的弹性系数的取值较大；沸腾循环管的截面积≥所有加热管的流通总面积，以便充分汽化，减少出口汽液两相流的速度过高的动能损失，增加自然循环的有效推动力， 沸腾循环管出口端的上伸段的高度h1要求大于等于限位柱的高度H，碎泡板用于减少特大蒸汽泡；蒸发压力愈高，传热温差愈大，汽化深度愈大，反向循环的推动力愈大，反循环就愈稳定；蒸汽的小汽泡合并长大的时间也愈长，大的蒸汽泡愈多，出口流速的波动强度愈大，为钢丝螺旋的上下往复运动提供的动力就愈大，因而自动清洗的效果也就愈好；加热管内的较高流速对钢丝螺旋的螺旋导流作用，诱导钢丝螺旋产生每分钟150次以上的横向振动对管内壁面的敲击，除垢清洗效果显著；加上反向自然循环出口两相流的流速波动幅度比较大，使圆柱弹簧受到的压力变化幅度也比较大，产生每分钟10次上下的伸缩和振动式的自转运动，使钢丝螺旋随着发生行程30～120mm的上下往复运动和时断时续的慢慢自转；钢丝螺旋的这种复杂的清洗运动，实现了对加热管内壁结晶盐垢的有效清洗；加热管长度范围4000～6000mm，蒸发压力愈高，传热温差愈大，长度取值就可以愈大；限位架(7)主要有插管(18)和限位柱(17)两部分。
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