CN110204127A - 一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统及其定向结垢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统，包括：原浆液缓冲箱、晶种反应器、过滤器及加热器；所述原浆液缓冲箱的排液口为两个，第一排液口与所述加热器进液口连通，第二排液口与所述晶种反应器的进液口连通；所述晶种反应器的溢流口与所述过滤器的进液口连通，所述过滤器的排液口与所述加热器的进液口连通。通过上述系统可以有效降低水溶液的钙盐浓度和过饱和度，抑制了钙盐的析出，进而解决了水溶液在换热过程中于换热壁面结垢，最终导致换热效率降低、系统运行不稳定等技术问题，从而提高了换热系统的换热效率，增强了系统运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及换热系统领域，尤其涉及一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统及其定向结垢方法。
背景技术
火电厂、化工工业和能源生产中钙垢的形成和去除是长期存在且较难解决的问题。据相关资料记载，垢厚度为0.5mm时，换热系统的传热系数下降30％，垢厚度增加至1mm时，换热系统的传热系数下降50％，因此垢的存在极大程度的影响了换热器的换热性能。同时，垢的形成还会导致流体的流通截面减小，管道堵塞，增加泵的输送能耗，降低设备使用寿命等问题，严重时甚至会造成破坏性事故。
因此抑制垢的形成是保证换热系统稳定运行的关键，而垢的生成机理是研究抑垢方法的根本。其中钙垢的生成机理为：钙盐的析出过程一般会经过稳定态(浓度小于或等于饱和浓度)、介稳态(浓度大于饱和浓度，但需要一段时间间隔才能析出钙盐或需要加入晶种促使钙盐析出)和不稳态(钙盐立即析出)三种状态。浆液在换热过程中温度升高，水分蒸发，钙盐的溶解度发生变化，同时钙盐浓度增大，当钙盐浓度超过饱和浓度时，浆液由稳定态进入介稳态，甚至直接进入不稳态，从而导致钙盐析出并沉积在换热器表面，析出的钙盐作为晶种又为盐提供了新的生长位点，加速了盐在管壁的生长，最终在换热器壁面形成致密坚硬的垢层。
现阶段防垢除垢的方法一般包括预处理除硬、加入阻垢剂、采用物理化学法除垢和晶种在换热系统内部循环抑垢等方法，其中：
采用预处理加药除硬和加入阻垢剂的方法，需要在浆液中加入化学药剂，增加了系统的运行费用。
换热器形成垢层后，若通过机械方法除垢易造成管材受损，管壁粗糙不平，管壁的表面能增大，致使在换热过程中垢更易在管壁表面沉积；高压水枪除垢虽然清洗彻底，但人力、物力的消耗较大，经济性差；化学除垢则需要消耗大量化学药品，生产成本高，且清洗液会造成环境污染，不利于绿色可持续发展。
晶种在换热系统内部循环以抑制垢在壁面沉积的方法，需要精确控制晶种添加量。由于晶种的添加可极大程度的减小钙盐的成核势垒，若晶种的添加量少，则晶体提供的生长位点不足，有部分钙盐会依附于管壁表面生长，加速了管壁结垢；若晶种添加量过大，则需要流体流速足够大以保证晶体颗粒不会在壁面停留生长，而增大流体流速需要增加系统泵的设备参数，同时固相晶体量的增大会导致换热管内的换热效率下降。
因此提供一种既能保证换热器高换热效率、长期稳定运行，又能定向控制的抑制钙盐结垢的方法及工艺是现阶段防垢抑垢急需解决的问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统及其定向结垢方法以解决由于换热系统内部形成垢而导致换热效率下降的问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统，包括：原浆液缓冲箱、加热器、晶种反应器及过滤器；所述原浆液缓冲箱的排液口为两个，第一排液口与所述加热器进液口连通，第二排液口与所述晶种反应器的进液口连通；所述晶种反应器的溢流口与所述过滤器的进液口连通，所述过滤器的排液口与所述加热器的进液口连通。
进一步地，所述晶种反应器包括：筒体部和锥体部，所述筒体部的一端与所述锥体部的广口连接；所述筒体部径向侧壁设置有溢流口和进液口，所述筒体部靠近所述锥体部位置设置有进液口，所述锥体底部设置有晶浆排出口。
进一步地，所述溢流口设置在远离所述锥体部的侧壁位置，所述进液口设置在靠近所述锥体部的侧壁位置。
进一步地，所述晶浆排出口设置在所述锥体底部。
进一步地，所述晶种反应器内部设置有搅拌器。
进一步地，所述晶种反应器底部设置有泥位计。
进一步地，所述过滤器上设置有反冲洗进水口和反冲洗回水口；所述反冲洗进水口与所述原浆液缓冲箱的出水口连通，所述反冲洗回水口与所述晶种反应器的进液口连通。
进一步地，还包括压差计；所述压差计设置在所述过滤器外侧。
根据本发明的另一个方面，提供一种外部晶种法抑制钙盐结垢系统的定向结垢方法，包括：使待处理的部分或全部原浆液进入如上述方案任一项所述的晶种反应器与晶种接触反应，使钙垢定向的在晶种表面生长，以降低原浆液中钙盐的过饱和度；使由所述晶种反应器的溢流口流出的浆液进入到如上述方案任一项所述的过滤器进行过滤，以滤除浆液中由晶种反应器携带出的晶体；使过滤后的低过饱和度浆液或过滤后的低过饱和度浆液与原浆液的混合液进入如上述方案任一项所述的加热器，其中所述加热器内的浆液的过饱和度始终维持在介稳区范围内，抑制了钙盐在换热管壁析出结垢。
进一步地，所述晶种与原浆液接触反应后，较大晶体沉降于晶种反应器底部，并由晶浆排出口排出，所述晶浆经过处理后筛出的满足要求的晶体作为晶种，用于与所述原浆液接触反应。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过上述系统及方法可以有效降低水溶液的钙盐浓度和过饱和度，抑制了钙盐的析出，进而解决了水溶液在换热过程中于换热壁面结垢，最终导致换热效率降低、系统运行不稳定等技术问题，从而提高了换热系统的换热效率，增强了系统运行的稳定性。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的外部晶种法防止钙盐结垢的系统结构示意框图；
图2是根据本发明一可选实施方式的晶种反应器的结构示意图。
附图标记：
1：原浆液缓冲箱；2：晶种反应器；3：过滤器；4：加热器；21：溢流口；22：进液口；23：晶浆排出口；24：搅拌器；25：晶种添加口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统，包括：原浆液缓冲箱1、晶种反应器2、过滤器3及加热器4；原浆液缓冲箱1的排液口为两个，第一排液口与加热器4进液口连通，第二排液口与晶种反应器2的进液口22连通；晶种反应器2的溢流口21与过滤器3的进液口连通，过滤器3的排液口与加热器4的进液口连通。晶种反应器2中晶种是经过优化合理配置的，晶种添加量及尺寸需根据水质、水量、浆液温度变化确定。该系统可以保证浆液在加热过程中的过饱和度始终处于介稳区范围内，且经过过滤的浆液没有大颗粒晶种引入加热器4，确保了加热装置定向防垢抑垢、长期稳定运行。
可选的，晶种反应器2包括：筒体部和锥体部，筒体部的一端与锥体部的广口连接；筒体部径向侧壁设置有溢流口21和进液口22，筒体部靠近锥体部位置设置有进液口22，锥体部底部设置有晶浆排出口23。筒体部远离锥体部的一端设置有晶种添加口25，用于添加晶种。
可选的，溢流口21设置在远离锥体部的侧壁位置，进液口22设置在靠近锥体部的侧壁位置。此种设置保证晶种均匀的分布于水溶液中且溢流口21流出的液体为携带细小晶体的上清液。
可选的，晶浆排出口23设置在锥体底部。以排出沉积在底部的大颗粒晶体。
可选的，晶种反应器2内部设置有搅拌器24。此种设置可以进一步保证晶种均匀分布。
可选的，晶种反应器2底部设置有泥位计。该泥位计用于监测底部沉降的大颗粒晶体量，以确定晶浆的排放时间。
可选的，过滤器3上设置有反冲洗进水口和反冲洗回水口；反冲洗进水口与原浆液缓冲箱1的出水口连通，反冲洗回水口与晶种反应器2的进液口22连通。此种设置可以有效充分利用晶种。
可选的，还包括：压差计；压差计设置在过滤器3外侧。用于检测进出过滤器3水溶液的压差。
在本发明实施例的另一个方面，提供一种外部晶种法抑制钙盐结垢系统的定向结垢方法，包括：
T1：使待处理的部分或全部原浆液进入如上述实施例任一项所述的晶种反应器与晶种接触反应，使钙垢定向的在晶种表面生长，以降低原浆液中钙盐的过饱和度；
T2：使由所述晶种反应器的溢流口流出的浆液进入到如上述实施例任一项所述的过滤器进行过滤，以滤除浆液中由晶种反应器携带出的晶体；
T3：使过滤后的低过饱和度浆液或过滤后的低过饱和度浆液与原浆液的混合液进入如上述实施例任一项所述的加热器，其中所述加热器内的浆液的过饱和度始终维持在介稳区范围内，抑制了钙盐在换热管壁析出结垢。
可选的，晶种与原浆液接触反应后，较大晶体沉降于晶种反应器底部，并由晶浆排出口排出，排出的晶浆经过处理后筛出满足要求的晶体作为晶种，回用于晶种反应器与原浆液接触反应。
由于钙盐的最大过饱和比为A,当体系中钙盐的过饱和比等于或大于A时，体系处于不稳定状态，钙盐会立即析出，当控制浆液的过饱和比为B时，其中B＜A，浆液体系处于介稳状态，基本不会发生盐析现象。通过上述实施例方法步骤使得到的低过饱和度浆液的钙盐的过饱和比等于或小于B，将该浆液通入换热系统后可有效抑制钙垢的形成，进而解决了换热系统由于钙盐的析出形成垢导致换热效率降低的问题。
在一可选实施例中，提供一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统包括原水缓冲箱1、晶种反应器2、过滤器3及加热器4，加热装置连接外部热源，晶种反应装置2的进液口通过输水管路与原水缓冲箱1的出液口相连，晶种反应装置2的溢流口通过输水管路与过滤装置相连，过滤装置3的排液口通过输水管道与加热装置4的进液口连接。通过晶种反应装置和过滤装置对浆液进行降低过饱和度和过滤细小晶体的处理，降低了进入加热装置的浆液的过饱和度，增加了浆液的稳定性，抑制了加热装置的垢的生成，延长了加热装置的稳定运行时间，提高了加热装置的换热效率。
可选的，晶种反应器2上筒体下部设置有浆液切向进液口，且上筒体底部设置有对浆液及晶种进行搅拌的搅拌装置，上筒体的侧部设置有浆液溢流口，下锥形装置的侧部设置有晶浆排出口。
可选的，过滤器3的最上层水侧和最下层水侧设置有对进出口浆液压差进行检测的压差计，通过压差计对进出口压差进行实时检测，以便在达到预设阈值后能够及时对过滤层进行反冲洗。
可选的，晶种反应器2内通过泥位计检测晶浆在晶种反应器2的沉降情况，以便在达到预设阈值后能够及时对晶浆进行排放。
可选的，晶种反应器2包括上筒体和下筒体，上筒体为圆筒形，下筒体为倒置的圆锥形结构，上筒体的上侧部设置有溢流口，上筒体的下部设置有进液口，下筒体的底部设置有晶浆排出口。浆液切向进入晶种反应器2，浆液携带着晶种沿晶种反应器2的内壁螺旋运动，使晶种均匀分布在浆液中。在运动过程中钙盐依附于晶种表面生长，一部分生长成为大颗粒的晶体受到较大的重力和离心力，进而回落至晶种反应器2底部，由晶浆排出口排出，另一部分由二次成核形成的晶体和还未来得及长大的晶体受到的重力和离心力较小，这部分晶体随浆液由溢流口排出，进入到过滤器进行过滤处理。
可选的，过滤器3上设置有反冲洗进液口和反冲洗回水口，反冲洗进液口通过输水管道与原水缓冲箱的排液口相连，反冲洗回水口通过输水管路与晶种反应器2的进液口相连，对沉积在过滤器的固体杂质及细小晶体进行清洗，清洗后的液体通过反冲洗回水口输送至晶种反应器2中，以保证过滤器稳定过滤。
在一可选实施例中，提供一种外部晶种法抑制钙盐结垢系统的定向结垢方法包括如下步骤：
S1：部分或全部原浆液进入晶种反应器2与晶种接触反应，使钙垢定向的在晶种表面生长，以降低进入加热器的浆液的过饱和度；具体的，原浆液由晶种反应器2上筒体下部切向进入晶种反应器，以旋流的形式促进晶种均匀分布在浆液中，必要时加入搅拌桨搅拌促进晶种的均匀分布，待晶种长至一定粒径时，在较大的重力与离心力的作用下沉降至晶种反应器底部，并由晶浆排出口将其排出，排出的晶浆经过脱水及优化处理，处理后的晶体作为晶种回用至晶种反应器，过饱和度降低的浆液携带着细小晶体由溢流口进入到过滤器进行过滤处理。
S2：由晶种反应器2的溢流口流出的浆液进入到过滤器进行过滤，以滤除浆液中由晶种反应器2携带出的晶体；
S3：过滤后的低过饱和度浆液或过滤后的低过饱和度浆液与原浆液的混合液进入加热器进行加热，其中加热器内的浆液的过饱和度始终维持在介稳区范围内，抑制了钙盐在换热管壁析出结垢；
S4：晶种与原浆液接触反应后，较大晶体沉降于晶种反应器底部，并由晶浆排出口排出，排出的晶浆经过处理后筛出满足要求的晶体作为晶种，用于与原浆液接触反应。
原水缓冲箱1的原浆液部分或全部进入晶种反应器2进行降低过饱和度的处理，之后进入过滤器3进行脱除细小晶体的处理，过滤产生的较纯净且过饱和度较低的浆液在加热器4进液口与原浆液混合(部分浆液进入晶种反应器2时)进入加热器从而确保浆液以低过饱和度状态存在于加热器中，同时保证浆液在加热过程中的过饱和度始终处于介稳区范围内，且基本没有晶种引入加热器，确保了加热装置定向防垢抑垢、长期稳定运行。
本发明旨在保护一种外部晶种法抑制钙盐结垢的系统，包括：原浆液缓冲箱1、晶种反应器2、过滤器3及加热器4；所述原浆液缓冲箱1的排液口为两个，第一排液口与所述加热器4进液口连通，第二排液口与所述晶种反应器2的进液口连通；所述晶种反应器2的溢流口与所述过滤器3的进液口连通，所述过滤器3的排液口与所述加热器4的进液口连通。通过上述系统可以有效降低水溶液的钙盐浓度和过饱和度，抑制了钙盐的析出，进而解决了水溶液在换热过程中于换热壁面结垢，最终导致换热效率降低、系统运行不稳定等技术问题，从而提高了换热系统的换热效率，增强了系统运行的稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种外部晶种法抑制钙盐结垢系统，其特征在于，包括：原浆液缓冲箱(1)、晶种反应器(2)、过滤器(3)及加热器(4)；
所述原浆液缓冲箱(1)的排液口为两个，第一排液口与所述加热器(4)进液口(22)连通，第二排液口与所述晶种反应器(2)的进液口(22)连通；
所述晶种反应器(2)的溢流口(21)与所述过滤器(3)的进液口(22)连通，所述过滤器(3)的排液口与所述加热器(4)的进液口(22)连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶种反应器(2)包括：筒体部和锥体部，所述筒体部的一端与所述锥体部的广口连接；
所述筒体部径向侧壁设置有溢流口(21)和进液口(22)，所述筒体部靠近所述锥体部位置设置有进液口(22)，所述锥体部底部设置有晶浆排出口(23)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述溢流口(21)设置在远离所述锥体部的侧壁位置，所述进液口(22)设置在靠近所述锥体部的侧壁位置。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述晶浆排出口(23)设置在所述锥体部底部。
5.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述晶种反应器(2)内部设置有搅拌器(24)。
6.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述晶种反应器(2)底部设置有泥位计。
7.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述过滤器(3)上设置有反冲洗进水口和反冲洗回水口；
所述反冲洗进水口与所述原浆液缓冲箱(1)的出水口连通，所述反冲洗回水口与所述晶种反应器的进液口(22)连通。
8.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，还包括压差计；
所述压差计设置在所述过滤器(3)外侧。
9.一种外部晶种法抑制钙盐结垢系统的定向结垢方法，其特征在于，包括：
使待处理的部分或全部原浆液进入如权里要求1-8任一项所述的晶种反应器与晶种接触反应，使钙垢定向的在晶种表面生长，以降低原浆液中钙盐的过饱和度；
使由所述晶种反应器的溢流口流出的浆液进入到如权里要求1-8任一项所述的过滤器进行过滤，以滤除浆液中由晶种反应器携带出的晶体；
使过滤后的低过饱和度浆液或过滤后的低过饱和度浆液与原浆液的混合液进入如权里要求1-8任一项所述的加热器，其中所述加热器内的浆液的过饱和度始终维持在介稳区范围内，抑制了钙盐在换热管壁析出结垢。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，晶种与原浆液接触反应后，较大晶体沉降于晶种反应器底部，并由晶浆排出口排出，所述晶浆经过处理后筛出的满足要求的晶体作为晶种，用于与所述原浆液接触反应。
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