CN111473668A - 一种自清洁换热器 - Google Patents
一种自清洁换热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111473668A CN111473668A CN202010301950.3A CN202010301950A CN111473668A CN 111473668 A CN111473668 A CN 111473668A CN 202010301950 A CN202010301950 A CN 202010301950A CN 111473668 A CN111473668 A CN 111473668A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heat exchanger
- particle
- pipe
- tube
- self
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
- F28F19/002—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using inserts or attachments
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
本发明涉及一种自清洁换热器,包括出料管路1、固液分离管箱2、列管换热器3、颗粒循环管4、颗粒调节阀门6、导流筒7、物料进口9和颗粒混合器10。本发明利用固体颗粒的自重外循环进行换热器的自清洁,从根本上解决换热器运行中结垢的难题和固体颗粒分离循环的问题,达到换热器运行过程中不结垢、不污堵、保持换热器高效节能运行的效果。固体颗粒的分离、储存和换热器封头合并为一体,使自清洁换热器的结构得到简化。
Description
技术领域
本发明专利涉及化工设备领域,具体涉及一种自清洁换热器。
背景技术
在我国化工、食品、制药领域等,换热器作为一种常见的设备,应用非常广泛,其常见的换热介质分为蒸汽与低温物料溶液换热、高温物料溶液与低温物料溶液换热、高温烟气与物料溶液换热等多种方式,结构形式以板式和列管式为主。
物料溶液换热设备在实际运行中,最大的问题在于结垢问题,由于物料溶液中含有钙离子、镁离子、硅离子、硫酸根离子、碳酸根等无机物和蛋白质、淀粉、果胶等有机物,在两种流体换热过程中,极易在换热器热交换壁面形成硫酸钙、碳酸钙、不溶性硅和有机沉淀析出物等而生成结垢,换热器换热面污垢层的形成,将降低换热器换热效率、堵塞换热器流体通道,造成换热效率低下,对工业生产等能耗损失极大。
根据我国有关科研单位的不完全统计,换热器在运行中,换热器表面的污垢是逐步增加、增厚的过程,结垢形式主要硫酸钙、碳酸钙、硅化合物以及部分参杂的有机污垢等,污垢物质在换热器壁面沉积,大大降低换热效率,理论上换热器表面污垢每增加1毫米厚度,换热器换热系数大概下降8%左右,同时能耗将增加9%以上,我国因为换热器结垢问题导致的能耗经济损失很大,根据粗略估算,经济损失约占工业GDP的0.03%左右。
为了防止换热器的结垢,现有技术主要以采用化学法去除水中钙镁硅,常见的药剂是氢氧化钠、碳酸钠、镁盐等,这些药剂消耗量大、价格昂贵,软化后的溶液产生大量固体废弃物,加大了工业生产运行成本和环保成本。
综上所述,换热器的防结垢问题是我国化工、食品、制药等领域面临的难题,迫切需要找到一种能够解决该难题的装置以及技术解决方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自清洁换热器,从根本上解决换热器运行中结垢的难题和固体颗粒分离、循环困难的问题,达到换热器运行过程中不结垢、不污堵、保持换热器高效节能运行的效果。本发明将固体颗粒的分离、储存和换热器封头合并为一体,使自清洁换热器的结构得到简化。
本发明专利解决上述技术问题的技术方案如下:一种自清洁换热器,包括出料管路1、液固分离管箱2、列管换热器3、颗粒循环管4、颗粒调节阀门6、导流筒7、物料进口9和颗粒混合器10。
所述物料进口9与颗粒混合器10的下端管口连接,所述颗粒混合器10的上端管口和侧壁分别与列管换热器3的底部管板和颗粒循环管4的下端管口连接,所述列管换热器3的顶部管板与导流筒7连接,所述导流筒7连接在液固分离管箱2的内底部,所述颗粒循环管4的顶端管口与液固分离管箱2的底部连接,所述颗粒循环管4上设置颗粒调节阀门6,所述出料管路1与液固分离管箱2的顶部或侧壁相连接。
本发明专利的有益效果是:
通过在换热器内添加能耐酸碱腐蚀的特定惰性固体颗粒,惰性固体颗粒与传热工质在换热器内的混合流动,形成含有固体颗粒的两相或多相流化床或输送床,流化状态的惰性固体颗粒的无序运动对传热壁面产生碰撞、摩擦和边界层扰动等多重综合效应,破坏换热器加热管壁面热边界层和结垢的临界生成状态,防止结垢物的附着,保持加热管壁的清洁,从而达到防止结垢和强化传热的目的。
在换热器上管箱内设置导流筒装置,导流装置将上管箱分为三个区域:导流筒内为两相或多相流化区,导流筒外为固体颗粒贮存区,贮存区和流化区上方为固体颗粒分离区。将固体颗粒的分离装置、贮存装置和换热器上管箱进行合并,使流化床自清洁换热器的结构得到简化。将固体颗粒贮存区用竖直管与换热器下颗粒循环管连接,固体颗粒通过竖直管依靠重力回流至下颗粒混合器,实现固体颗粒的自然循环。
附图说明
图1为本发明专利实施例提供的一种自清洁换热器的结构及工艺流程图;
图2为实施案例1中对换热器进出口流体料液温度的监测结果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明专利,并非用于限定本发明专利的保护范围。
本发明专利实施例提供的一种自清洁换热器的结构及工艺流程如图1所示,该结构包括出料管路1、液固分离管箱2、列管换热器3、颗粒循环管4、颗粒调节阀门6、导流筒7、物料进口9和颗粒混合器10。
所述物料进口9与颗粒混合器10的下端管口连接,所述颗粒混合器10的上端管口和侧壁分别与列管换热器3的底部管板和颗粒循环管4的下端管口连接,所述列管换热器3的顶部管板与导流筒7连接,所述导流筒7连接在液固分离管箱2的内底部,所述颗粒循环管4的顶端管口与液固分离管箱2的底部连接,所述颗粒循环管4上设置颗粒调节阀门6,所述出料管路1与连接在固液分离管箱2的顶部。
下面对各个部件分别介绍如下
1、出料管路1:
与液固分离管箱2顶端或侧面连接,是加热后流体物料排出管路。
2、液固分离管箱2:
液固分离管箱2材质可选择碳钢、304型号不锈钢、316L不锈钢或钛材,分离器体为圆筒形结构,底部为半锥体结构、液固分离管箱2底部与导流筒7、颗粒循环管4顶部连接,顶部与出料管路1连接,筒壁与导流筒7之间形成颗粒贮存区8、颗粒分离区5。液固分离管箱2内在流体力与重力的作用下,实现固体颗粒与流体物料的有效分离。液固分离管箱2同时兼具颗粒分离、颗粒贮存和换热器管箱(封头)功能。
3.列管换热器3:
列管换热器技术成熟,工业应用广泛,主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质,可分别采用普通碳钢、紫铜、或不锈钢、钛材制作。在进行换热时,物料由封头的连结管处进入,在管内流动,从封头另一端的出口管流出,这称之管程;另一种流体由壳体的接管进入,从壳体上的另一接管处流出,这称为壳程。
运行期间颗粒从管程进入,形成在管程内的两相或多相流运行状态,实现列管换热器3内换热效率提高10%以上,实现换热管壁清洁、不结垢、不污堵,管内物料溶液流速达到1.5米/s以上。
本实施例中,可采用通用立式列管式换热器,主要是防止管内结垢和强化管内传热,可用于加热也可用于冷却,可以是液体,也可以是气体,或气液两相流体。
4.颗粒循环管4:
颗粒循环管4可以是单根或多根竖直圆管或异形管,顶端管口与颗粒储存区域8连接,下端管口与列管式换热器3的底部颗粒混合器10连接,在颗粒循环管4的底端设置颗粒调节阀6用于控制和调节固体颗粒循环流量。颗粒循环管4的管径是列管换热器单根管径的2倍以上,作为颗粒下降回流的通道,其材质选用耐腐蚀不锈钢、2205双相钢、钛材等材料。
5、颗粒调剂阀门6
其为常用流体开关阀或流量调节阀,过流件根据物料可选择不锈钢304、不锈钢316L、钛材等,起到调节下降颗粒流量的作用。
6、导流筒7:
导流筒7为圆筒形结构,固定在列管换热器3的上管板上,与列管换热器3上端流体物料出口无缝连接。导流筒7内为颗粒流化和输送区域,将两相流或多相流引向颗粒分离区。导流筒7与液固分离管箱2周边器壁形成一定大小空间,空间底部为颗粒贮存区,空间上部为固体颗粒分离区。导流筒的设置使液固分离管箱2兼具颗粒分离、贮存和列管式换热器管箱(封头)多重功能。
7、物料进口9
物料进口9为物料流通的进口管路,流体物料从管路进入。物料进口9与颗粒混合器10连接。
8、颗粒混合器10
颗粒混合器内与物料进口9管路、列管换热器3底部管板、颗粒循环管4底端连接,进入的物料流体与颗粒在流体力的作用下于颗粒混合器内混合,形成含有固体颗粒的两相或多相流体,进入列管换热器3换热管内。颗粒混合器10直径不大于列管换热器3的外壳直径,不小于物料进口9管路直径该结构的工艺原理如下:
被加热流体物料首先从物料进口9进入,流体物料进入颗粒混合器10,颗粒混合器10与颗粒循环管4、列管换热器3底部管板连接,颗粒混合器10内流体物料与来自颗粒循环管4的颗粒扰动、均匀混合,在流体物料的带动下,混合颗粒的流体物料一同进入列管换热器3内部的管束,列管换热器3壳程通入加热工质,管程内形成固体颗粒和被加热流体物料的两相或三相流体混合状态,固体颗粒在管程内形成沸腾、冲击、扰动的效应,破坏加热管壁面的热边界层和结垢的临界生成状态,防止结垢物的附着,保持加热管壁的清洁,从而达到强化传热和防止结垢的目的。
含有固体颗粒的物料流体在列管换热器3加热管内向上流动,经加热管上端出口并在导流筒7作用下进入液固分离管箱2,颗粒在流体力与重力沉降的作用实现固液分离。导流筒7与液固分离管箱2筒壁之间形成颗粒贮存区8、固体颗粒分离区5。颗粒在颗粒贮存区8经过颗粒循环管4在重力作用下向下流动,经过颗粒调节阀6重新返回到列管换热器3底部连接的颗粒混合器10,在此与流体物料混合,如此往复,实现颗粒在列管换热器3内上行、颗粒分离区分离、颗粒贮存区贮存、颗粒循环管4下行、颗粒混合器10混合、循环进入列管换热器3的颗粒循环流动模式。
本专利的主要创新之处:
1.设置导流筒,将列管式换热器的管箱进行分区利用,形成固液分离箱结构、使上管箱兼具固体颗粒分离、贮存功能,从而使多相流自清洁换热器的结构得到简化。
2.在换热器外设置竖直颗粒循环管,将换热器上端颗粒贮存区与换热器下端颗粒混合器连接,颗粒依靠重力实现循环,结构简单,循环运行可靠,循环量可控。
3.换热器底端设置固体颗粒混合流化缓冲空间(颗粒混合器),使循环颗粒与流体能充分混合和流化,固体颗粒在换热管束中的分配较为均匀,从而保证了换热器的防垢和强化传热效果。
实施案例1:
采用本发明专利所述自清洁换热器预热某高硬度卤水,三台换热器串联操作,对换热器进出口流体料液温度的监测结果如图2所示,由此可以看出,新型换热器在连续运行135天时,料液卤水的出口温度基本没有明显的降低,预热后的卤水出口温度完全能满足生产工艺要求,可连续生产。而没有采用新技术前,预热器运行30~40天时,由于结垢严重,预热卤水出口温度降低明显,达不到生产工艺要求,预热器必须停车进行机械清洗,机械清洗三台换热器耗时3天以上。这种对比结果表明,本发明所述新型换热器能达到完全防结垢和强化传热的目的,不需要停车清洗,生产效率提高15%以上,节能在10%以上。
实施案例2:
采用本发明专利所述自清洁换热器,用于加热某30万吨/年真空蒸发制盐生产线所需石膏型井矿盐水,经长期连续运行证明,换热器内部固体颗粒的流化、循环和流动较为稳定,设备易于操作控制;本发明所述自清洁换热器能完全达到石膏型井矿盐水换热器的防垢、除垢和强化传热的目的,可连续生产,不需要停车对换热器进行除垢清理。通过对产量统计对比,采用该本发明所述换热器后,在蒸汽耗量相同的条件下,日增产量在100吨左右,即产量提高10%左右,同时有大约10%的节能;产品质量化验分析表明,该技术应用对蒸发制盐系统及产品质量无明显的负面影响。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例,并不用以限制本发明专利的保护范围,凡在本发明专利的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明专利的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种自清洁换热器,其特征在于,包括出料管路(1)、液固分离管箱(2)、列管换热器(3)、颗粒循环管(4)、颗粒调节阀门(6)、导流筒(7)、物料进口(9)和颗粒混合器(10)。
所述物料进口(9)与颗粒混合器(10)的下端管口连接,所述颗粒混合器(10)的上端管口和侧壁分别与列管换热器(3)的底部管板和颗粒循环管(4)的下端管口连接,所述列管换热器(3)的顶部管板与导流筒(7)连接,所述导流筒(7)连接在液固分离管箱(2)的内底部,所述颗粒循环管(4)的顶端管口与液固分离管箱(2)的底部连接,所述颗粒循环管(4)上设置颗粒调节阀门(6),所述出料管路(1)与连接在液固分离管箱(2)的顶部。
2.根据权利要求1所述的一种自清洁换热器,其特征在于,所述颗粒循环管(4)采用单根或多根竖直的圆管或异形管。
3.根据权利要求1所述的一种自清洁换热器,其特征在于,所述颗粒调节阀门(6)采用流体开关阀或流量调节阀。
4.根据权利要求1所述的一种自清洁换热器,其特征在于,所述颗粒混合器(10)直径不大于列管换热器(3)的外壳直径,不小于物料进口(9)管路直径。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010301950.3A CN111473668A (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种自清洁换热器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010301950.3A CN111473668A (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种自清洁换热器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111473668A true CN111473668A (zh) | 2020-07-31 |
Family
ID=71755364
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010301950.3A Withdrawn CN111473668A (zh) | 2020-04-16 | 2020-04-16 | 一种自清洁换热器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111473668A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114392707A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-04-26 | 山东大明精细化工有限公司 | 一种用于生产磺酸类表面活性剂的反应器换热系统 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100791243B1 (ko) * | 2006-11-17 | 2008-01-03 | 한국에너지기술연구원 | 고체입자-물 공급장치를 이용한 자체청소형 열교환기 |
CN103528415A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-22 | 湘潭大学 | 一种扭曲管内循环流态化粒子除防垢与强化传热装置 |
CN106440869A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-22 | 朱清敏 | 自清洁循环换热装置 |
CN107764109A (zh) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 自清洁流化床换热器 |
CN207816061U (zh) * | 2017-12-12 | 2018-09-04 | 上海蓝滨石化设备有限责任公司 | 一种用于含固体颗粒流体换热器 |
-
2020
- 2020-04-16 CN CN202010301950.3A patent/CN111473668A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100791243B1 (ko) * | 2006-11-17 | 2008-01-03 | 한국에너지기술연구원 | 고체입자-물 공급장치를 이용한 자체청소형 열교환기 |
CN103528415A (zh) * | 2013-10-30 | 2014-01-22 | 湘潭大学 | 一种扭曲管内循环流态化粒子除防垢与强化传热装置 |
CN107764109A (zh) * | 2016-08-23 | 2018-03-06 | 中国石油化工股份有限公司 | 自清洁流化床换热器 |
CN106440869A (zh) * | 2016-08-30 | 2017-02-22 | 朱清敏 | 自清洁循环换热装置 |
CN207816061U (zh) * | 2017-12-12 | 2018-09-04 | 上海蓝滨石化设备有限责任公司 | 一种用于含固体颗粒流体换热器 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114392707A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-04-26 | 山东大明精细化工有限公司 | 一种用于生产磺酸类表面活性剂的反应器换热系统 |
CN114392707B (zh) * | 2022-02-25 | 2023-09-22 | 山东大明精细化工有限公司 | 一种用于生产磺酸类表面活性剂的反应器换热系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106595348B (zh) | 不结垢流化床换热器 | |
CN204395466U (zh) | 一种固体颗粒再分布的汽-液-固三相强化传热多管换热器 | |
CN201488611U (zh) | 一种双程分离式热交换器 | |
CN105833563A (zh) | 不结垢加热组件、包含它的蒸发结晶装置 | |
CN106595356B (zh) | 自洁型流化床换热器 | |
CN105018152B (zh) | 一种高温半焦冷却系统及冷却方法 | |
CN107764109A (zh) | 自清洁流化床换热器 | |
CN111389044A (zh) | 一种防结垢蒸发结晶系统及方法 | |
CN203959976U (zh) | 浓盐水机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统 | |
CN207816061U (zh) | 一种用于含固体颗粒流体换热器 | |
CN111473668A (zh) | 一种自清洁换热器 | |
CN212941539U (zh) | 一种防结垢蒸发结晶装置 | |
CN111389038A (zh) | 一种防结垢蒸发浓缩系统及蒸发浓缩方法 | |
CN215310307U (zh) | 一种降温结晶装置 | |
CN106595350B (zh) | 液固循环流化床换热器 | |
CN108187356B (zh) | 一种带隔板的竖直双管程循环流化床蒸发器 | |
CN212440083U (zh) | 一种机械辅助自清洁蒸发浓缩器 | |
CN211486555U (zh) | 一种适应物料溶液波动的mvr蒸发设备 | |
CN212141510U (zh) | 一种防结垢蒸发浓缩系统 | |
CN212141541U (zh) | 一种防结垢蒸发结晶系统 | |
CN216808191U (zh) | 一种高盐高浓度有机废水高效处理蒸发器 | |
CN216918663U (zh) | 一种水平管式载气抗垢蒸发系统 | |
CN205759823U (zh) | 不结垢加热组件、包含它的蒸发结晶装置 | |
CN213192542U (zh) | 一种自清洁蒸发浓缩器 | |
CN110171859B (zh) | 石膏磁晶种阻垢除垢系统以及蒸发结晶系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20200731 |
|
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |