CN111686463A - 循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入技术 - Google Patents

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邹强
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0082—Regulation; Control
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/30—Accessories for evaporators ; Constructional details thereof

Abstract

本发明属于流化床蒸发器技术领域，尤其是涉及一种循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置,包括循环流化床蒸发器(1)，和设置在所述循环流化床蒸发器(1)内壁表面的第一温度传感器(2)及设置在循环流化床蒸发器(1)管道中央的第二温度传感器(3)；所述循环流化床蒸发器(1)的管壁上设有SiC补料管(4)，所述SiC补料管(4)与循环流化床蒸发器(1)管壁的连接处设有电动开关(5)，该技术通过布置在管壁和管内的温度传感器，实时监控设备的对流传热系数的变化，当变化达到阈值后自动开启加料阀门自动加料，当加料完成后阀门自动关闭，全过程没有人工参与。

Description

循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入技术
技术领域
本发明属于流化床蒸发器技术领域，尤其是涉及一种循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置及其运行方法。
背景技术
换热设备的结垢，是众多行业普遍存在的问题，据调查，90％以上的换热设备存在着不同程度的结垢问题，严重影响了换热设备的正常运行，造成了巨大的经济损失和能源浪费。全世界每年因污垢造成的经济损失约占GDP的0.25％，而我国要远超过世界平均水平，即使按0.25％计算，那么每年的经济损失也是相当惊人的；如以我国2009年GDP为9.5万亿美元来计算，则因结垢导致的经济损失高达1300多亿元人民币。因此，采取有效的措施，解决换热设备的结垢问题，是非常必要和重要的。
流化床换热防垢是上世纪80年代开发的一项新技术，不仅能防垢，也具有强化传热功能，受到国内外的极大关注，经试验研究在Na2SO4循环流化床蒸发器中，用SiC惰性固体颗粒可以明显增强传热。
目前Na2SO4循环流化床蒸发器的防垢、除垢与强化传热技术为在设备建成开工之前在设备中提前预加一定量的SiC固体颗粒，利用流化床中流化SiC 固体颗粒的杂乱运动，破坏传热壁面处的流动边界层和传热边界层，降低热阻，达到传热强化的效果，由于流化SiC固体颗粒对边界层的破坏和对管内流体的搅动，阻止溶质在边界层溶液中形成过饱和度，延长结垢的诱导期，进而达到在线防垢的目的；此外，由于传热系数的增大，导致壁温下降，也有利于防垢。
但是，SiC固体颗粒在频繁与管壁碰撞中会损失一部分，而SiC固体颗粒的减少会导致设备防除垢和强化传热效果的减弱，当设备内部的SiC固体颗粒数量降低到一定值后，不能起到设备防除垢和强化传热的作用，进而导致设备运行工况与设计工况不同，增加设备控制的难度、影响化工产品的质量；目前普遍采用的方法是在设备开车之前提前预加过量的SiC固体颗粒，随着流化床中SiC固体颗粒不断与管壁碰撞消耗，待颗粒数量下降到一定程度，不能达到设备要求的防除垢与强化传热效果时，设备停车重新加入SiC固体颗粒，再开车生产；但是在连续化工生产中，开、停车过程会造成大量的原料浪费和工时浪费，而且由于开停车时不正常的工况会对设备造成一定程度的损害，每一次更换SiC固体颗粒会造成企业产生巨大的经济损失；依次需要一种自动补充SiC 的Na2SO4循环流化床蒸发器。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置及其运行方法，具体技术方案如下；
循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置，包括循环流化床蒸发器(1)，和设置在所述循环流化床蒸发器(1)内壁表面的第一温度传感器 (2)及设置在循环流化床蒸发器(1)管道中央的第二温度传感器(3)；所述循环流化床蒸发器(1)的管壁上设有SiC补料管(4)，所述SiC补料管(4) 与循环流化床蒸发器(1)管壁的连接处设有电动开关(5)，所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、电动开关(5)分别连接控制器(6)；
优选地，所述第一温度传感器(2)和第二温度传感器(3)分别间距管径直径1-2倍的距离均匀布置；
循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置运行方法，其特征在于，按如下步骤进行：
a.Na2SO4环流化床蒸发器正常运行，电动开关(5)关闭，第一温度传感器(2) 与第二温度传感器(3)将采集的温度信号传到控制器(6)中；
b.控制器(6)将收集到的数据通过运算，计算出对流传热系数α：
计算公式为
Figure RE-GDA0002090969070000021
式中，Q是加热功率；Si是管的内表面积；twi是内管壁的温度；tm是流体的平均温度。twi可以通过式(2)求出；
Figure RE-GDA0002090969070000022
式中，two是外管壁的温度；di和do分别是管的内径和外径；λ是管的导热系数； l是管的长度；
C.通过控制器计算出其某一段管内的对流传热系数α，设定对流传热系数阈值为2500W/(m2·℃)，当超过该阈值时，控制器控制电动开关(5)打开，将SiC补料管(4)中粒径为1mm的SiC颗粒补入到管径中，(而每次的补入量，通过蒸发器运行前，预先实验确定对流传热系数下降数值与SiC固体颗粒消耗量，来确定每次的加料量)；
d.将SiC颗粒补入后，控制器(6)控制电动开关(5)关闭，第一温度传感器 (2)与第二温度传感器(3)实时合成的对流传热系数α，控制器(6)设定时限，在五分钟内将不会对第一温度传感器(2)与第二温度传感器(3)实时合成的高于额定阈值的对流传热系数α进行判断；
e.在五分钟后，若实时的对流传热系数α依然高于额定阈值，控制器(6)将循环加料动作。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)自动化：该技术通过布置在管壁和管内的温度传感器，实时监控设备的对流传热系数的变化，当变化达到阈值后自动开启加料阀门自动加料，当加料完成后阀门自动关闭，全过程没有人工参与。
(2)精确性：该技术可以避免在开车前预先在设备中加入过量的SiC固体颗粒，能够精确的控制设备中的SiC固体颗粒量，使设备的对流传热系数处于一个稳定的状态。
(3)经济性：该技术可以避免设备中用于防除垢和强化传热的SiC固体颗粒由于与管壁间的碰撞消耗而不得不停车重新向设备中加入SiC固体颗粒过程中设备开停车所造成的巨大原料浪费和工时浪费。同时，由于该技术可以根据设备中的颗粒数量选择及时向设备中加入SiC固体颗粒，可以使设备的对流传热系数处于一个稳定的区间，可以使设备在一个比较理想的工况下工作，延长设备的使用寿命。另外，由于该技术的全自动化可以节省很大一部分人工费用，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：循环流化床蒸发器1、第一温度传感器2、第二温度传感器3、SiC补料管4、电动开关5、控制器6。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明；
一种循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置，包括循环流化床蒸发器1，和设置在所述循环流化床蒸发器1内壁表面的第一温度传感器2及设置在循环流化床蒸发器1管道中央的第二温度传感器3；所述循环流化床蒸发器1的管壁上设有SiC补料管4，所述SiC补料管4与循环流化床蒸发器1管壁的连接处设有电动开关5，所述第一温度传感器2、第二温度传感器3、电动开关5分别连接控制器6；
优选地，所述第一温度传感器2和第二温度传感器3分别间距管径直径1-2 倍的距离均匀布置；
循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置运行方法，其特征在于，按如下步骤进行：
a.Na2SO4环流化床蒸发器正常运行，电动开关5关闭，第一温度传感器2与第二温度传感器3将采集的温度信号传到控制器6中；
b.控制器6将收集到的数据通过运算，计算出对流传热系数α：
计算公式为
Figure RE-GDA0002090969070000041
式中，Q是加热功率；Si是管的内表面积；twi是内管壁的温度；tm是流体的平均温度。twi可以通过式(2)求出；
Figure RE-GDA0002090969070000042
式中，two是外管壁的温度；di和do分别是管的内径和外径；λ是管的导热系数； l是管的长度；
传热增强因子E代表存在颗粒时传热系数增加的百分数，可定义为：
Figure RE-GDA0002090969070000043
式中，αvl和αvls分别是两相流和三相流的传热系数。
结垢因子F表示结垢的增长率，可定义为：
Figure RE-GDA0002090969070000044
式中，R0代表初始热阻，Rt代表不同操作时间的热阻。R可以通过式(5)求出；
Figure RE-GDA0002090969070000045
C.通过控制器计算出其某一段管内的对流传热系数α，设定对流传热系数阈值为2500W/(m2·℃)，当超过该阈值时，控制器控制电动开关5打开，将SiC补料管4 中粒径为1mm的SiC颗粒补入到管径中，(而每次的补入量，通过蒸发器运行前，预先实验确定对流传热系数下降数值与SiC固体颗粒消耗量，来确定每次的加料量)；
d.将SiC颗粒补入后，控制器6控制电动开关5关闭，第一温度传感器2与第二温度传感器3实时合成的对流传热系数α，控制器6设定时限，在五分钟内将不会对第一温度传感器2与第二温度传感器3实时合成的高于额定阈值的对流传热系数α进行判断；
e.在五分钟后，若实时的对流传热系数α依然高于额定阈值，控制器6将循环加料动作。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置，其特征在于，包括循环流化床蒸发器(1)，和设置在所述循环流化床蒸发器(1)内壁表面的第一温度传感器(2)及设置在循环流化床蒸发器(1)管道中央的第二温度传感器(3)；所述循环流化床蒸发器(1)的管壁上设有SiC补料管(4)，所述SiC补料管(4)与循环流化床蒸发器(1)管壁的连接处设有电动开关(5)，所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)、电动开关(5)分别连接控制器(6)。
2.根据权利要求1所述的循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置，其特征在于，所述第一温度传感器(2)和第二温度传感器(3)分别间距管径直径1-2倍的距离均匀布置。
3.一种根据权利要求1-2所述的循环流化床防除垢与强化传热中颗粒的自动加入装置运行方法，其特征在于，按如下步骤进行：
a.Na2SO4环流化床蒸发器正常运行，电动开关(5)关闭，第一温度传感器(2)与第二温度传感器(3)将采集的温度信号传到控制器(6)中；
b.控制器(6)将收集到的数据通过运算，计算出对流传热系数α：
计算公式为
Figure FDA0001992421770000011
式中，Q是加热功率；Si是管的内表面积；twi是内管壁的温度；tm是流体的平均温度。twi可以通过式(2)求出；
Figure FDA0001992421770000012
式中，two是外管壁的温度；di和do分别是管的内径和外径；λ是管的导热系数；l是管的长度；
c.通过控制器计算出其某一段管内的对流传热系数α，设定对流传热系数阈值为2500W/(m2.℃)，当超过该阈值时，控制器控制电动开关(5)打开，将SiC补料管(4)中粒径为1mm的SiC颗粒补入到管径中，(而每次的补入量，通过蒸发器运行前，预先实验确定对流传热系数下降数值与SiC固体颗粒消耗量，来确定每次的加料量)；
d.将SiC颗粒补入后，控制器(6)控制电动开关(5)关闭，第一温度传感器(2)与第二温度传感器(3)实时合成的对流传热系数α，控制器(6)设定时限，在五分钟内将不会对第一温度传感器(2)与第二温度传感器(3)实时合成的高于额定阈值的对流传热系数α进行判断；
e.在五分钟后，若实时的对流传热系数α依然高于额定阈值，控制器(6)将循环加料动作。
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