CN112759017A - 一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统及其操作方法，本发明采用抗垢的板式主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器，以及不结垢载气加热器，对“蒸发母液”进行连续蒸发，杜绝了结垢造成的停产和检修问题、及污垢热阻的问题。还采用了换热板片高频波动强化换热和载气蒸发强化换热技术，使蒸发系统工作效率相比普通的MVR蒸发系统效率高出30％以上。本发明蒸发系统处理后的“蒸发母液”的干燥程度可以人为控制，可以蒸发到需要的干燥程度，方便后续的处理；本发明蒸发系统可将具有高危性质的“蒸发母液”一次性蒸发到含水量10％以下，然后再进行超高温结晶处理，以彻底消除二次污染问题。

Description

一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统及其应用方法

技术领域

本发明属于高盐废水蒸发浓缩的技术领域，具体涉及一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统。

背景技术

在工业生产中，如煤化工企业、钢铁企业、奶制品加工行业以及农药和制药等企业，伴随着生产会产生大量的生产尾水，当排出的水体中含盐量超过1000mg/L后，即称为高含盐水。这种高含盐废水当中含有大量溶解性的无机盐，如Cl-、SO2-4、Na+、Ca2+等离子，同时，废水中还含有一部分有机污染物。因此，生产过程产生的这种高盐废水是很难处理的。若将未经过处理的高含盐水直接排放到自然水体当中，就会造成河水、地下水体的污染，对于水体中的生物和人类都会造成一定威胁。如何能够高效地对高含盐水进行处理，这不仅仅有利于水资源的回收利用和节能减排，也能够直接影响到生态环境的可持续发展以及人类健康。过去行业大多将高盐水送蒸发塘(也称晾晒池)，利用环境本身的蒸发能力蒸发水分处置高盐水，但随着国家和各地日趋严格的环境保护要求，解决高盐水治理与排放的问题，做到工业废水“近零排放”是当前现代煤化工亟待需要解决的重要问题之一。采用膜浓缩处理和蒸发结晶技术进一步回收水分、生产结晶盐的“零排放”方案成为解决高盐水问题的一种趋势。

目前采用机械压缩再蒸发(简称MVR蒸发)技术是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的热焓，并将二次蒸汽导入原蒸发系统作为热源循环使用。该技术大幅度降低了蒸发器生蒸汽的消耗量，补充的生蒸汽也仅用于系统热损失和进出料温差所需热焓的补充，节能效果相当于十效蒸发系统，是目前国际上应用较为广泛和先进的蒸发器技术。

MVR蒸发系统处理后，最后还会产生浓度更高的浓缩液——“蒸发母液”，这种高浓度的“浓缩液”，含高浓度氨氮、盐类与难降解有机物，粘性大、流动性极差、极易结垢，处理起来难度极大，已经无法再用成熟的废水处理方法或常规的蒸发方法等处理技术进行处理。目前蒸发母液的处理方式有烟道喷雾处理、固化填埋处理、专用焚烧炉处理、加热反应釜继续蒸发浓缩处理。从投资和减少二次污染方面综合考虑，加热反应釜继续蒸发浓缩处理技术是目前市场应用比较广泛地一种处理方式。但是加热反应釜的单位体积加热面积很小，而且还有结垢的问题，蒸发热效率非常低，无法及时有效的处理MVR蒸发母液，造成蒸发母液的沉积量增大或采用有二次污染问题的处理方式进行处置。

而且不论是膜分离技术还是热蒸发技术，都存在着高投入、高消耗、高能耗的突出问题，高盐水处理的经济代价是巨大的。可以简单地说，目前解决高盐水排放的方法主要是以较多的能源消耗换取污染物的减排。因此，使高盐水处理系统能够真正运行下去，必须考虑其运行成本。据有关资料显示，因其盐分高低等特点，处理1m³高盐水的综合成本约在5～20元不等。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有浓缩母液技术中的不足，提供一种可以克服蒸发母液流动性差和极易结垢，及蒸发效率低的问题，做到连续高效地将蒸发母液一次性干燥到适合燃烧处理的含水率的高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统及其应用方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，包括壳体，所述壳体上设有原液入口，所述壳体内并列设有左右两个腔体，所述左腔体内设有与原液入口连接的预热料分淋管，所述预热料分淋管的下方并列设有凝结水加热器和二次蒸汽加热器；所述凝结水加热器包括若干组凝结水加热器换热板片，所述凝结水加热器换热板片的两端分别连接凝结水加热器入口和凝结水加热器出口；所述二次蒸汽加热器包括若干组二次蒸汽换热板片，所述二次蒸汽换热板片的两端分别连接二次蒸汽加热器入口和二次蒸汽加热器出口；所述二次蒸汽加热器出口通过凝结水泵连接凝结水加热器入口；所述预热料分淋管的上方设有汽水分离器，所述汽水分离器顶部连接不凝气出口，所述汽水分离器底部通过凝结水回流管连接凝结水加热器出口；

所述右腔体内设有与原液入口连接的热料分淋管，所述热料分淋管的下方设有主蒸发器；所述主蒸发器包括若干组主换热板片，所述主换热板片的两端分别通过主热源入口联箱和主热源出口联箱连接主热源；所述主换热板片的下方设有蒸发料斗，所述蒸发料斗通过带热料循环泵的热料循环管连接热料分淋管；所述二次蒸汽加热器和凝结水加热器的下方通过预热料斗联通蒸发料斗。

优选地，所述壳体的左右两个腔体内分别设有一组液料分布器，所述一组液料分布器设置在预热料分淋管与二次蒸汽换热板片和凝结水加热器换热板片之间，所述另一组液料分布器设置在热料分淋管与主换热板片之间；所述左右两个腔体内的液料分布器通过液料分布超声均料器分别连接预热料分淋管和热料分淋管。

优选地，所述液体分布器包括液体分布架、液体分布器液槽和液体分布器通气槽；所述液体分布架的底部并列设有若干倒三角立体结构的液体分布器液槽，所述液体分布器液槽底部侧边与主换热板片两侧相接触，所述若干液体分布器液槽之间的液体分布架上设有液体分布器通气槽。

优选地，所述若干组主换热板片的下方设有载气强化换热系统，所述载气强化换热系统包括载气分布器、载气入口管、载气加热器和空气入口管；所述空气入口管上设有空气过滤器，所述空气入口管通过载气加热器连接载气入口管，所述载气入口管设置在载气分布器的下方，通过载气分布器将载气入口管里的载气均匀上升，迅速带走每个主换热板片之间的饱和蒸汽，增大了液膜的传热温差和压差，强化了换热效果。

优选地，还包括太阳能加热器，所述太阳能加热器设置在空气入口管上，所述空气入口管通过载气三通阀分别连接载气入口管和载气加热器，所述载气入口管上通过载气自动阀分别连接载气加热器和空气入口管。

优选地，所述主换热板片的上方设有载气蒸发系统，所述载气蒸发系统包括蒸发室、二次蒸汽出口和二次蒸汽管道和二次蒸汽风机；所述蒸发室设置在右腔体内，所述二次蒸汽管道设置在左腔体内，所述二次蒸汽管道的顶部安装二次蒸汽风机，所述二次蒸汽管道的底部与二次蒸汽加热器入口联通，所述右腔体内的蒸发室通过二次蒸汽出口联通左腔体内的二次蒸汽管道。

优选地，所述壳体内设有超声波式除垢设备，所述超声波式除垢设备包括超声波发生器、超声换能器和超声传振杆，所述超声传振杆与每个换热板片连接，所述超声波发生器通过超声波华能器连接超声传振杆将超声换能器产生的可以变频的高频低振幅的能量波传递到每个主换热板片上面，使主换热板片的金属质点持续产生高频低振幅的波动，实现超声波式除垢。

优选地，所述壳体内设有机械刮板式除垢设备，该机械刮板式除垢设备包括刮板、支架、驱动机构；所述刮板设置在每个换热板片之间，所述驱动机构通过支架连接刮板，所述驱动机构控制支架带动刮板移动，实现机械刮板式除垢。

优选地，所述蒸发料斗的底部采用锥形结构，所述锥形结构底部连接浓缩液出口，所述蒸发料斗上设有防粘装置，使物料无法紧密结实的粘结在壁面上，所述浓缩液出口内设有旋转刮板输料器。

本发明还提供了一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统应用方法，步骤如下：

第一种启动方式：被蒸发物料从原液入口进入，被蒸发物料由原料入口连接的预热料分淋管经液体分布器液槽在二次蒸汽换热板片和凝结水加热器换热板片上形成液膜缓慢往下流淌；

本蒸发系统刚启动时，由于主换热板片中没有二次蒸汽和凝结水，被蒸发物料没有被加热就流到了预热料斗里，通过单向逆止阀直接进入蒸发料斗，然后被热料循环泵通过热料循环管送入热料分淋管，再进入到液体分布器制成液膜沿着主换热板片外壁向下流动；

第二种启动方式：被蒸发物料从原液入口进入，被蒸发物料由原料入口连接的热料分淋管经过液体分布器液槽在主换热板片上形成液膜缓慢往下流淌，主换热板片内部已经有热量，向下流淌的液膜被加热和蒸发后的物料沉积在蒸发料斗里面；

在二次蒸汽加热器和凝结水加热器外壁预热来料时产生的蒸汽上升到汽水分离器里，经过超重力汽水分离后，凝结水经过凝结水回流管回流到凝结水加热器出口排出；分离出的不凝结气体通过不凝气出口；被预热的物料下落到预热料斗里面，通过设置在预热料斗上的高频振动器的振动使预热物料顺利进入到蒸发料斗里面。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

(1)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器采用板式降膜蒸发模式，具有蒸发自由面大，传热系数高，蒸水能力大，汽耗低，回水比大、二次汽凝结水质量高、单位换热面的设备重量轻、结垢(结疤)易自行脱落、换热面上的结垢(结疤)不影响传热面积、不存在管式蒸发器堵死管的问题等优点。

(2)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器并排设置，换热器的外壳就可以充当撬装设备的外壳，不需要单独的撬装设备外壳，结构紧凑，单位换热面积占地空间比同蒸发量管壳式蒸发器体积小3倍以上。

(3)、在小型蒸发中可以共用1套超声防垢除垢装置，在保证了应用效果的基础上，节省了投入成本。

(4)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器的换热板片上金属质点都具有高频低振幅的椭圆波动，不但具有很好的防垢除垢效果，而且具有很好的强化换热效果，蒸发系统总体热源损失小。

(5)、载气加热器采用了低表面能技术，能够确保在高浓缩物料里进行有效换热，而不粘结物料。

(6)、设置了载气蒸发系统，有效的将在加热壁面上进行的沸腾换热改变为在气—液相界面上蒸发换热，破坏了传热边界层，进一步强化了传热，减少和抑制物料在加热壁面过热结疤的可能性。

(7)、液体分布器采用超声均料技术，不但可以防止物料槽结垢，还能有效的均匀布膜，为高效换热奠定了基础。

(8)、蒸发料斗设置了防止粘壁装置、刮板装置和输料装置，确保了各种形式的蒸发后的物料顺利排出，从而保证蒸发系统的正常运行。

(9)、汽水分离系统采用了针形轮超重力分离技术，该装置体积小分离效率高。

(10)、本发明蒸发设备适合应用在结垢严重的高盐废水蒸发和物料蒸发领域。

本发明采用抗垢的板式主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器，以及不结垢载气加热器，对“蒸发母液”进行连续蒸发，杜绝了结垢造成的停产和检修问题、及污垢热阻的问题。同时，还采用了换热板片高频波动强化换热技术和载气蒸发强化换热技术，使本发明的蒸发系统工作效率相比普通的MVR蒸发系统效率高出30％以上。使用本发明蒸发系统处理后的“蒸发母液”的干燥程度可以人为控制，即可以蒸发到需要的干燥程度，以方便后续的进一步处理；比如可以将具有较高燃烧热值的“蒸发母液”处理到含水量30％以下，再放入焚烧炉处理，并做到燃烧时放出的热量大于吸收的热量，从而彻底消除“高浓度浓缩液”的危害；再比如，本发明蒸发系统可以将具有高危性质的“蒸发母液”一次性蒸发到含水量10％以下，然后再进行超高温结晶处理，以彻底消除二次污染问题。

附图说明

图1为本发明提出的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统的结构示意图；

图2为本发明提出的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统的液体分布器原理示意图。

图中标号：

1、主蒸发器；1.1、主热源入口联箱；1.2、主热源出口联箱；1.3、主换热板片；1.4、主热源；2、二次蒸汽加热器；2.1、二次蒸汽加热器入口；2.2、二次蒸汽加热器出口；2.3、二次蒸汽换热板片；2.4、凝结水泵；3、凝结水加热器；3.1、凝结水加热器入口；3.2、凝结水加热器出口；3.3、凝结水加热器换热板片；4、凝结水回流管；5、超声换能器；6、超声传振杆；7、原液入口；7.1、预热料分淋管；8、液体分布器；8.1、液体分布器液槽；8.2、液体分布器通气槽；9、汽水分离器；10、壳体；11、不凝气出口；12、预热料斗；13、二次蒸汽风机；14、二次蒸汽出口；15、蒸发室；16、除沫器；17、热料分淋管；18、液体分布超声均料器；19、热料循环管；20、热料循环泵；21、载气分布器；22、载气入口管；23、载气自动阀；24、旋转刮板输料器；25、载气加热器；26、防粘装置；27、载气三通阀；28、太阳能加热器；29、空气过滤器；30、空气入口管；31、高频振动器；32、蒸发料斗；33、浓缩液出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，为本发明提供的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，包括壳体10，所述壳体10上设有原液入口7，所述壳体10内并列设有左右两个腔体，所述左腔体内设有与原液入口7连接的预热料分淋管7.1，所述预热料分淋管7.1的下方并列设有凝结水加热器3和二次蒸汽加热器2；所述凝结水加热器3包括若干组凝结水加热器换热板片3.3，所述凝结水加热器换热板片3.3的两端分别连接凝结水加热器入口3.1和凝结水加热器出口3.2；所述二次蒸汽加热器2包括若干组二次蒸汽换热板片2.3，所述二次蒸汽换热板片2.3的两端分别连接二次蒸汽加热器入口2.1和二次蒸汽加热器出口2.2；所述二次蒸汽加热器出口2.2通过凝结水泵2.4连接凝结水加热器入口3.1；所述预热料分淋管7.1的上方设有汽水分离器9，所述汽水分离器9顶部连接不凝气出口11，不凝气出口11用来及时将蒸气里的不凝结气体排出，以加强凝结水的快速换热，所述汽水分离器9底部通过凝结水回流管4连接凝结水加热器出口3.2；

所述右腔体内设有与原液入口7连接的热料分淋管17，所述热料分淋管17的下方设有主蒸发器1；所述主蒸发器1包括若干组主换热板片1.3，所述主换热板片1.3的两端分别通过主热源入口联箱1.1和主热源出口联箱1.2连接主热源1.4；所述主换热板片1.3的下方设有蒸发料斗32，所述蒸发料斗32通过带热料循环泵20的热料循环管19连接热料分淋管17；所述二次蒸汽加热器2和凝结水加热器3的下方通过预热料斗12联通蒸发料斗32。

本发明中的主蒸发器1、二次蒸汽加热器2、凝结水加热器3(一下简称三个换热器)并列安装在壳体10的左右腔体内，换热器的外壳10就可以充当撬装设备的外壳，不需要单独的撬装设备外壳，结构紧凑，单位换热面积占地空间比同蒸发量管壳式蒸发器体积小3倍以上。既节省了安装空间，也为节省除垢设备和减少系统管路布置提供的必要条件。三个换热器均采用的是耐腐蚀金属板式的换热器，换热板片的材料根据蒸发物料的性质，以及热源参数确定，以满足压力、温度、耐腐蚀性等性能要求。主换热板片1.3、二次蒸汽换热板片2.3和凝结水换热板片3.3(以下简称换热板片)并列安装在左右腔体内，上述三种换热板片之间的距离不小于30mm。

进一步，主蒸发器1的主热源1.4可以根据应用场所的条件和使用方的要求确定，可以是电能加热、也可以是导热油加热、也可以是太阳能加热、也可以是烟气预热加热、也可以是MVR加热。在主加热器1中热源走板程，热源从主热源入口联箱1.1进入，从主热源出口联箱1.2排出；被蒸发物料走壳程，从上向下成薄膜状态流动。

二次蒸汽加热器2热源是主蒸发器1加热被蒸发物料时产生的热蒸汽，热蒸汽走板程，壳程走被预热的物料。

冷凝水加热器3热源是二次蒸汽加热器2预热被蒸发物料时产生的热冷凝水，热冷凝水走板程，壳程走被预热的物料。

本发明的具体操作方法可以采用以下两种启动方式：

第一种启动方式：被蒸发物料从原液入口7进入，如图1上的虚线方向，被蒸发物料由原料入口7连接的预热料分淋管7.1经液体分布器液槽8.1在二次蒸汽换热板片2.3和凝结水加热器换热板片3.3上形成液膜缓慢往下流淌；本蒸发系统刚启动时，由于主换热板片1.3中没有二次蒸汽和凝结水，被蒸发物料没有被加热就流到了预热料斗12里，通过单向逆止阀直接进入蒸发料斗32，然后被热料循环泵20通过热料循环管19送入热料分淋管17，再进入到液体分布器8制成液膜,液膜通过液体分布器液槽8.1沿着主换热板片1.3外壁向下流动；

第二种启动方式：如图1上的实线方向，被蒸发物料从原液入口7进入，被蒸发物料由原料入口7连接的热料分淋管17经过液体分布器液槽8.1在主换热板片1.3上形成液膜缓慢往下流淌，主换热板片1.3内部已经有热量，向下流淌的液膜被加热和蒸发后的物料沉积在蒸发料斗32里面；

在二次蒸汽加热器2和凝结水加热器3外壁预热来料时产生的蒸汽上升到汽水分离器9里，经过超重力汽水分离后，凝结水经过凝结水回流管4回流到凝结水加热器出口3.2排出；分离出的不凝结气体通过不凝气出口11排出；被预热的物料下落到预热料斗12里面，通过设置在预热料斗12上的高频振动器31的振动使预热物料顺利进入到蒸发料斗32里面。

本发明利用溶液的重力作用，使溶液经液体分布器8进行布膜的装置，在换热板片的面壁上形成薄膜，由于膜厚度小，蒸发的自由面大，因而蒸发器的传热系数高，蒸水能力大。与普通的管式降膜蒸发器相比，具有传热系数高、汽耗低，回水比大、二次汽冷凝水质量高、单位换热面的设备重量轻、结垢(结疤)易自行脱落、换热面上的结垢(结疤)不影响传热面积、不存在管式蒸发器堵死管的问题、设备安装容易，土建费用低等优点。

实施例一

本实施例可以根据应用现场的管理标准不同，将来料一次性蒸发成不同含水量的物料，例如可以一次性将物料蒸发到干粉状态，但这种运行方法不经济；一般情况下对被蒸发的物料进行多次循环进行蒸发浓缩运行比较节能。下面就多次循环蒸发进行说明：

蒸发料斗32的底部采用锥形结构，所述锥形结构底部连接浓缩液出口33，初次被加热和蒸发后的物料沉积在蒸发料斗32里面以后，通过热料循环泵20将物料重新输送到热料分淋管17里面，再通过液体分布器8的液体分布器液槽8.1在主换热板片1.3上形成液膜缓慢往下流淌，如此反复进行。当浓缩到一定程度时，通过浓缩液出口33排出。

实施例二

由于液膜在下降过程中不断的被蒸发，使每个主换热板片1.3之间充满了饱和蒸汽，导致传热压差减小，从而影响换热；在换热板片之间引入少量惰性气体为载气，在液相主体形成汽化核心，使沸腾机制改变，可以将通常在加热壁面上进行的沸腾传热改变为在气—液相界面上的蒸发传热过程。所以在若干组主换热板片1.3的下方设有载气强化换热系统，所述载气强化换热系统包括载气分布器21、载气加热器25、载气三通阀27、太阳能加热器28、空气过滤器29、空气入口管30。所述空气入口管30上设有空气过滤器29，所述空气入口管30通过载气加热器25连接载气入口管22，所述载气入口管22设置在载气分布器21的下方，载气分布器21设置在若干组主换热板片1.3的下方，通过载气分布器21将载气入口管22里的载气均匀上升，迅速带走每个主换热板片1.3之间的饱和蒸汽，增大了液膜的传热温差和压差，强化了换热效果。另外，载气的引入，增加液体的循环速度，强化了换热板片之间宏观对流；同时，载气气泡引起其周围液体的横脉动，破坏了传热边界层，强化了传热，可使总传热系数提高30～60％，同时降低壁面过热度，不但增强了换热效率，也可以减少和抑制物料在加热壁面过热结垢和结疤的可能性。

进一步，载气加热器25采用低表面能处理技术，以确保载气加热器换热管在高度浓缩的物料里面不粘附物料。太阳能加热器采用直通真空管式加热器，将多个太阳能真空加热管进行串联或并联，以确保单位容量下被加热空气在较高温度。

进一步，本发明的载气蒸发强化换热装置有两种运行方式：一种是物料预热运行方式，通过载气自动阀23和载气三通阀27自动切换；另一种是太阳能加热运行方式，通过将太阳能加热器28设置在空气入口管30上，所述空气入口管30通过载气三通阀27分别连接载气入口管22和载气加热器25，所述载气入口管22上通过载气自动阀23分别连接载气加热器25和空气入口管30。

当有太阳能加热条件时，经过空气过滤器29的空气经过太阳能加热器28后，通过载气三通阀27和载气自动阀23直接进入到载气分布器21里面；当没有太阳能加热条件时，经过空气过滤器29的空气经过载气三通阀27和载气自动阀23直接到载气加热器25吸收蒸发浓缩物料后的热量后再进入到载气分布器21里面。

由于设置了增加了载气强化换热系统，所以在主换热板片1.3的上方设有载气蒸发系统，所述载气蒸发系统包括除沫器16、蒸发室15、二次蒸汽出口14和二次蒸汽管道和二次蒸汽风机13；所述蒸发室15设置在右腔体内，所述二次蒸汽管道设置在左腔体内，所述二次蒸汽管道的顶部安装二次蒸汽风机13，所述二次蒸汽管道的底部与二次蒸汽加热器入口2.1联通，所述右腔体内的蒸发室15通过二次蒸汽出口14联通左腔体内的二次蒸汽管道。

进一步，为了更好的过滤加热的载气，在右腔体内的热料分淋管17上方安装了除沫器，当若干组主换热板片1.3之间的饱和蒸气被载气带走穿过液体分布器8的液体分布器通气槽8.2，经过除沫器16除沫后，进入到蒸发室15内，再通过二次蒸汽出口14进入到二次蒸汽风机13内部，饱和蒸气经过二次蒸汽风机13通过二次蒸汽加热器入口2.1输入到二次蒸汽加热器2的二次蒸汽加热器板片2.3内部。此时，二次蒸汽加热器板片2.3的外壁已经有待预热物料的液膜，板片内部的饱和蒸气通过换热放出汽化潜热后变成热的凝结水从二次蒸汽加热器出口2.2排出；该凝结水再经过凝结水泵2.4输入到凝结水加热器3的凝结水加热器入口3.1，在凝结水加热器板片3.3内部和板片外壁的预热物料进行换热后，变成低温凝结水，从凝结水加热器出口3.2排出。

实施例三

本发明的工作原理是将分布于换热板片上的液膜进行加热蒸发的设备，所以物料的均匀分配对其生产能力和操作性能有很大影响。理想的液体分布器能使物料在换热板片壁面上形成稳定而均匀的液膜，如果液料分布不均匀，则容易存在偏流或沟流，导致液膜中断或蒸干即产生干途径，从而引发结垢或结疤，一方面导致传热效率降低，另一方面会使蒸发器使用寿命受到影响。另外，由于在本发明中设置了载气蒸发系统，载气要沿着换热板片从下向上流动，并穿过液体分布器8和除沫器16后到达蒸发室15。所以本发明中的液体分布器8要具有均匀布膜和通气两种基本功能；另外，本发明的目标市场是应用在高盐高浓缩的“蒸发母液”领域，因此还要有很好的防止结疤和结垢功能。

为此，如图2所示，在壳体10的左右两个腔体内分别设有一组液料分布器8，液体分布器8设置成为平行管、槽的结构，具体包括液体分布架、液体分布器液槽8.1和液体分布器通气槽8.2；所述液体分布架的底部并列设有若干倒三角立体结构的液体分布器液槽8.1，所述液体分布器液槽8.1底部侧边与主换热板片1.3两侧相接触，所述若干液体分布器液槽8.1之间的液体分布架上设有液体分布器通气槽8.2。

其中一组液料分布器8设置在预热料分淋管7.1与二次蒸汽换热板片2.3和凝结水加热器换热板片3.3之间，所述另一组液料分布器8设置在热料分淋管17与主换热板片1.3之间；所述左右两个腔体内的液料分布器8通过液料分布超声均料器18分别连接预热料分淋管7.1和热料分淋管17(本发明奖两组液料分布器8共用一套液体分布超声均料器18，在保证均料效果的基础上节省了超声设备的投入数量，节约了成本)，超声均料器18在启动时使液体分布器整体产生高频波动，起到防垢和均料的作用。

实施例四

研究发现，液膜沿着换热板片下降换热过程中，液体和板片之间存在一个动态的气模，气膜的存在不利于竖辟面的热传递。这是因为热在传递到主流体之前需要穿过气膜，而与液体相比气膜的导热能力较差，因此只有少部分热量被传递到主流体。而气膜是由连续的多气泡融合、脱离壁面之后，新气泡会在壁面处重新形成，一部分热量会以核态沸腾的方式进入流体。所以在上述实施例的基础上，本实施例在壳体10内设有超声波式除垢设备，所述超声波式除垢设备包括超声波发生器、超声换能器5和超声传振杆6，所述超声传振杆6与若干组二次蒸汽加热器板片2.3、若干组凝结水加热器板片3.3和若干组主换热板片1.3连接，超声波发生器通过超声波换能器5连接超声传振杆6，在超声换能器5驱动下，将超声换能器5产生的可以变频的高频低振幅的能量波传递到每个换热板片的上面，每个换热板片的壁面产生高频波动，换热板壁面的高频低振幅波动使液膜和换热板片之间产生强烈扰动，形成波动的液膜流动，换热壁面上的气泡提供除了热能之外的能量，使小气泡迅速融合，并快速进入到流体之中，使换热板片的金属质点持续产生高频低振幅的波动，一是打破液膜和金属面之间的滞留层，减少滞留层的阻力，使液膜变得更薄而且不断裂，提高传热系数；二是使换热壁面上的气泡迅速长大聚集成气膜并快速进入流动液膜，减少了气膜形成的热阻，从而提高传热系数；三是高频波动的换热板片对薄的液膜产生强烈的超声冲击和压缩，使水分子从液态中脱离到气态提供了能量，进一步提高了传热系数。

超声波式除垢设备的工作原理：其运动的表象是换热板片表面质点沿着一定的方向始终保持在高速的椭圆轨迹状态运动，它确保了金属壁表面任何物质不会在一个地方停留，而是沿着事先规定的方向移动，(例如手摸上去有种滑溜的感觉)；另外换热板片表面还会产生高频低振幅的脉动，它确保了任何物质不会黏结在一个固定的地方，而是被不断的剥离和移动。在结垢不严重的条件下，上述两种能量确保了金属壁表面在任何情况下都不会黏物理；在结垢非常严重的条件，本技术具有非常好的抗垢功能。

根据换热器的大小，上述三个换热器可以共用一套除垢防垢装置，也可以分别安装独立的除垢防垢装置。

在本发明中采用的强化换热方法是使换热板片产生高频波动的形式。而使换热板片产生高频波动的超声换能器源采用磁致伸缩换能器，它具有居里温度高、驱动力稳定、没有疲劳期、带负载能力强、输出频带宽等特点。

实施例五

在上述实施例五的基础上，本实施例六在壳体10内增加了机械刮板式除垢设备，当应用于粘性非常大、有机物比重大等特殊环境时，可以在每个换热板片之间增设在线运行的机械刮板式除垢设备。

该机械刮板式除垢设备包括刮板、支架、驱动机构；所述刮板设置在每个换热板片之间，所述驱动机构通过支架连接刮板，所述驱动机构控制支架带动刮板移动，实现机械刮板式除垢。

本发明可以根据换热器的结垢特点，超声波式除垢设备与机械刮板式除垢设备可以单独使用和联合使用；当结垢比较轻，或垢质成分无机盐为主或垢质比较脆硬时，可以单独应用超声波在线防垢除垢装置。当结垢比较严重，或垢质成分有机盐为主时或垢质粘性比较大时，可以单独应用机械刮板式在线防垢除垢装置。当垢质成分比较复杂和结垢程度严重时，需要同时应用两种在线防垢除垢技术装置。

机械刮板式除垢设备在与超声波式除垢设备联合应用时，具有超强的在线防垢除垢和强化换热功能，可以应用在结垢严重的高盐废水蒸发和物料蒸发领域。在实际应用中，当蒸发高粘性的“蒸发母液”时，由于被蒸发液体的有机物含量高、粘性大，单一的超声波式除垢设备的超声能量波很难达到满意效果，而在结合机械刮板式除垢设备使用后在处理“蒸发母液”领域应用具有能够连续运行的能力。

实施例六

由于蒸发料斗32是蒸发后物料的容器，根据现场蒸发标准的不同，蒸发料斗里物料的干湿程度相差非常大，有时可以达到含水率10％～30％左右，此时物料的粘性比较大，无法靠自身重力自动排出。

所以在本实施例中设在蒸发料斗32上设有防粘装置26，使物料无法紧密结实的粘结在壁面上。另外，在蒸发料斗32的内部设置了旋转刮板输料器24，旋转刮板输料器24在蒸发料斗32与浓缩液出口的接口处旋转刮料，以及在竖直的浓缩液出料管上旋转挤出的功能。

通过防粘装置26与旋转刮板输料器24两种装置的配合使用，可以确保蒸发料斗里的物料不论干湿程度如何，都可以顺利排出料斗，以确保本发明系统的正常运行。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

(1)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器采用板式降膜蒸发模式，具有蒸发自由面大，传热系数高，蒸水能力大，汽耗低，回水比大、二次汽凝结水质量高、单位换热面的设备重量轻、结垢(结疤)易自行脱落、换热面上的结垢(结疤)不影响传热面积、不存在管式蒸发器堵死管的问题等优点。

(2)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器并排设置，换热器的外壳就可以充当撬装设备的外壳，不需要单独的撬装设备外壳，结构紧凑，单位换热面积占地空间比同蒸发量管壳式蒸发器体积小3倍以上。

(3)、在小型蒸发中可以共用1套超声防垢除垢装置，在保证了应用效果的基础上，节省了投入成本。

(4)、主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器的换热板片上金属质点都具有高频低振幅的椭圆波动，不但具有很好的防垢除垢效果，而且具有很好的强化换热效果，蒸发系统总体热源损失小。

(5)、载气加热器采用了低表面能技术，能够确保在高浓缩物料里进行有效换热，而不粘结物料。

(6)、设置了载气蒸发系统，有效的将在加热壁面上进行的沸腾换热改变为在气—液相界面上蒸发换热，破坏了传热边界层，进一步强化了传热，减少和抑制物料在加热壁面过热结疤的可能性。

(7)、液体分布器采用超声均料技术，不但可以防止物料槽结垢，还能有效的均匀布膜，为高效换热奠定了基础。

(8)、蒸发料斗设置了防止粘壁装置、刮板装置和输料装置，确保了各种形式的蒸发后的物料顺利排出，从而保证蒸发系统的正常运行。

(9)、汽水分离系统采用了针形轮超重力分离技术，该装置体积小分离效率高。

(10)、本发明蒸发设备适合应用在结垢严重的高盐废水蒸发和物料蒸发领域。

本发明采用抗垢的板式主蒸发器、蒸汽加热器、凝结水加热器，以及不结垢载气加热器，对“蒸发母液”进行连续蒸发，杜绝了结垢造成的停产和检修问题、及污垢热阻的问题。同时，还采用了换热板片高频波动强化换热技术和载气蒸发强化换热技术，使本发明的蒸发系统工作效率相比普通的MVR蒸发系统效率高出30％以上。使用本发明蒸发系统处理后的“蒸发母液”的干燥程度可以人为控制，即可以蒸发到需要的干燥程度，以方便后续的进一步处理；比如可以将具有较高燃烧热值的“蒸发母液”处理到含水量30％以下，再放入焚烧炉处理，并做到燃烧时放出的热量大于吸收的热量，从而彻底消除“高浓度浓缩液”的危害；再比如，本发明蒸发系统可以将具有高危性质的“蒸发母液”一次性蒸发到含水量10％以下，然后再进行超高温结晶处理，以彻底消除二次污染问题。

Claims (10)

1.一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，包括壳体(10)，其特征在于，所述壳体(10)上设有原液入口(7)，所述壳体(10)内并列设有左右两个腔体，所述左腔体内设有与原液入口(7)连接的预热料分淋管(7.1)，所述预热料分淋管(7.1)的下方并列设有凝结水加热器(3)和二次蒸汽加热器(2)；所述凝结水加热器(3)包括若干组凝结水加热器换热板片(3.3)，所述凝结水加热器换热板片(3.3)的两端分别连接凝结水加热器入口(3.1)和凝结水加热器出口(3.2)；所述二次蒸汽加热器(2)包括若干组二次蒸汽换热板片(2.3)，所述二次蒸汽换热板片(2.3)的两端分别连接二次蒸汽加热器入口(2.1)和二次蒸汽加热器出口(2.2)；所述二次蒸汽加热器出口(2.2)通过凝结水泵(2.4)连接凝结水加热器入口(3.1)；所述预热料分淋管(7.1)的上方设有汽水分离器(9)，所述汽水分离器(9)顶部连接不凝气出口(11)，所述汽水分离器(9)底部通过凝结水回流管(4)连接凝结水加热器出口(3.2)；

所述右腔体内设有与原液入口(7)连接的热料分淋管(17)，所述热料分淋管(17)的下方设有主蒸发器(1)；所述主蒸发器(1)包括若干组主换热板片(1.3)，所述主换热板片(1.3)的两端分别通过主热源入口联箱(1.1)和主热源出口联箱(1.2)连接主热源(1.4)；所述主换热板片(1.3)的下方设有蒸发料斗(32)，所述蒸发料斗(32)通过带热料循环泵(20)的热料循环管(19)连接热料分淋管(17)；所述二次蒸汽加热器(2)和凝结水加热器(3)的下方通过预热料斗(12)联通蒸发料斗(32)。

2.根据权利要求1所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述壳体(10)的左右两个腔体内分别设有一组液料分布器(8)，所述一组液料分布器(8)设置在预热料分淋管(7.1)与二次蒸汽换热板片(2.3)和凝结水加热器换热板片(3.3)之间，所述另一组液料分布器(8)设置在热料分淋管(17)与主换热板片(1.3)之间；所述左右两个腔体内的液料分布器(8)通过液料分布超声均料器(18)分别连接预热料分淋管(7.1)和热料分淋管(17)。

3.根据权利要求2所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述液体分布器(8)包括液体分布架、液体分布器液槽(8.1)和液体分布器通气槽(8.2)；所述液体分布架的底部并列设有若干倒三角立体结构的液体分布器液槽(8.1)，所述液体分布器液槽(8.1)底部侧边与主换热板片(1.3)两侧相接触，所述若干液体分布器液槽(8.1)之间的液体分布架上设有液体分布器通气槽(8.2)。

4.根据权利要求1所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述若干组主换热板片(1.3)的下方设有载气强化换热系统，所述载气强化换热系统包括载气分布器(21)、载气入口管(22)、载气加热器(25)和空气入口管(30)；所述空气入口管(30)上设有空气过滤器(29)，所述空气入口管(30)通过载气加热器(25)连接载气入口管(22)，所述载气入口管(22)设置在载气分布器(21)的下方，通过载气分布器(21)将载气入口管(22)里的载气均匀上升，迅速带走每个主换热板片(1.3)之间的饱和蒸汽，增大了液膜的传热温差和压差，强化了换热效果。

5.根据权利要求4所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，还包括太阳能加热器(28)，所述太阳能加热器(28)设置在空气入口管(30)上，所述空气入口管(30)通过载气三通阀(27)分别连接载气入口管(22)和载气加热器(25)，所述载气入口管(22)上通过载气自动阀(23)分别连接载气加热器(25)和空气入口管(30)。

6.根据权利要求1所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述主换热板片(1.3)的上方设有载气蒸发系统，所述载气蒸发系统包括蒸发室(15)、二次蒸汽出口(14)和二次蒸汽管道和二次蒸汽风机(13)；所述蒸发室(15)设置在右腔体内，所述二次蒸汽管道设置在左腔体内，所述二次蒸汽管道的顶部安装二次蒸汽风机(13)，所述二次蒸汽管道的底部与二次蒸汽加热器入口(2.1)联通，所述右腔体内的蒸发室(15)通过二次蒸汽出口(14)联通左腔体内的二次蒸汽管道。

7.根据权利要求1所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述壳体(10)内设有超声波式除垢设备，所述超声波式除垢设备包括超声波发生器、超声换能器(5)和超声传振杆(6)，所述超声传振杆(6)与每个换热板片(1.3)连接，所述超声波发生器通过超声波华能器(5)连接超声传振杆(6)将超声换能器(5)产生的可以变频的高频低振幅的能量波传递到每个主换热板片(1.3)上面，使主换热板片(1.3)的金属质点持续产生高频低振幅的波动，实现超声波式除垢。

8.根据权利要1或7所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述壳体(10)内设有机械刮板式除垢设备，该机械刮板式除垢设备包括刮板、支架、驱动机构；所述刮板设置在每个换热板片之间，所述驱动机构通过支架连接刮板，所述驱动机构控制支架带动刮板移动，实现机械刮板式除垢。

9.根据权利要求1所述的一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统，其特征在于，所述蒸发料斗(32)的底部采用锥形结构，所述锥形结构底部连接浓缩液出口(33)，所述蒸发料斗(32)上设有防粘装置(26)，使物料无法紧密结实的粘结在壁面上，所述浓缩液出口(33)内设有旋转刮板输料器(24)。

10.一种高效抗垢和强化换热板式降膜蒸发系统应用方法，其特征在于，步骤如下：

第一种启动方式：被蒸发物料从原液入口(7)进入，被蒸发物料由原料入口(7)连接的预热料分淋管(7.1)经液体分布器液槽(8.1)在二次蒸汽换热板片(2.3)和凝结水加热器换热板片(3.3)上形成液膜缓慢往下流淌；

本蒸发系统刚启动时，由于主换热板片(1.3)中没有二次蒸汽和凝结水，被蒸发物料没有被加热就流到了预热料斗(12)里，通过单向逆止阀直接进入蒸发料斗(32)，然后被热料循环泵(20)通过热料循环管(19)送入热料分淋管(17)，再进入到液体分布器(8)制成液膜沿着主换热板片(1.3)外壁向下流动；

第二种启动方式：被蒸发物料从原液入口(7)进入，被蒸发物料由原料入口(7)连接的热料分淋管(17)经过液体分布器液槽(8.1)在主换热板片(1.3)上形成液膜缓慢往下流淌，主换热板片(1.3)内部已经有热量，向下流淌的液膜被加热和蒸发后的物料沉积在蒸发料斗(32)里面；

在二次蒸汽加热器(2)和凝结水加热器(3)外壁预热来料时产生的蒸汽上升到汽水分离器(9)里，经过超重力汽水分离后，凝结水经过凝结水回流管(4)回流到凝结水加热器出口(3.2)排出；分离出的不凝结气体通过不凝气出口(11)；被预热的物料下落到预热料斗(12)里面，通过设置在预热料斗(12)上的高频振动器(31)的振动使预热物料顺利进入到蒸发料斗(32)里面。

Images