CN1320937C - 一种低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置 - Google Patents

Abstract

低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置，主要特点是由中心管沸腾室和渐扩形沸腾室两部分构成大截面大深度的沸腾室，能够使自然循环推动力产生低流速大幅度强化；管内安装具有旋流强化力矩机构的塑料螺旋，能够在较低流速下可靠地自动清洗，对自然循环的流速和动力要求低。因此，这种蒸发装置自动连续除垢防垢，又不需要强制循环泵，具有蒸发能力大、能耗低、结构简单的优点。适用于制糖、制盐、化工、冶金等诸多的蒸发生产。

Description

一种低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置

技术领域

本发明专利涉及一种低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置。这种装置能够广泛应用于制糖、制盐、烧碱、化工(如无水硫酸钠、硫化碱)、造纸、制药、冶金(如氧化铝生产)等诸多工业的蒸发生产。

背景技术

现在使用的蒸发器普遍存在加热面结垢又快又厚、需要周期性停车清洗的问题，生产能力严重下降，蒸汽消耗明显增高。为此，采用高能耗的强制循环泵来加快加热管内的循环流速。但是，依然需要周期性的用水清洗，只是清洗的周期有所延长。

发明内容

本发明专利旨在解决现有蒸发器存在的高能耗强制循环泵和周期性停车清洗的两大问题，提出一种低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置。本发明的低流速强化的自然循环自动清洗式蒸发装置，具有自然循环推动力低流速强化的特点，能够为自动清洗机构提高足够的动力，又不需要强制循环泵，生产运行时能够实行自动连续清洗保洁和传热强化，因而具有比现有蒸发器蒸发能力大、能耗低、效益高的显著优点。

本发明专利的技术方案是：

蒸发器由加热室、沸腾室、蒸发室和除沫器构成，沸腾室由下部的中心管沸腾室和上部的渐扩形沸腾室两部分组成深度比自然循环的加热室上管板以上大得多，截面比加热室加热管内流通面积大得多，出口截面更大。循环回流管是渐扩形沸腾室外边的环形管。在加热室的加热管内安装能旋转的塑料螺旋和螺旋动力轮。在加热管的料液入口端的管口装有旋流轴承座。塑料螺旋通过转轴与磨头轴向固定在管口的旋流轴承座上。塑料螺旋是塑料包层螺旋线或塑料螺旋扭带。沸腾室内装有蒸汽助推器，其上开设有蒸汽喷射孔。

塑料螺旋本身就是管内对流传热强化结构元件，因此又兼有传热强化的功能。塑料螺旋的传热强化功能本身包含两个部分。其一是塑料螺旋的自动清洗功能，使严重的蒸发器污垢热阻问题得到根本解决。其二是塑料螺旋使近管壁区域的轴向流动改变为螺旋线流动，加上自转的螺旋线对近管壁的滞留边界层的扰动，使管内对流传热得以强化。

蒸发器自然循环推动力的低流速强化由三部分组成：一是由于蒸发器的自然循环推动力正比于母液经过加热室提高的温度，加热室加热管内安装传热强化螺旋以后，母液经过加热室提高的温度可以增大，以此强化自然循环的推动力。二是由于蒸发器设置的沸腾室的截面大，其截面积大于加热室的全部加热管的流通总面积，使经过加热室来的料液以较低的流速通过沸腾室，并且由下部的中心管沸腾室和上部的渐扩形沸腾室两部分组成的沸腾室深度也大，因此自然循环的料液在沸腾室内的停留时间较长，能够进行比较充分的汽化，形成汽泡多、密度低的汽泡—料液混合物，与没有汽泡的环形循环回流管之间产生较大的密度差和静压差，以此强化蒸发料液自然循环的推动力。三是由于渐扩形沸腾室的出口截面大，可以显著地降低汽—液混合物的出口速度和动能损失，增大自然循环的有效推动力。因此，这样低流速强化的自然循环推动力，可以直接为自动清洗机构提供足够的自然循环流速和能量，不再需要高能耗的强制循环泵。

蒸发器自动清洗的低流速强化，是由于在加热管的料液入口端的管口安装旋流式轴承座和螺旋动力轮，再与自动清洗的塑料螺旋相连接。因此，低流速自然循环的蒸发料液经过旋流轴承座后形成了快速的旋流，冲推螺旋动力轮产生一个附加的旋转动力矩，与塑料螺旋的自转力矩同向叠加，使旋转清洗的总力矩得以大大强化，可以在较低的循环流速下可靠地实行自动清洗。由于塑料螺旋的阻力正比于循环流速二次方，这一低流速强化力矩的自动清洗技术又反过来大幅度地降低了对自然循环推动力的要求。

因此，本发明的低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置具有自动除垢防垢、连续生产、大幅度提高生产能力、大量节能的显著优势。

附图说明

图1是本发明的低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置结构原理图

图2是图1中的B-B剖视放大的低流速强化力矩的自动清洗塑包螺旋线原理图

图3是图1中的A-A剖视放大的塑包螺旋线结构图

图4是图1中的B-B剖视放大的低流速强化力矩的自动清洗塑料扭带原理图

具体实施方式

以下结合附图1、附图2、附图3和附图4说明本发明专利的具体实施方案：

图中的 1.蒸发室 2.渐扩形沸腾室 3.环形循环管 4.蒸汽助推器 5.旋流轴承座 6.螺旋动力轮 7.塑料螺旋 8.加热管 9.加热室 10.中心管沸腾室 11.逆循环流动 12.正循环流动 13.沸腾室 14.加热蒸汽进口管 15.料液进口管 16.除沫器 17.二次蒸汽出口21.转轴 22.磨头 23.塑料包层螺旋线 24.内筒 25.旋流片 26.塑料螺旋扭带 27.轮毂28.螺旋叶片 29.螺旋头 30.出口罩 33.塑料包层 34.金属螺旋线

生产运行时，加热室9的壳程接通加热蒸汽进口管14，蒸发器内的料液在沸点下蒸发形成的二次蒸汽由二次蒸汽出口17排出。逆循环流动11的蒸发料液经过加热室9后升高了温度。在经过由中心管沸腾室10和渐扩形沸腾室2组成的沸腾室13低流速上升流动的过程中，静压不断下降，料液沸腾蒸发汽化，形成大量蒸汽泡的低密度的料液混合物，与连通的没有蒸汽泡的环形循环回流管3之间形成自然循环推动力的静压差。

一方面，由于中心管沸腾室10和渐扩形沸腾室2两部分组成的沸腾室13不仅深度大，而且截面积也大，流速低，因此停留的时间比较长，使料液汽化得比较充分，蒸汽泡—料液混合物的密度就更低，使自然循环推动力的静压差得以强化，常压蒸发试验表明可以提高25％以上。

另一方面，由于渐扩形沸腾室2的出口截面积大，使汽泡—料液混合物的出口速度显著降低，使出口动能损失成二次方正比的大幅度减少，从而增大了自然循环推动力的有效值。例如，渐扩形沸腾室2的出口直径若比进口直径大41％，蒸发室压力0.1MPa、经过加热室的温度提高值为4℃、料液进入沸腾室的速度1.0m/s、汽化充分度(注：料液从加热室提高温度得到的显热转化为汽化潜热的百分比)80％时，出口动能损失将由5400Pa下降到1350Pa，使自然循环推动力的有效值增加1/3以上。

鉴于上述两方面的原因，低流速强化的自然循环推动力能够为自动清洗的塑料螺旋7提供足够的流速和能量，就可以省去传统的、高能耗的强制循环泵。

沸腾室13内安装有蒸汽助推器4，其作用之一，是在开车之初，利用助推器4喷射的蒸汽流直接推动料液逆循环流动，并且利用助推蒸汽的大量汽泡显著地降低渐扩形沸腾室2内的料液—蒸汽泡混合物的密度，以便正压或常压下操作的蒸发器开车对形成稳定的逆循环流动11；作用之二是使真空下操作的蒸发器正常生产时能有足够大的循环推动力。

图2和图4是图1的B-B剖视放大的加热管8内污垢自动清洗的塑料螺旋7，塑料螺旋7是塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26。在加热管8的管口安装有磨头22、转轴21和旋流轴承座5，加热管8内安装一个可以旋转的螺旋动力轮6和一条塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26。塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26经过螺旋动力轮6、转轴21、磨头22和旋流轴承座5轴向固定在加热管8内。旋流轴承座5的螺旋片25的方向与和塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的螺旋方向恰好相反，螺旋角在20°～60°的范围，螺旋片的数量为3～6。螺旋动力轮6的螺旋叶片28的螺旋方向与塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的螺旋方向相同，螺旋角一般在20°～60°的范围，螺旋叶片33的数量为3～6。塑料包层螺旋线23的结构是由金属螺旋线34和塑料包层33两部分组成。金属螺旋线34的直径在1mm～3mm范围，塑料包层33的厚度在1mm～5mm范围。

生产运行时，低流速流动的蒸发料液经过旋流轴承座5后形成快速的旋流，直接冲推螺旋动力轮6产生一个较大的附加力矩，与塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的自转力矩同向叠加，使塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的自动清洗力矩大大强化，从而达到低流速强化力矩的自动清洗目的。由于自动清洗的流速低，塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的阻力也就相应的成二次方正比大幅度减少，反过来大大降低了对自然循环推动力的要求值，提高了蒸发器自动清洗的可靠性。

由于塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的导向作用，使料液在加热管8内螺旋线流动，又使加热管8内的对流传热得到强化。

传热管8的出口端安装出口罩30，作用之一是避免塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26的尾部与传热管8的管口处出现磨损，作用之二是可以防塑料包层螺旋线23或塑料螺旋扭带26意外断落脱落时带到下游。

塑料包层螺旋线23的塑料包层33、旋流轴承座23、螺旋动力轮24、塑料螺旋扭带20、出口罩25都采用工程塑料制造。

Claims (4)

1.一种低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置，由加热室、沸腾室、蒸发室和除沫器构成，其特征在于沸腾室(13)由下部的中心管沸腾室(10)和上部的渐扩形沸腾室(2)两部分组成，深度比自然循环的加热室上管板以上大得多，截面比加热室加热管内流通面积大得多，出口截面更大，在沸腾室(13)内装有蒸汽助推器(4)；在加热管(8)的管口安装有旋流轴承座(5)，在加热管(8)内装有螺旋动力轮(6)和塑料螺旋(7)，塑料螺旋(7)经螺旋动力轮(6)、转轴(21)和管口的旋流轴承座(5)轴向固定在传热管(8)内；旋流轴承座(5)的螺旋片(25)的方向与螺旋动力轮(6)的螺旋方向，与塑料螺旋(7)的螺旋方向也相反。

2.根据权利要求1所述的低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置，其特征在于塑料螺旋(7)是由金属螺旋线(34)和塑料包层(33)两部分组成的塑料包层螺旋线(23)。

3.根据权利要求1所述的低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置，其特征在于塑料螺旋(7)的另一种结构是塑料螺旋扭带(26)。

4.根据权利要求1所述的低流速强化的自然逆循环自动清洗式蒸发装置，其特征在于传热管(8)的出口端安装有出口罩(30)。

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