CN202209905U

CN202209905U - 流体传热面自动除垢装置

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Publication number: CN202209905U
Application number: CN2011202100985U
Authority: CN
Inventors: 项文远
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2021-06-21
Also published as: CN102798316A

Abstract

本实用新型公开了流体传热面自动除垢装置，其结构包括传热管及安装在传热管上端的管口连接帽，在传热管中间设置有与传热管同一轴线的转轴，该转轴的上端置于管口连接帽中间的轴承中，在流体的作用下，并随之自转动；所述转轴下端螺栓还连接有流体动力螺旋扭带，螺旋扭带上设有导向片，流体动力螺旋扭带外侧连接有球粒连接轴。所述球粒连接轴上套有多组由多个清洗球粒相互叠加所构成的球粒贴面搅混清洗装置。本实用新型的流体传热面自动除垢装置广泛用于流体管道、降膜式、外循环式、中央循环式、升膜式、列管式等蒸发器、冷凝器、冷却器和其它流体传热面的全自动除垢。流体传热面自动除垢技术已经进行了多次原理试验，获得了重大性很好的效果。

Description

流体传热面自动除垢装置

技术领域

本实用新型涉及除垢设备，具体地说是一种流体传热面自动除垢装置。

背景技术

我们都知道，很多设备都会结垢，比如流体管道、降膜式、外循环式、中央循环式、升膜式、列管式等蒸发器、冷凝器、冷却器和流体传热面等，现在通过举蒸发器的例子来说明下，蒸发器的主要使用领域是制糖、制盐、烧碱、造纸、制药、海水淡化、氧化铝、环保、食品、化工等行业的关键性工艺设备。仅以其中的盐、糖、烧碱为例，2009年盐的产量5260万吨(其中海盐占1/3，井盐占2/3)，糖的产量为1520万吨，烧碱的年产量为1890万吨，而且产量每年在递增。

蒸发设备也是高能耗其中之一。在制盐总成本中能源费要占其60％，是其它行业成本中能源费要占其35％。严重影响现有蒸发器效率和高耗能的两个焦点：

一是为了减缓结垢和提高效率，尽管已经现有的蒸发工艺采用强制循环泵、化学清洗、电磁处理、超声波处理、水处理药剂等技术方法以达到防垢为目的，但是防止污垢仍然是热学和节能技术中尚未得到根本解决的一个世界性问题。

例如，我国著名盐产地的天津汉沽盐场第三化工厂，采用强制循环泵在7天内一效蒸发器的传热系数由2432W/m²。K下降到1628W/m²。K，即降低了33％。

例如，江西玛德精细化学工业有限公司硫酸铵连续蒸发结晶器，蒸发量：20t/h，采用2台强制循环泵FJX450、FJX500型，总功率120Kw，每年需耗电费90多万元。

例如，我国最大的元明粉(无水硫酸钠)生产出口基地山西运城盐化局，年产50万吨，年产值为30亿元，蒸发器因结盐垢每班停车清洗两次。为了延长蒸发器停车清洗的周期，被追采用投资巨大、耗电高的强制循环泵来加快物料流速延缓加热面结垢。

例如，解放军9510厂制盐蒸发器的ACP11-900型循环泵，功率180Kw，每年需耗电费120多万元。

例如，盐矿制盐的成本60％是能耗费。湖南湘衡盐矿2套10万吨的三效逆流卤水蒸发器，采用6台强制循环泵，功率110kw/台，泵的电费每年就高达470多万元。但是仍需要每班用冷水清洗。

例如，核总公司711矿电化厂年产2万吨的烧碱蒸发器，采用的型循环泵80Kw，仍然3小时小洗(每一个班)，7小时大洗(每一个班)。因此，效益的焦点是周期性停车清洗和强制循环泵高耗能这样两大基本问题。

二是加热管内的污垢使传热系数下降30％(严重时所有的加热管被盐垢全部堵死)，需要频繁的周期性停车清洗，使生产能力降低了30％以上，并又增大了蒸汽消耗成本和清洗成本。因此，焦点之二就是重点研发流体传热面的在线全自动清洗除垢保洁的先进技术。

2004年12月底国家发展改革委员会发布的我国第一个《节能中长期专项规划》中指出，每百万美元的国内生产总值能耗，比世界平均水平高2.4倍，比美国、欧盟、日本、印度分别高2.5、4.9、8.7、0.43倍，提出的十大保障措施之六是“加快节能技术开发、示范、推广”，《在线全自动清洗除垢保洁的先进技术》，被国家科委列为九五重点推广计划项目，不仅自动清洗传热面除垢防垢、节能、节水、节电、节汽效果显著，而且结构简单，维修方便，可持连续运行等。

针对快速长垢的冷却器、结晶器、浓缩蒸发器、结晶蒸发器、蒸馏塔(精馏塔)塔底再沸器、冷凝器等等流体传热设备。所以必须设计一种自动清洗除垢的装置。

当然了，所实用新型的自动清洗除垢的装置并不单单只能应用于蒸发器当中，而是所有类似蒸发器的设备中，比如用于流体管道、降膜式、外循环式、中央循环式、升膜式、列管式等蒸发器、冷凝器、冷却器和其它流体传热面的全自动除垢。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供流体传热面自动除垢装置，在线全自动除垢过程中不需要增加任何驱动动力及运行费用，为国内外首创。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：流体传热面自动除垢装置，其结构包括传热管及安装在传热管上端的管口连接帽，在传热管中间设置有与传热管同一轴线的转轴，该转轴的上端置于管口连接帽中间的轴承中并随之转动；所述转轴下端螺栓还连接设置有流体动力螺旋扭带。

所述流体动力螺旋扭带外侧连接有球粒连接轴，所述球粒连接轴上套有多组由多个清洗球粒相互叠加所构成的球粒贴面搅混清洗装置。

所述清洗球粒为中间开有通孔的圆柱形结构。

所述球粒连接轴为三根，其中上端同正上方的中心转轴螺栓连接，然后整体均角度延伸至流体动力螺旋扭带外侧。

所述管口连接帽设置有流体进口并与传热管内腔贯通，所述传热管另端为流体出口。

所述流体动力螺旋扭带上还设置导向片。

本实用新型的流体传热面自动除垢装置和现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型的流体传热面自动除垢装置广泛用于流体管道、降膜式、外循环式、中央循环式、升膜式、列管式等蒸发器、冷凝器、冷却器和流体传热面的全自动除垢。比如应用在蒸发器中时，在自然循环推动力下，液体通过流体动力螺旋扭带和导向片，使自动除垢装置产生自转，带动球粒贴面到加热管内壁运动，不仅可以省去高能耗的强制循环泵，而且能够为在线全自动清洗提供足够的推动力。加热室加管管内安装高效的球粒贴面运动搅混传递系统，能够在自然循环推动力的带动下可靠的实现管内污垢的自动除垢，并且使管内的对流传热过程得以高效强化。

流体传热面自动除垢技术已经进行了多次原理试验，获得了重大性很好的效果，同时已经在蒸发工艺得到广泛应用。

在自然循环蒸发器的传热面在一小时后盐垢厚度达到5.2mm。

同样蒸发工艺条件下，这种高新技术的传热系数能够长时间稳定连续工作，在比强制循环作业下的清洁无垢时传热面还高15％效率，运行两小时后传热面提高6倍之多。

该技术与世界头号的氧化铝蒸发器防垢技术美国公司相比(1908年11月在我国中铝公司的传热系数曲线数据)，我公司采用球粒贴面运动的边界层搅混传递强化与除垢清洗技术比美国效率高出3.5倍！是德国TAPROGGELREINIGUN公司实用新型的胶球在线清洗技术的4.2倍。

附图说明

图1为本实用新型的流体传热面自动除垢装置的结构示意图；

图2为管口连接帽的结构俯视图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4、图5分别为球粒贴面搅混清洗装置其中一个球粒的结构主视图和俯视图；

图6为本实用新型在离心力场流态化球粒贴面运动的边界层搅混传递强化模型示意图；

图7为本实用新型在离心力场流态化球粒贴面运动的力学模型示意图；

图8为本实用新型的流体传热面自动除垢装置的另一个实施例的结构示意图。

图中：1、轴承；2、管口连接帽；3、转轴；4、球粒贴面搅混清洗装置；5、流体动力螺旋扭带；6、传热管；7、导向片；8、球粒连接轴。

具体实施方式

接下来参照说明书附图对本实用新型的流体传热面自动除垢装置作以下详细地说明。

实施例1：

流体传热面自动除垢装置，其结构包括传热管6及安装在传热管上端的管口连接帽2，在传热管中间设置有与传热管同一轴线的转轴3，该转轴的上端置于管口连接帽中间的轴承1中并随之转动；所述转轴下端螺栓还连接有流体动力螺旋扭带5。所述球粒连接轴上套有多组由多个清洗球粒相互叠加所构成的球粒贴面搅混清洗装置4。所述清洗球粒为中间开有通孔的圆柱形结构。所述管口连接帽设置有进口并与传热管内腔贯通，所述传热管底部为出口。如图1到图5所示。同样蒸发工艺条件下，这种高新技术的传热系数能够长时间稳定连续工作，在比强制循环作业下的清洁无垢时传热面还高15％效率，运行两小时后传热面提高6倍之多。该技术与世界头号的氧化铝蒸发器防垢技术美国公司相比(1908年11月在我国中铝公司的传热系数曲线数据)，本实用新型采用球粒贴面运动的边界层搅混传递强化与除垢清洗技术比美国效率高出3.5倍！是德国TAPROGGEL REINIGUN公司实用新型的胶球在线清洗技术的4.2倍。

流体传热面自动除垢搅混传递强化过程机理：

螺旋流离心力场使液态化球粒富集到传热面，产生滚动兼滑移的贴面运动的基本力学模型见图7所示。贴壁滚动球粒表面与液体之间的粘性摩擦力带动、又得益于滑动球粒与壁面之间的收敛间隙形成的动压液膜，形成了封闭的搅混涡流，并且诱发出两搅混涡流之间的二次涡流见图6所示。

搅混涡流扰动管内壁介质，减薄边界层，可达到传热强化与自动在线清洗的双重效果。流体自动清洗动力元件的使用，使管内流体相对于传热面的运动速度变大，雷诺数和湍流也相应变大，从而使管内壁对流体传热热阻R₁减少，且其在线除垢作用使管内壁污垢热阻R₂几乎为零。据此，传热过程的总热阻R显著减少，蒸发传热系数K值极大提高170％，蒸汽耗量也明显降低15％，耗电量降低90％，蒸发结晶设备投资减少8～15％。

流体传热面自动防垢过程机理：

由于高效的球粒贴面运动搅混传递强化，既有效地阻止过饱和溶液中悬浮微晶沉积到传热面成为晶核的几率，又使得传热面滞流层的温度梯度明显下降，过饱和度显著下降，加上球粒的滑移扰动，有效地抑制结晶的生长过程实现防垢。因此，防垢机理本质上是传递强化过程的必然结果。

流体传热面自动除垢过程机理：

由于高效的球粒贴面运动搅混传递强化防垢后，不会出现毫米级厚如冰坚硬的结晶垢，而是各自独立、不是联接成片的结晶盐垢-类似薄霜那样的嫩垢，与传热面沾附强度较低，易为球粒滑移擦洗。其过程本质属于初垢(或嫩垢)被贴面滑移流态化球粒的连续擦洗清除。从而实现了连续蒸发、连续结晶、连续自动消除了管内的污垢热阻，极大地提高了流体传热面的运行效率。

经过我们对全国市场调查，目前，国内化工、制盐、氧化铝、钢铁、制糖、食品、废水处理等行业，正在使用的强制循环式蒸发器高达100万套左右，平均每套耗电量按50kw/小时，电费按0.55元/kw。

100万套×50kw×24小时×运行300天/年×电费0.55元/度＝190多亿元(每年消耗能源)。

如果采用在线自动除垢装置技术，每年为国家节约能源就可想而知了。这项顶端科研成果的重大突破，每年将为国家节约能源达几百亿元人民币，为我国作出卓越的贡献，符合2008年4月1日施行《节约能源法》。

实施例2：

流体传热面自动除垢装置，其结构包括传热管6及安装在传热管上端的管口连接帽2，在传热管中间设置有与传热管同一轴线的转轴3，该转轴的上端置于管口连接帽中间的轴承1中并随之转动；所述转轴下端螺栓还连接有流体动力螺旋扭带5。所述流体动力螺旋扭带外侧连接有球粒连接轴8，所述球粒连接轴上套有多组由多个清洗球粒相互叠加所构成的球粒贴面搅混清洗装置4。所述清洗球粒为中间开有通孔的圆柱形结构。所述球粒连接轴为三根，其中上端同正上方的中心转轴螺栓连接，然后整体均角度延伸至流体动力螺旋扭带外侧。所述管口连接帽设置有进口并与传热管内腔贯通，所述传热管另端为出口。所述流体动力螺旋扭带上还设置导向片7。如图8所示。也就是说，流体进入加热管后，在外部的热源作用下，使流体在加热管产生热涨、热动力，加快流体的流速，在流速的作用下，流体流过螺旋扭带和导向片的诱导作用下，使流体在管内产生螺旋流，螺旋流使除垢装置自转，自转产生离心力，螺旋流离心力场使液态化球粒富集到传热面，实现自动清洗原理。

其他同实施例1，不再赘述。

以上所述实施例，只是本实用新型较优选的具体的实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.流体传热面自动除垢装置，其特征在于：其结构包括传热管及安装在传热管上端的管口连接帽，在传热管中间设置有与传热管同一轴线的转轴，该转轴的上端置于管口连接帽中间的轴承中并随之转动；所述转轴下端螺栓还连接设置有流体动力螺旋扭带。

2.根据权利要求1所述的流体传热面自动除垢装置，其特征在于：所述流体动力螺旋扭带外侧连接有球粒连接轴，所述球粒连接轴上套有多组由多个清洗球粒相互叠加所构成的球粒贴面搅混清洗装置。

3.根据权利要求2所述的流体传热面自动除垢装置，其特征在于：所述清洗球粒为中间开有通孔的圆柱形结构。

4.根据权利要求2所述的流体传热面自动除垢装置，其特征在于：所述球粒连接轴为三根，其中上端同正上方的中心转轴下端螺栓连接，然后整体均角度延伸至流体动力螺旋扭带外侧。

5.根据权利要求1所述的流体传热面自动除垢装置，其特征在于：所述管口连接帽设置有流体进口并与传热管内腔贯通，所述传热管另端为流体出口。

6.根据权利要求1所述的流体传热面自动除垢装置，其特征在于：所述流体动力螺旋扭带上还设置导向片。