CN208356130U - 一种倾斜椭圆管降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于海水淡化和强化换热技术领域，提供了一种倾斜椭圆管降膜蒸发器。该降膜蒸发器包括蒸发器壳体、倾斜椭圆管型换热管束、料液喷淋装置、抽真空阀门、除沫器、左侧封头、右侧封头、左侧管板、右侧管板和换热管束支撑板。其换热管束采用倾斜椭圆型换热管，管内壁蒸汽凝结液膜厚度变薄，管内底部蒸汽凝结液排出速率增加，使得管内蒸汽与内壁的接触面积增加，强化管内蒸汽凝结传热；并且管外液膜变薄、管外底部液膜更利于脱离壁面，增加管外液膜的蒸发速率，同时二次蒸汽在管束间流阻降低。

Description

一种倾斜椭圆管降膜蒸发器

技术领域

本实用新型涉及海水淡化和强化换热技术领域，更具体地，涉及一种换热管束管型为椭圆管且管束整体倾斜的降膜蒸发器。

背景技术

随着水资源的日益短缺，各国对海水淡化技术的研究力度进一步加大。横管降膜蒸发器是海水淡化过程中的主要设备，其工作原理为：首先将海水加热至接近或达到降膜蒸发器箱体内真空压力所对应的饱和温度，然后利用水泵将海水通过料液进口泵送至料液喷淋装置，海水依靠重力而下落的过程中会在换热管束表面形成水膜，换热管束内的蒸汽凝结潜热通过管壁传递给管外水膜，其中部分水膜吸热蒸发而形成二次蒸汽，二次蒸汽沿管内蒸汽流动方向流动并穿过换热管束到达除沫器，经除沫器除去携带的海水水滴后通过二次蒸汽出口，并作为热源进入下一效降膜蒸发器的换热管束内部，而未蒸发的海水通过料液出口回到水箱继续下一次喷淋蒸发循环，利用淡水水箱收集二次蒸汽凝结水，而第一效降膜蒸发器换热管束内的凝结液作为补给水通过出口再次回到锅炉。

降膜蒸发器的核心部件为换热管束，换热管的直径、管型、管束排列方式等均对管内蒸汽凝结、管外水膜分布、管外二次蒸汽流动产生影响。现有的换热管束管型为圆管的横管降膜蒸发器，与同等截面积的椭圆管相比，蒸汽在圆管内壁凝结产生的液膜不易脱离壁面，且换热管底部的凝结液排出速率较慢，最终导致管内凝结传热性能下降；而且水膜在圆管壁面流动速率较慢，易在管底部形成液膜集聚区，导致管外液膜过厚，不利于降膜蒸发的进行；水膜蒸发产生的二次蒸汽在圆管管束间流动时，其蒸汽流动阻力较大，导致二次蒸汽热力性能降低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，为横管降膜蒸发器设计一种倾斜椭圆管换热管束，一方面解决换热管内壁凝结液膜过厚、管底部凝结液排出速率较低而影响管内凝结传热的问题；另一方面解决管外液膜流动速率较慢，管外底部易形成液膜集聚区，从而导致水膜蒸发速率降低的问题；以及解决水膜蒸发产生的二次蒸汽在管束间流动过程中阻力较大的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种倾斜椭圆管降膜蒸发器，包括蒸发器壳体1、倾斜椭圆管型换热管束 2、蒸汽进口3、料液进口4、蒸汽出口5、冷凝液出口6、料液出口7、二次蒸汽出口8、料液喷淋装置9、抽真空阀门10、除沫器11、左侧封头12、右侧封头13、左侧管板14、右侧管板15和换热管束支撑板16；

所述的蒸发器壳体1为两端开口的柱体；所述的左侧管板14和右侧管板 15，表面均匀布置多个通孔，右侧管板15水温通孔排列位置比左侧管板14的通孔排列位置低；所述的倾斜椭圆管型换热管束2排列布置在蒸发器壳体1内部，两端分别安装在左侧管板14和右侧管板15的通孔上，使倾斜椭圆管型换热管束2沿水平方向向右侧管板15倾斜；所述的倾斜椭圆管型换热管束2与左侧管板14、右侧管板15之间采用焊接或胀管技术进行连接密封；所述倾斜椭圆管型换热管束2采用换热管束支撑板16进行支撑与固定；

所述的蒸发器壳体1上表面设有料液进口4、二次蒸汽出口8和抽真空阀门10；所述的蒸发器壳体1下表面设有料液出口7；所述的料液喷淋装置9安装在蒸发器壳体1内部；

所述的左侧封头12和右侧封头13分别固定在左侧管板14和右侧管板15 的外侧，左侧封头12上设有蒸汽进口3，右侧封头上设有蒸汽出口5和冷凝液出口6，蒸汽出口5位于冷凝液出口6上方；

所述的蒸汽进口3与左侧封头12、右侧封头13、左侧管板14、右侧管板 15以及倾斜椭圆管型换热管束2之间形成内部空间，蒸汽在所述空间内流动与冷凝换热；所述的蒸发器壳体1与左侧管板14、右侧管板15以及倾斜椭圆管型换热管束2之间形成真空空腔，料液喷淋装置9中料液依靠重力而下落过程中在倾斜椭圆管型换热管束2表面铺展成液膜，液膜吸收倾斜椭圆管型换热管束2内的蒸汽凝结热而蒸发；

所述的倾斜椭圆管型换热管束2的椭圆管长轴与料液流动方向成锐角，椭圆管短轴与料液流动方向成直角。

所述的倾斜椭圆管型换热管束2的管型采用椭圆管，椭圆管长短轴比为 2:1。

所述的倾斜椭圆管型换热管束2沿管内蒸汽流动方向与水平方向成2-5°夹角。

所述的倾斜椭圆管型换热管束2的横向间距是椭圆管短轴的2.3倍，垂直间距是椭圆管短轴的2.5倍。

本实用新型的有益效果：相比于传统的水平圆管型换热管束，由于本实用新型的换热管束管型为椭圆管，且椭圆管长轴与料液流动方向成锐角，蒸汽在椭圆管内壁凝结生成的凝结液膜流速较快，内壁凝结液膜厚度较低，液膜导热热阻降低；并且椭圆管型换热管束沿蒸汽流动方向与水平面成2-5°夹角，使得管内底部凝结液在重力作用下排出管外的速率增加，从而增大了蒸汽与管内壁凝结传热的接触面积，有利于管内凝结传热的进行。而本实用新型中椭圆管长短轴的布置使得管外液膜的流速加快，液膜的厚度相对减薄，同时对管底液膜集聚区的扰动加强，从而使管外液膜的蒸发速率加快；并且，椭圆管的长短轴结构以及管束的排列参数使得液膜蒸发产生的二次蒸汽在管束间流动阻力减小，从而维持了二次蒸汽的热力性能。

附图说明

图1是按照本实用新型的倾斜椭圆管型换热管束安装在降膜蒸发器的结构示意图；

图2是图1中所述的倾斜椭圆管型换热管束在降膜蒸发器中A-A的界面剖视图；

图3是椭圆型换热管束与水平面相对位置的结构示意图。

图中：1蒸发器壳体；2倾斜椭圆管型换热管束；3蒸汽进口；4料液进口； 5蒸汽出口；6冷凝液出口；7料液出口；8二次蒸汽出口；9料液喷淋装置；

10抽真空阀门；11除沫器；12左侧封头；13右侧封头；14左侧管板；15右侧管板；16换热管束支撑板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容作进一步详细说明。

参照图1和图2，一种倾斜椭圆管型横管降膜蒸发器，主要包括蒸发器壳体1，所述壳体自左至右设有蒸汽进口3、左侧封头12、左侧管板14、料液进口4、料液出口5、抽真空阀门10、二次蒸汽出口8、右侧管板15、右侧封头 13、蒸汽出口5以及冷凝液出口6；所述壳体1内部设有料液喷淋装置9、倾斜椭圆管换热管束2、除沫器12以及换热管束支撑板13；所述蒸汽进口3与左右两侧封头12、13和左右两侧管板14、15以及倾斜椭圆管型换热管束2组合形成内部空间，蒸汽在该空间内流动与冷凝换热；所述蒸发器壳体1与左右两侧管板14、15以及倾斜椭圆管换热管束2之间形成真空空腔，喷淋装置9 中的料液依靠重力而下落的过程中在换热管束表面铺展成膜，液膜吸收管内凝结热而蒸发；所述倾斜椭圆管型换热管束2与左右两侧管板14、15采用焊接或胀管技术进行连接密封；所述右侧管板15通孔排列位置比左侧管板14整体向下移动；所述倾斜椭圆管型换热管束2沿水平方向向下倾斜；所述倾斜椭圆管型换热管束2采用支撑板13进行支撑与固定。所述倾斜椭圆管型换热管束2 的长轴与料液(海水)流动方向成锐角，短轴与料液(海水)流动方向成直角。

参照附图1，首先将海水加热至接近或达到降膜蒸发器箱体内真空压力所对应的饱和温度，然后利用水泵将海水通过料液进口4泵送至料液喷淋装置9，海水依靠重力而下落的过程中会在换热管束表面形成液膜，由于换热管束的管型为椭圆管，并且椭圆管的长轴与水流方向成2-5°的锐角，使得管外液膜的流动速率加快、液膜厚度减薄、管底液膜集聚区的扰动加强，从而使液膜的蒸发速率加快；并且由于椭圆管型换热管束沿蒸汽流动方向与水平面成2-5°夹角，使得管内底部凝结液在重力作用下排出管外的速率增加，从而增大了蒸汽与管内壁凝结传热的接触面积，有利于管内凝结传热的进行，使得管外液膜能够吸收更多的管内凝结热而使管外液膜的蒸发速率进一步加强。而部分液膜蒸发生成的二次蒸汽沿管内蒸汽流动方向流动并穿过倾斜椭圆管型换热管束2到达除沫器12，此过程中由于椭圆管的长短轴结构以及管束的排列参数使得液膜蒸发产生的二次蒸汽在管束间流动阻力减小，从而维持了二次蒸汽的热力性能；二次蒸汽经除沫器12除去携带的海水水滴后通过二次蒸汽出口8，并作为热源进入下一效降膜蒸发器的换热管束内部，而未蒸发的海水通过料液出口7回到水箱继续下一次喷淋蒸发，利用淡水收集箱收集二次蒸汽凝结水，而第一效降膜蒸发器换热管束内的凝结液作为补给水通过出口6再次回到锅炉。

Claims (5)

1.一种倾斜椭圆管降膜蒸发器，其特征在于，所述的倾斜椭圆管降膜蒸发器包括蒸发器壳体(1)、倾斜椭圆管型换热管束(2)、蒸汽进口(3)、料液进口(4)、蒸汽出口(5)、冷凝液出口(6)、料液出口(7)、二次蒸汽出口(8)、料液喷淋装置(9)、抽真空阀门(10)、除沫器(11)、左侧封头(12)、右侧封头(13)、左侧管板(14)、右侧管板(15)和换热管束支撑板(16)；

所述的蒸发器壳体(1)为两端开口的柱体；所述的左侧管板(14)和右侧管板(15)，表面均匀布置多个通孔，右侧管板(15)水温通孔排列位置比左侧管板(14)的通孔排列位置低；所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)排列布置在蒸发器壳体(1)内部，两端分别安装在左侧管板(14)和右侧管板(15)的通孔上，使倾斜椭圆管型换热管束(2)沿水平方向向右侧管板(15)倾斜；所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)与左侧管板(14)、右侧管板(15)之间采用焊接或胀管技术进行连接密封；所述倾斜椭圆管型换热管束(2)采用换热管束支撑板(16)进行支撑与固定；

所述的蒸发器壳体(1)上表面设有料液进口(4)、二次蒸汽出口(8)和抽真空阀门(10)；所述的蒸发器壳体(1)下表面设有料液出口(7)；所述的料液喷淋装置(9)安装在蒸发器壳体(1)内部；

所述的左侧封头(12)和右侧封头(13)分别固定在左侧管板(14)和右侧管板(15)的外侧，左侧封头(12)上设有蒸汽进口(3)，右侧封头上设有蒸汽出口(5)和冷凝液出口(6)，蒸汽出口(5)位于冷凝液出口(6)上方；

所述的蒸汽进口(3)与左侧封头(12)、右侧封头(13)、左侧管板(14)、右侧管板(15)以及倾斜椭圆管型换热管束(2)之间形成内部空间，蒸汽在所述空间内流动与冷凝换热；所述的蒸发器壳体(1)与左侧管板(14)、右侧管板(15)以及倾斜椭圆管型换热管束(2)之间形成真空空腔，料液喷淋装置(9)中料液依靠重力而下落过程中在倾斜椭圆管型换热管束(2)表面铺展成液膜，液膜吸收倾斜椭圆管型换热管束(2)内的蒸汽凝结热而蒸发；

所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)的椭圆管长轴与料液流动方向成锐角，椭圆管短轴与料液流动方向成直角。

2.根据权利要求1所述的倾斜椭圆管降膜蒸发器，其特征在于，所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)的管型采用椭圆管，椭圆管长短轴比为2:1。

3.根据权利要求1或2所述的倾斜椭圆管降膜蒸发器，其特征在于，所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)沿管内蒸汽流动方向与水平方向成2-5°夹角。

4.根据权利要求1或2所述的倾斜椭圆管降膜蒸发器，其特征在于，所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)的横向间距是椭圆管短轴的2.3倍，垂直间距是椭圆管短轴的2.5倍。

5.根据权利要求3所述的倾斜椭圆管降膜蒸发器，其特征在于，所述的倾斜椭圆管型换热管束(2)的横向间距是椭圆管短轴的2.3倍，垂直间距是椭圆管短轴的2.5倍。