CS225742B1 - Tepelný výměník - Google Patents

Description

Vynález se týká tepelného výměníku s nepřímým ohřevem, aejména tepelného výměníku k zahušťování silně inkrustujících roztoků, například pro odpařovací stanice.

.»

U současných vícestupňových odpařovacích stanic, sloužících k zahušťování roztoků v chemickém, potravinářském i jiném zpracovatelském průmyslu, jsou s ohledem na úsporu tepelné energie jejich jednotlivé stupně vzájemně propojeny. Při tomto propojení je každý vstup vstupní teplosměnný prostor následujícího vnitřního stupně odpařovací stanice napojen na výstupní teplosměnný prostor předchozího vnitřního stupně, přičemž vstupní teplosměnný prostor jednoho okrajového stupně je napojen na přívod topné páry a výstupní teplosměnný prostor druhého okrajového stupně je spojen s odvodem brýdovýeh par. Vícestupňové odpařovací stanice na zahušťování silně inkrustujících roztoků odpařováním těkavějších složek nepřímým ohřevem musí být osazeny takovými tepelnými výměníky, které dovolují periodické odstraňování inkrustů, ulpívajících ve výstupních teplosměnných prostorech na jejich odpařovacích plochách.

Inkrusty, případně výluhy, jsou podle druhu zahušťovaného roztoku směsné anorganickoorganické usazeniny, v nichž jsou mezi jiným také uhličitanové a křemičitanové soli, které mají záporný koeficient rozpustnosti a které se při teplotách okolo 100 °C vylučují ze zahušťovaného roztoku téměř spontánně. Vlivem ulpívání inkrustů na odpařovacích plochách a v propojovacích potrubích se počáteční výkon tepelného výměníku a tím i celé odpařovací stanice postupně snižuje, až dojde k úplnému ucpání. Protože při. provozu je bezpodmínečně nutno uvedeným nežádoucím jevům předcházet, je třeba průběžně vznikající inkrusty periodicky odstraňovat. K odstraňování inkrustů je nutno buň příslušný tepelný výměník občas odstavit a separátně vyčistit pomocí vlastního brýdového kondenzátu, v němž jsou tyto inkrusty zpra225 742

225742 · vidla dobře rozpustné, nebo/a pomocí směsných kyselinových roztoků, případně je nutno provádět pravidelnou reverzaci chodu, při níž se přestavěním armatur v potrubním systému přívod kondenzující brýdové páry do prvního teplosměnného prostoru zamění za odvod kondenzátu, takže při reverzaci se vlastně vzájemně vymění táplosměnné prostory.

U příslušného tepelného výměníku odpařovací stanice jaou tak po reverzaci v předcházejícím cyklu v prvním teplosměnném prostoru usazené inkrusty postupně odplavovány kondenzujícími brýdovými parami do odkalu, zatímco ve druhém teplosměnném prostoru se při zahušťování odpařované kapaliny naopak inkrusty zase tvoří. Pro separátní vyčištění je nutno příslušný tepelný výměník vyřadit z provozu. Odstraňování inkrustů separátním vyčištěním tepelného výměníku se však provádí pouze zřídka ve specifických případech a pro nepřetržitý provoz je nevhodné. Odstraňování inkrustů reverzaci je sice velmi výhodné, protože je lze provádět prakticky bez přerušení provozu, ale je také investičně náročné, protože za stávajících okolností vyžaduje velké množství armatur a servomotorů i složitý řídicí systém. Řešení vyžadující řídicí systém s větším počtem ovládacích servomotorů jsou také značně energeticky i náročná, U některých známých řešení, zabývajících se problematikou odpařovecích stanic, jsou publikovány úvahy, které naznačují možnost provádění reverzace tepelného výměníku jeho otočením okolo horizontální nebo vertikální osy, které je při každé reverzaci doprovázeno demontáži příslušných přírubových spojů navazujícího potrubního systému. Reverzaci natáčením tepelného výměníku bez nutnosti jakákoliv demontáže umožňuje řešení podle československého autorského osvědčení číslo 204 798. Tepelný výměník v tomto chráněném provedení sestává z otočné části, která je oboustranně svisle uložena v pevné části a je v této pevné části natáčecím ústrojím otočně úhlově stavěna, resp. stavitelná. Otočnou část tepelného výměníku tvoří válcovitá výměníkové sekce, která dolní přechodovou sekcí je připevněna k dolnímu přepouštěcímu vřetenu otočného dílu dolní hlavy a horní přechodovou sekcí je připevněna k hornímu přepouštěcímu vřetenu otočného dílu horní hlavy. Na pevné části tepelného výměníku, napojené na navazující potrubní systém, je ustaveno dolní rozváděči těleso pevného dílu hlavy i horní rozváděči těleso pevného dílu horní hlavy. Při reverzaci je;ovšem nutno natáčet celou vlastní výměníkovou otočnou část, která má značné rozměry i hmotnost. Za těchto okolností je výše uvedené chráněné řešení velmi náročné na dotěsňování velkých průměrů, přičemž dále nevylučuje možnost pronikáni odpařovacího i odpařovaného média do okolí, případně přisávání vzduchu z atmosféry.

Uvedené nevýhody odstraňuje tepelný výměník s nepřímým ohřevem, zejména tepelný výměník k zahušťování silně inkrustujicích roztoků podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že sestává z otočných částí, horního rozváděcího tělese a dolního rozváděcího tělesa, kde horní rozváděči těleso a dolní rozváděči těleso jsou naklínovány na společném natáčecím hřídeli, který je veden v horním ložisku a v dolmím ložisku a je natáčen do požadovaných poloh elektromotorem přes převodovku.

Výhoda provedeni tepelného výměníku podle vynálezu je v tom, že umožňuje dlouhodobý provoz bez chemického čištěni odparky, což mé za následek úspory chemikálií, tepla potřebného k vyvařování, déle úsporu elektrické energie, vody atd. Tím, že se nemusí pracovat se Žíravinami se rovněž zlepší pracovní prostředí a konečně podstatná výhoda tohoto provedení je v tom, že při reverzacích není nutno přerušovat provoz odparky.

Příklad provedeni tepelného výměníku podle vynálezu je znázorněn na přiložených výkree šech, kde na obr. 1 je tepelný výměník v celkovém bočním pohledu s horní a dolní hlavou vyznačenou v řezu, Na obr. 2-19 jsou v příčných řezech X, Y a Z zobrazeny jednotlivé polohy částí tepelného výměníku, přičemž na obr. 2 - 4 je znázorněna první základní poloha, na obr. 5 - 7 a 14 - 16 je znázorněna čistící poloha, na obr. 8 - 10 a 17 - 19 je zobrazena přepouštěcí poloha a na obr. 1, - 13 je znázorněna druhá základní poloha.

Válcové část výměníku je pevně uchycena na patkách na podlaze, nebo nosné konstrukci,, kam je také přenášena váha celého výměníku včetně otočných částí. Výměník je napojea na neznázorněný potrubní systém odpařovaůí .stanice. Otočné části, horní rozváděči těleso 44 a dolní rozváděči těleso 28 jsou náklínovány na společném natáčecím hřídeli 30. který je veden v horním ložisku 48 a v dolním ložisku 22 ® je natáčen do požadovaných poloh ělektromotorem 42 přes převodovku 46. Váhu otočných částí zachycuje dolní ložisko 22· Natáčeci hřídel prochází celým výměníkem a sice jeho dolní hlavou 4, kde je naklínováno dolní rozváděči těleso 28, dále prochází dolní přechodovou částí 2, kde je veden dolním pouzdrem Í5. . v němž je utěsněn. Výměníkem prochází jeho středovou skruži £2. Horní přechodovou částí 2 prochází opět horním pouzdrem 36 a v horní hlavě 2 je'naklínováno horní rozváděči těleso. 44. Válcový plášt J£ střední výměníkové sekce £ je k dolnímu přechodovému dnu £4 a k hornímu přechodovému dnu 2S. připevněn souose přírubami 13. Uvnitř tohoto pláště je koncentricky ustavena středová sikruž 52. jež je oboustranně čelně uzavřena středovými víky 53 s otvory pro hřídel £0. V takto vzniklém meziválcovém prostoru jsou upevněny výměníkové skruže 51. Lichý počet výměníkových skruži ££ vytváří sudý počet plástových výměníkových prostorů, kde sousední výměníkové prostory jsou navzájem radiálně odděleny zmíněnými výměníkovými skružemi 2£, ^{a na} stejnolehlých polovinách svých čel jsou oboustranně uzavřeny neznázorněnými koncovými prolisy skruži, přivařenými k sousední skruži. Mezi výměníkovými skružemi 51 jsou navařena neznázorněné šroubovicová žebra sloužící k usměrnění průtoku zahušťovaného roztoku i topné páry výměníkovými prostory.

V dolním přechodovém dnu 14 dolní hlavy 4 j® dolní dělicí přepážka 46, která je svou horní hranou kolmo připevněna k dolnímu středovému víku 53 a k čelům skruži. 51 v místech, kde končí půlkruhovitě zahnuté dolní koncové prolisy skruži. Svými vytvarovanými boky je dolní dělicí přepážka 16 přizpůsobena tvaru dolního přechodového dna £4. Ve středu přepážky £6 je vevařeno válcové dolní pouzdro 15. Dolní přepážka £6 s pouzdrem 15 rozděluje vnitřní prostor dolního přechodového dna 14 na dvě stejné části C a D. Podobně i v horní přechodové části £ je v horním přechodovém dnu 35 vevařena horní dělicí přepážka 37. lato je upevněna k hornímu středovému víku 53 středové skruže 52. k čelům výměníkových skruži 51 a k horním koncovým prolisům skruži. Vytvařovanými boky je horní dělicí přepážka 37 přizpůsobena hornímu přechodovému dnu 35. v němž je průměrově upevněna, takže podélně rozděluje vnitřní prostor horní přechodová části 2 na dva shodné neprodyšně oddělené prostory A a Β. V ose horní dělicí přepážky 37 je válcové horní pouzdro 36. které slouží pro vedení hřídele 30. Vzhledem ke stejnolehlosti horních a dolních koncových prolisů skruži, leží dělicí přepážka 16 i horní dělicí přepážka 37 v téže osové rovině. Koncové prolisy skruži na horním a dolním konci těchto skruži, které přísluší sousedním výměníkovým prostorům jsou vzhledem k horní i dolní dělicí přepážce umístěny střídavě. Touto konstrukční úpravou je dosaženo toho, že vstup i výstup teplosměnných médií do téhož teplosměnného prostoru je také stejnolehlý a je tím zajištěn rovnoměrný průtok těchto médií všemi výměníkovými prostory. Je tedy přechodová komora A prvního teplosměnného prostoru v horní přechodové sekci 2 propojena paralelně prvními výměníkovými prostory s třetí přechodovou komorou C v dolní přechodové sekci

2. Druhá přechodová komora B druhého teplosměnného prostoru v horní přechodové sekci 2 je propojena paralelně řazenými druhými výměníkovými prostory se čtvrtou přechodovou komorou D v dolní přechodové sekci 2.

K dolnímu hrdlu 22 koncentricky vybíhajícímu z dolního přechodového víka £4 dolní přechodové sekce 2 je přírubami 18 připevněna dolní hlava 4, ve které je otočně umístěno dolní rozváděči těleso 28. Na spodní části tělesa dolní hlavy 2£ je přírubami dolní hlavy 24 připevněno dolní dno 2£. Ve střední části dolního dna 2£ je otvor pro dolní ložisko 22, který je zakryt ložiskovým víkem 21· Válcová část tělesa dolní hlavy 2£ je na svém obvodě opatřena třemi otvory s hrdly pro napojení na neznázorněný potrubní systém a to, prvním přiváděcím potrubím 2£, druhým odváděcím potrubím 26 a třetím odváděcím potrubím 22· Těmto otvorům odpovídají neoznačené otvory v dolním rozváděcím tělese 28. Součástí dolního roz— váděcího tělesa 28 je také neoznačená rozdělovači přepážka, která symetricky dělí spodní část rozváděcího tělesa 28 na dvě stejné části. Horní část dolního rozváděcího tělesa 28 je vlastně neoznačená kruhová deska, ve které jsou dva přepouštěci otvory 20. Deska je v koncových polohách dotěsňována k dolní dělicí přepážce 1 6. Dolní rozváděči těleso 28 je dotěsňováno v koncových polohách v dolní kuželové vložce 27 neznázoměným zařízením (mechanicky nebo tlakem péry éi vzduchu). Horní hlava X tepelného výměníku, která je složena z pevné a otočné části je v podstatě propojovací armaturou. Horní hlava X je na obr.

a 2.nPevný díl horní hlavy tvořený válcovou částí tělesa horní hlavy 39 navazuje spodní částí na kuželovou část horního přechodového dna XX, které je přírubami 38 spojeno s horním dílem ýýméníkové části χ. Na horní části tělesa horní hlavy 39 je horní příruba 40. která je spojena s horním dnem XX. V horním dnu 45 je otvor pro horní ložisko 48. kterým prochází natáčecí hřídel 30. otáčený přes převodovku 46 elektromotorem 47. Horní hlava χ má ve válcové části tělesa horní hlavy 39 kuželovou horní vložku 43. Na tuto vložku 43 je dotěsňováno horní rozváděči těleso 44. které má rovněž kuželový obvod. Horní rozváděči těleso 44 je neoznačenou přepážkou rozděleno na dva prostory. Horní část horního rozvádčcího télesa 44 je uzavřena neoznačenou kruhovou deskou se dvěma čtvrtkruhovými otvory.

Tyto otvory jsou umístěny protilehle. Ve válcové části horního rozváděcího tělesa 44 jsou proti sobě umístěny čtyři otvory odpovídající polohám otvorů v tělese horní hlavy XX v koncových polohách. Těleso horní hlavy 39 má na své válcové části dva otvory umístěné protilehle a navazující na hrdla prvního odváděcího potrubí 41 a druhého přiváděcího potrubí 42. Tato potrubí navazuji na neoznačený potrubní systém odparky.

Ve válcové části pláště tělesa horní hlavy 39 jsou vytvořeny dva navzájem protilehlé otvory s hrdlem prvního odváděcího potrubí 41 a s hrdlem druhého přiváděcího potrubí 42. které navazují na odparkový systém. V horním rozváděcím tělese 44 jsou čtyři otvory, z nichž dva se kryjí s otvory hrdel prvního odváděcího potrubí 41 a druhého přiváděcího potrubí 42 v první základní poloze a druhé dva se kryjí s otvory hrdel prvního odváděcího potrubí 41 a druhého přiváděcího potrubí 42 ve druhé základní poloze. Navzájem protilehlými otvory ústí první odváděči potrubí 41 do prvního tepelného okruhu a druhé přiváděči potrubí 42 do druhého tepelného okruhu odparkového potrubního systému. Podobně i ve válcové části pláétě tělesa dolní hlavy 23 jsou dva navzájem protilehlé otvory s hrdly 25 a 26. které také navazují na odparkový systém. V dolním rozváděcím tělese je pět otvorů, z nichž dva sa kryjí s otvory hrdel 25a 26 v první základní poloze a druhé dva se kryjí s otvory hrdel 25 a 26 ve druhé základní poloze. Navzájem protilehlými otvory ústí odváděči potrubí 26 do druhého tepelného okruhu v prvním přiváděčim potrubí 25 do druhého tepelného okruhu odparkového potrubního systému. Vzájemně axiální posuvy horního rozváděcího tělesa 44 a dolního rozváděcího tělesa 28 jsou umožněny tím, že se obě rozváděči tělesa posunou radiálně směrem od výměníkové části. Tento pohyb umožní suvné naklínování obou těles na hřídeli 30. Hřídel je veden ložiskem horním 48 a ložiskem dolním 32.

Ohřátá topná péra v základní pracovní poloze proudí druhým přiváděcím potrubím ,42 a druhou přechodovou komorou B do druhých výměníkových prostor, v nichž je ochlazována a kondenzuje. Kondenzát stéká do čtvrté přechodové komory D, odkud je druhým odváděcím potrubím 26 veden do neznázorněné zásobní nádrže. Při průchodu topné páry a kondenzátu druhým teplo směnným prostorem dochází k částečnému odplavováni inkrustů usazených na stěnách. Zatímco se pára ve druhém teplosměnném prostoru sestupně ochlazuje a kondenzuje, dochází v prvním teplosměnném prostoru k odpařování kapalného výluhu, vzestupné proudícím z prvního přiváděcího potrubí 25 a třetí přechodové komory C do prvního výměníkového prostoru a· do první přechodové komory A, Při zahřívání kapalného roztoku se na stěnách prvního teplosménného prostoru usazují inkrusty. Směs zahuštěného výluhu a sekundární brýdové páry, shromažSujíeí se a separující se v první přechodově komoře A, je prvním odváděcím potrubím 41 odváděna do neznázorněného potrubního systému, přičemž zahuštěný výluh je přiváděn zpět do prvního přiváděcího potrubí 25 a sekundární brýdová pára je odváděna k ohřevu vstupního teplosménného prostoru dalšího stupně. Podle stavu zanešení teplosměnných ploch je nutno čas od času provést reverzaci chodu. Při zainkrustovaných odpařovacích plochách se otočné části tepelného výměníku natáčeeím zařízením otočí okolo vertikální osy ve smyslu pohybu hodinových ručiček do čisticí polohy a při reverzaci ze druhé výchozí polohy se otáčí proti směru pohybu hodinových ručiček do polohy znázorněné na obr. 14 - 16. V této poloze jsou neopozicované otvory v horním rozváděcím tělese X4 částečně uzavřeny obvodovým pláštěm tělesa horní hlavy χχ, v tělese dolní hiovy se dolním rozváděcím těle5 sem 28 zakryje (uzavře) druhé odváděči potrubí 26 a otevře se třetí odváděči potrubí 33. První přiváděči potrubí 25 zůstane částečně otevřené. Natočením horního rozváděeího tělesa M a současně i dolního rozváděeího tělesa 28 do čisticí polohy se částečně uzavře přívod topné páry do druhé přechodové komory B, dále se částečně uzavře odvod směsi zahuštěného výluhu a brýdové páry z první přechodové komory A a dále přívod výluhů do třetí přechodové komory C.. Otevře se třetí odvédčcí potrubí 33 a po otevření neznázorněného ventilu umožní volný odtok kondenzátu ze čtvrté přechodové komory D a ostatních částí druhého teplosměnného prostoru vypouštěcím potrubím do odpadu. V popisované čisticí poloze lze druhý teplosměnný prostor vyčistit promytím bu3 brýdovým kondenzátem, nebo čisticí směsí. Vycházíme-li z první základní polohy dostaneme se dalším natáčením otočné části ve smyslu pohybu hodinových ručiček do přepouštěcí polohy znázorněné na obr. 8 - 10. Vycházíme-li z druhé základní polohy, natáčíme otočné části proti směru hodinových ručiček a dostaneme se do přepouštěcí polohy znázorněné na obr. 17 -19. V přepouštěcich polohách dochází v horním rozvéděcím tělese 44 k zavření prvních neoznačených otvorů a odkrývají se druhé neoznačené otvory a pára proudící trvale druhým přiváděcím potrubím 42 se dostává do první přechodové komory A. Směs brýdové páry a výluhu odchází tlakem páry do druhé přechodové komory B a přes horní rozváděči těleso 44 prvním rozváděcím potrubím 41 do nenaznačeného separátu dalšího odpařovacího stupně. Přepuštění výluhu z prvního teplosměnného prostoru do druhého teplosměnného prostoru (kde byla dříve péra a kondenzát) je umožněno nastavením dolního rozváděeího tělesa 28, které je tvarováno tak, že v této poloze jsou oba prostory propojeny, výluh proudí pod dolní dělicí přepážkou 16. V přepouštěcí poloze jsou uzavřeny první přiváděči potrubí 25. déle druhé odváděči potrubí 26 a třetí odváděči potrubí 33 nenaznačeným uzavíracím ventilem.

Po přepuštění výluhu se na signál neznázorněného čidla, příp. podle odměřeného přepouštěcího času spustí natáčecí zařízení a otočné části tepelného výměníku se natočí do nové reverzované polohy. V této poloze došlo k výměně první přechodové komory A za druhou přechodovou komorou B a postavení třetí přechodové komory C za čtvrtou přechodovou komorou D. Reverzace se provádí kývavým pohybem, to znamená, že reverzace z první základní polohy se děje ve směru pohybu hodinových ručiček a reverzace z druhé základní polohy do první se děje proti směru pohybu hodinových ručiček.

Při malém zainkrustovéní teplosměnných ploch lze reverzaci chodu tepelného výměníku provádět i bez promývání odpařovacíoh ploch brýdovým kondenzátem nebo směsi kyselin a brýdových kondenzátů.

Claims (5)

1. Tepelný výměník, zejména pro odpařovací stanice k zahušťování silně inkrustujících roztoků, vyznačující se tím, že sestává z otočných částí, horního rozváděeího (44) a dolního rozváděeího tělesa (28), kde horní rozváděči těleso (44) a dolní rozváděči těleso (28) jsou naklínovány na společném natáčecím hřídeli (30), který je veden v horním ložisku (48) a v dolním ložisku (32) pro natáčení do požadovaných poloh elektromotorem (47) přes převodovku (46).

2. Tepelný výměník podle bodu 1, vyznačující se tím, že natáčecí hřídel (30) prochází výměníkem a to jeho dolní hlavou (4), dolní přechodovou částí (2), středovou výměníkovou částí (1), horní přechodovou částí (3) a horní hlavou (5).

3. Tepelný výměník podle bodů 1, 2 vyznačující se tím, že horní rozváděči těleso (44) v základní položí» propojuje přechodovou komoru (A) s prvním odváděcím potrubím (41) a druhou přechodovou komorou (B) s druhým přivéděcím potrubím (42).

4. Tepelný výměník podle bodů 1, 2, 3, vyznačující se tím, že horní rozváděči- těleso (44) ve druhé základní poloze propojuje přechodovou komoru (A) s druhým přivád*eím potrubím (42) a přechodovou komoru (B) s prvním odváděcím potrubím (41).

5. Tepelný výměník podle bodů 1 - 4, vyznačující se tím, že dolní rozváděči těleso (28) v mezipoloze propojuje bu3 přechodovou komoru (C) se třetím odváděcím potrubím (33) nebo přechodovou komoru (D) se třetím odváděcím potrubím (33), v další mezipoloze propojuje prostor TC) s prostorem (D).