DE3625408A1 - Method to avoid deposits in upright evaporator heating tubes and apparatus - Google Patents

Method to avoid deposits in upright evaporator heating tubes and apparatus

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    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers

Abstract

To avoid deposits in upright evaporator heating tubes through which material to be evaporated flows, it is proposed to feed in the liquid under pressure at the bottom heating tube end and to carry along in the heating tube abrasively acting solids particles, the abrading action of which on the heating tube interior prevents deposition of encrustations. An apparatus is preferably used for this purpose in which an unheated central tube is arranged amongst heating tubes through which liquid flows and in the bottom region of each heating tube jet pump-like constructions are arranged in a ring which circulate the liquid loaded with solids particles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Ablagerungen in senkrecht stehenden Verdampferheizrohren, die von einzudampfendem Material durchflossen werden und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for avoidance of deposits in vertical evaporator heating pipes, through which the material to be evaporated flows be and a device for performing of the procedure.

Es ist bekannt, daß die meisten Heizkörperverdampfer mit der Zeit eine graduelle Einbuße des Wärmeübergangs erfahren, weil sich auf der Produktseite der Heizrohre mehr oder weniger dicke, thermisch schlecht leitende Ablagerungen bilden. Typische Beispiele für solche Ablagerungen sind Calciumcarbonat und Calciumsulfat, aber es kann sich auch um Produktkristalle handeln. Bisher müssen derart verkrustete Heizkörper periodisch abgestellt und chemisch oder mechanisch gereinigt werden.It is known that most radiator evaporators with time a gradual loss of heat transfer experienced because on the product page the heating pipes more or less thick, thermal form poorly conductive deposits. Typical Examples of such deposits are calcium carbonate and calcium sulfate, but it can also be Trade product crystals. So far crusted Radiators periodically turned off and chemically or cleaned mechanically.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, das ohne größeren apparativen Aufwand selbstreinigend wirkt bzw. die sich kontinuierlich von selbst reinigt.It is therefore an object of the present invention a method and an apparatus of the aforementioned Kind of specifying that without major apparatus Effort is self-cleaning or that continuously cleans itself.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Flüssigkeit am unteren Heizrohrende unter Druck eingespeist wird und im Heizrohr abrasiv wirkende Feststoffpartikel mitgeführt werden, deren schleifende Einwirkung auf der Heizrohrinnenseite eine Ablagerung von Verkrustungen verhindert. Infolge statischer Turbulenzen schlagen die Feststoffpartikel gegen die Heizrohrinnenwände und entfernen dort entstehende Ablagerungen, so daß der Wärmeübergang uneingeschränkt erhalten bleibt.The task is solved by the liquid on lower end of the heating pipe is fed under pressure and abrasive solid particles in the heating pipe  be carried along, their grinding action on deposits of incrustation on the inside of the heating tube prevented. As a result of static turbulence the solid particles hit the inside of the heating pipe and remove any deposits so that the heat transfer is unlimited preserved.

Um ein stetiges Nachfüllen der Feststoffpartikel zu vermeiden, werden diese bevorzugt im Kreislauf geführt.To constantly refill the solid particles avoid, these are preferably carried out in a cycle.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Feststoffpartikel innerhalb des Heizrohres durch einen strahlpumpenartigen Effekt zusammen mit der Flüssigkeit nach oben bewegt und über ein zentrisch in einem Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr nach unten fallengelassen, von wo aus sie unter Ausnutzung des Strahlpumpeneffektes erneut nach oben an der Rohrinnenseite bewegt werden.After a further development of the invention Solid particles inside the heating pipe a jet pump-like effect together with the Liquid moves up and over a centric central tube arranged in a heating tube bundle dropped down from where it came from using the jet pump effect again be moved upwards on the inside of the pipe.

Um den strahlpumpenartigen Effekt zu verstärken, sind um die Primärbohrung weitere Bohrungen kleineren Durchmessers angeordnet, welche die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zuführen.To intensify the jet pump-like effect, are smaller holes around the primary hole Arranged in diameter, which the solid particles feed the primary beam.

Als Material für die Feststoffpartikel bieten sich zum einen keramische Kügelchen und/oder Sandkörnchen einheitlicher Größe an, aber auch solche Feststoffpartikel, die aus dem gleichen Material bestehen wie die zu verhindernden Ablagerungen. Die letztgenannte Auswahl der Feststoffpartikel führt zum einen zu dem gewünschten Abrasionseffekt und unterstützt zusätzlich eine präferentielle Kristallisation auf den Feststoffpartikeln selbst, wodurch Ablagerungen von selbst verhindert werden.The material is suitable for the solid particles on the one hand ceramic balls and / or grains of sand uniform size, but also such solid particles, that are made of the same material like the deposits to be prevented. The the latter selection of solid particles leads on the one hand to the desired abrasion effect and also supports preferential crystallization on the solid particles themselves, thereby  Deposits can be prevented by themselves.

Um den Kreislauf, das ist die Aufwärtsbewegung des Flüssigkeitsstroms mit den Feststoffpartikeln an den Rohrinnenwänden und die Abwärtsbewegung im Zentralrohr, besser aufrecht erhalten zu können, werden die beiden Ströme thermisch isoliert geführt.Around the cycle, that is the upward movement of the Liquid flow with the solid particles the inner tube walls and the downward movement in the central tube, to be able to maintain better the two currents are thermally insulated.

Zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, bei der inmitten flüssigkeitsdurchströmter Heizrohre ein ungeheiztes Zentralrohr und im unteren Bereich jedes Heizrohres strahlpumpenartige Ausbildungen ringförmig angeordnet sind, die die mit Feststoffpartikeln beladene Flüssigkeit im Kreislauf bewegt. Bevorzugt besteht das Zentralrohr aus schlecht leitendem Material und/oder ist thermisch isoliert.To perform the procedure described above a device is used in the middle liquid-flowed heating pipes an unheated Central tube and in the lower area of each heating tube jet pump-like designs arranged in a ring are those loaded with solid particles Liquid in circulation. Prefers the central tube consists of poorly conductive material and / or is thermally insulated.

Als strahlpumpenartige Ausbildungen haben sich ringförmig in dem Boden des Heizrohres eingesteckte Strahlrohre empfohlen. Zusätzlich kann ein Sekundärstrahleneffekt noch durch Bohrungen erzielt werden, die ringförmig um jedes der eingesteckten Strahlrohre liegen. Hierdurch werden die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zugeführt.Have been developed as jet pump-like designs inserted in a ring in the bottom of the heating tube Jet pipes recommended. In addition, a secondary beam effect can still be achieved through drilling, the ring around each of the inserted radiant tubes lie. As a result, the solid particles Primary beam fed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und soll im folgenden erläutert werden. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in Fig. 1 and will be explained in the following. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Heizkörpers und Fig. 1 is a schematic representation of a radiator and

Fig. 2 die Darstellung der Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik. Fig. 2 shows the swarm speed characteristic.

Der in Fig. 1 dargestellte Heizkörper besteht im wesentlichen aus einem Zentralrohr 1 aus thermisch schlecht leitendem Material und kreisförmig um das Zentralrohr herum angeordneten Heizrohren 2. Das Rohrbündel wird wie üblich mit Dampf oder einem Wärmeträgeröl beheizt. Das einzudampfende Medium wird mit einer nicht dargestellten Pumpe unter geeignetem Druck am Flansch 3 eingespeist und tritt am Flansch 4 aus. Von dort führt ein Rohr in nach dem Stand der Technik bekannter Weise zu einem Dampfabscheider. Das am Flansch 3 eintretende Medium strömt durch enge Rohre 5, die konzentrisch in das untere Ende der Heizrohre 2 hineinragen. Wegen der hohen Geschwindigkeit in den Rohren 5 ergibt sich ein Strahlpumpeneffekt, welcher Flüssigkeit aus dem Raum 6 unter dem Zentralrohr 1 ansaugt und durch die Heizrohre 2 nach oben befördert. Auf diese Weise ergibt sich eine Umlaufströmung durch die Heizrohre 2 von unten nach oben und durch das Zentralrohr 1 von oben nach unten. Die in den Heizrohren durch Verdampfung entstehenden Blasen unterstützen die Aufwärtsströmung durch Mammutpumpeneffekte, während sich im Zentralrohr 1 wegen seiner schlechten thermischen Leitfähigkeit keine Dampfblasen bilden, so daß die dortige Abwärtsströmung nicht durch einen Mammutpumpeneffekt behindert werden kann.The heater shown in Fig. 1 consists essentially of a central tube 1 made of a thermally poorly conductive material and circularly around the central tube arranged around heating pipes. 2 The tube bundle is heated as usual with steam or a heat transfer oil. The medium to be evaporated is fed in with a pump (not shown) at a suitable pressure on the flange 3 and exits at the flange 4 . From there, a pipe leads to a steam separator in a manner known from the prior art. The medium entering the flange 3 flows through narrow tubes 5 which protrude concentrically into the lower end of the heating tubes 2 . Because of the high speed in the tubes 5 , there is a jet pump effect which sucks in liquid from the space 6 under the central tube 1 and conveys it upward through the heating tubes 2 . In this way, there is a circulating flow through the heating tubes 2 from bottom to top and through the central tube 1 from top to bottom. The bubbles formed in the heating pipes by evaporation support the upward flow due to mammoth pump effects, while no steam bubbles form in the central pipe 1 because of its poor thermal conductivity, so that the downward flow there cannot be impeded by a mammoth pump effect.

Nach dem Einlaß des Heizdampfes oder des Wärmeträgeröls werden durch eine nicht dargestellte Schleuse über dem Flansch 4 keramische Kügelchen oder Sandpartikel vom Durchmesser d zugegeben. Diese fallen durch das Zentralrohr 1 auf den Bodenkopf 7, von dem sie radial nach unten zur unteren Außenwand der Rohre 5 abrollen. In diesem Bereich befinden sich Bohrungen 8, durch welche das einzudampfende Medium unter Druck vom Flansch 3 herkommend mit hoher Geschwindigkeit nach oben strömt und dadurch die Kügelchen oder Sandpartikel in die Umlaufströmung befördert. Die Geschwindigkeiten sind so bemessen, daß die Kügelchen oder Sandpartikel nach dem für Schwarmeffekte modifizierten Gesetz von Stokes durch die Heizrohre 2 nach oben in den Raum 9 befördert werden. Dieser ist so bemessen, daß dort die Geschwindigkeit für eine Levitation der Kügelchen oder Sandpartikel nicht mehr ausreicht, so daß sie direkt oder über die schräge Fläche 10 des oberen Rohrbodens wieder in das Zentralrohr 1 gelangen und auf den Bodenkopf 7 absinken, womit der Kreislauf von neuem beginnt.After the inlet of the heating steam or the heat transfer oil, 4 ceramic balls or sand particles of diameter d are added through a lock, not shown, over the flange. These fall through the central tube 1 onto the bottom head 7 , from which they roll radially downward to the lower outer wall of the tubes 5 . In this area there are bores 8 through which the medium to be evaporated flows under pressure from the flange 3 upwards at high speed and thereby conveys the beads or sand particles into the circulating flow. The speeds are such that the balls or sand particles are conveyed upward through the heating pipes 2 into the space 9 according to the Stokes law modified for swarm effects. This is dimensioned so that there the speed for levitation of the beads or sand particles is no longer sufficient, so that they come directly or via the sloping surface 10 of the upper tube sheet back into the central tube 1 and sink to the bottom head 7 , thus the circulation of new begins.

Auf dem Wege durch die Heizrohre 2 schlagen die Kügelchen oder Sandpartikel infolge statischer Turbulenzen schleifend gegen die Innenwände dieser Rohre, was zur Folge hat, daß Ablagerungen kontinuierlich abrasiv entfernt werden. Auf diese Weise bleibt der Wärmeübergang uneingeschränkt erhalten.On the way through the heating pipes 2 , the balls or sand particles rub against the inner walls of these pipes as a result of static turbulence, with the result that deposits are continuously removed in an abrasive manner. In this way, the heat transfer remains unrestricted.

Es versteht sich, daß die relative Menge und Abrasivität der Feststoffteilchen nur so groß gewählt wird, daß ihr Effekt gerade zur Beseitigung der Ablagerungen ausreicht aber keinen nennenswerten Verschleiß der Heizrohre 2 verursacht. Wo immer möglich, sollten die Feststoffteilchen aus dem gleichen Material bestehen wie die zu verhindernden Ablagerungen, weil dann zusätzlich zu dem Abrasionseffekt eine präferentielle Kristallisation auf den Teilchen die Verhinderung von Ablagerungen unterstützt. It is understood that the relative amount and abrasiveness of the solid particles is chosen only so large that its effect is sufficient to remove the deposits, but does not cause any significant wear on the heating tubes 2 . Wherever possible, the solid particles should be made of the same material as the deposits to be prevented, because then, in addition to the abrasion effect, preferential crystallization on the particles helps prevent deposits.

Fig. 2 zeigt die Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik, das ist die Abhängigkeit des sogenannten Behinderungsfaktors von der Feststoffkonzentration. Fig. 2 shows the swarm speed characteristic, that is the dependence of the so-called disability factor on the solids concentration.

Hierzu folgende Erläuterungen:The following explanations:

Für die Geschwindigkeit eines einzigen in einer ruhenden Flüssigkeit unter dem Einfluß der Schwerkraft nach unten sinkenden kugelförmigen Teilchens gilt nach dem Gesetz von StokesFor the speed of one in one dormant liquid under the influence of gravity spherical particles sinking downwards applies according to the Stokes law

wobeiin which

Δ ρ= Differenz der Dichten von Feststoff und Flüssigkeitd= Teilchendurchmesserg= Erdbeschleunigung und µ= Viskosität der Flüssigkeit. Δ ρ = difference in density of solid and liquid d = particle diameter g = gravitational acceleration and µ = viscosity of the liquid.

Handelt es sich nicht um ein einzelnes Teilchen, sondern um einen Schwarm gleicher Teilchen, so ist die Sinkgeschwindigkeit kleiner als v s , weil die nach unten sinkenden Teilchen durch Verdrängung eine Flüssigkeitsströmung nach oben erzeugen, die der Sinkbewegung entgegenwirkt. Die Sinkgeschwindigkeit des Teilchenschwarms ist dementsprechendIf it is not a single particle, but a swarm of the same particles, the sinking rate is lower than v s , because the particles sinking downward produce a liquid flow upwards, which counteracts the sinking movement. The rate of descent of the swarm of particles is accordingly

v = Φ v s , v = Φ v s ,

wobei Φ eine Größe kleiner als 1 ist, die Behinderungsfaktor genannt wird. Φ ist eine Funktion der volumetrischen Feststoffkonzentration, die als Schwarmgeschwindigkeitscharakteristik bezeichnet wird und in Fig. 2 dargestellt ist. where Φ is a size less than 1 called the disability factor. Φ is a function of the volumetric solids concentration, which is referred to as the swarm speed characteristic and is shown in FIG. 2.

Will man kugelförmige, in einer Flüssigkeit suspendierte Teilchen von einheitlichem Durchmesser durch ein vertikales Rohr nach oben fördern, muß man die Geschwindigkeit der Suspension größer machen als die Schwarmgeschwindigkeit. Umgekehrt kann man die Teilchen von der Flüssigkeit abtrennen, wenn man dafür sorgt, daß die Vertikalgeschwindigkeit der Suspension kleiner ist als die Schwarmgeschwindigkeit.If you want spherical, suspended in a liquid Particles of uniform diameter through promote a vertical pipe up, you have to Make the speed of the suspension greater than the swarm speed. Conversely, you can Separate particles from the liquid if one ensures that the vertical speed of the Suspension is less than the swarm speed.

Die dichteste Packung von Kugeln gleichen Durchmessers hat ein Leervolumen von 26%, so daß die maximal mögliche Feststoffkonzentration bei 74 Volumen-% liegt. Bei dieser Konzentration erreicht Φ den Wert Null. Es versteht sich daher, daß die für die vorliegende Erfindung zu wählende volumetrische Feststoffkonzentration in den Heizrohren beträchtlich unter dem genannten Grenzwert liegen muß.The densest packing of balls of the same diameter has an empty volume of 26%, so that the maximum possible solids concentration is 74% by volume. At this concentration Φ reaches zero. It is therefore understood that the volumetric solid concentration to be selected for the present invention in the heating pipes must be considerably below the limit mentioned.

Claims (11)

1. Verfahren zur Vermeidung von Ablagerungen in senkrecht stehenden Verdampferheizrohren, die von einzudampfendem Material durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit am unteren Heizrohrende unter Druck eingespeist wird und im Heizrohr abrasiv wirkende Feststoffpartikel mitgeführt werden, deren schleifende Einwirkung auf der Heizrohrinnenseite eine Ablagerung von Verkrustungen verhindert.1. A method for avoiding deposits in vertical evaporator heating tubes, which are traversed by material to be evaporated, characterized in that the liquid is fed under pressure at the lower end of the heating tube and solid particles which have an abrasive effect are carried in the heating tube, the grinding action of which deposits on the inside of the heating tube Prevents incrustation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel im Kreislauf geführt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the solid particles are circulated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel innerhalb des Heizrohres durch einen Strahlpumpeneffekt an der Innenseite zusammen mit der Flüssigkeit nach oben bewegt werden und über ein zentrisch in einem Heizrohrbündel angeordnetes Zentralrohr nach unten fallen, von wo aus sie unter Ausnutzung des Strahlpumpeneffektes erneut in den Kreislauf geführt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the solid particles within the Heating tube by a jet pump effect on the Inside along with the liquid be moved up and over a center in a central tube arranged in a heating tube bundle fall down from where they're taking advantage of of the jet pump effect in the Cycle. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bohrungen um die einen Strahlpumpeneffekt erzeugende Primärbohrung weitere Strahlpumpeneffekte erzeugt werden, die die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zuführen. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that through holes around the primary bore producing a jet pump effect generated further jet pump effects be the solid particles the primary beam respectively.   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Feststoffpartikel keramische Kügelchen und/oder Sandkörnchen einheitlicher Größe verwendet werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that as solid particles ceramic beads and / or grains of sand uniform size can be used. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffpartikel aus dem gleichen Material bestehen wie die zu verhindernden Ablagerungen.6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the solid particles made of the same material as that to prevent deposits. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufwärtsstrom vom Flüssigkeitsabwärtsstrom thermisch isoliert geführt wird.7. The method according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the liquid upstream of the liquid downstream flow thermally is performed in isolation. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß inmitten flüssigkeitsdurchströmter Heizrohre ein ungeheiztes Zentralrohr und im unteren Bereich jedes Heizrohres strahlpumpenartige Ausbildungen ringförmig angeordnet sind, die die mit Feststoffpartikeln beladene Flüssigkeit im Kreislauf bewegen.8. Device for performing the method according to Claims 1 to 7, characterized in that in the middle of liquid-flowed heating pipes unheated central tube and in the lower area of each Radiator pump-like training are arranged in a ring, which with solid particles loaded liquid in the circuit move. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr aus schlecht leitendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff oder Keramik, besteht und/oder thermisch isoliert ist.9. The device according to claim 8, characterized in that the central tube from bad conductive material, preferably made of plastic or Ceramic, and / or is thermally insulated. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlpumpenartige Ausbildungen ringförmig in einem Boden des Heizrohres eingesteckte Strahlrohre dienen. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that that as jet pump-like training ring-shaped in a bottom of the heating tube inserted radiant tubes serve.   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß um die Strahlrohre Bohrungen liegen, die einen Sekundärstrahleneffekt erzeugen, der die Feststoffpartikel dem Primärstrahl zuführt.11. The device according to claim 10, characterized in that that there are bores around the jet pipes, that create a secondary beam effect, which feeds the solid particles to the primary jet.
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