本發(fā)明涉及換熱器的防垢除垢技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種膜式蒸發(fā)器防垢除垢方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)是通過加熱的方法使溶劑蒸發(fā)而離開溶液，不揮發(fā)的溶質(zhì)仍然溶解在剩下的液體溶劑中，實(shí)現(xiàn)溶劑與溶質(zhì)的分離；一般這樣的蒸發(fā)濃縮過程是在蒸發(fā)器內(nèi)完成，蒸發(fā)器通常間壁式換熱器，即一側(cè)是熱源，另外一側(cè)是需要處理的蒸發(fā)濃縮的溶液。由于溶液中含有溶質(zhì)，例如鹽、鈣離子、鎂離子、有機(jī)物等，隨著溶液蒸發(fā)變濃，就可能有溶質(zhì)在換熱器表面析出，附著在換熱器表面，影響換熱，這就是通常說所的垢。鋼的導(dǎo)熱系數(shù)是50.2W/(m·K),，垢的導(dǎo)熱系數(shù)是0.2～2W/(m·K)，相差25～250倍，有統(tǒng)計(jì)表明污垢增加3mm，換熱性能下降20％左右。

橫管降膜蒸發(fā)器是一種高效的換熱方式，很多束換熱管水平橫置，管內(nèi)流動(dòng)著熱介質(zhì)，蒸發(fā)物料從換熱管上方噴灑下來，落到上層的換熱管，貼著管外向下流動(dòng)，滴落到下層的換熱管，溶液被換熱管壁加熱，部分溶劑被蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了蒸發(fā)濃縮。橫管降膜蒸發(fā)器換熱效率高，但物料在換熱管表面流動(dòng)速度慢，容易在換熱器表面結(jié)垢，需要頻繁停機(jī)清垢才能確保換熱效率，還影響生產(chǎn)效率。

故現(xiàn)有技術(shù)有待改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠減緩結(jié)垢的速度、提高除垢效率的膜式蒸發(fā)器防垢除垢系統(tǒng)及方法。

換熱管表面形成垢的因素有多種多樣，所以防止垢形成的方法也多種多樣。本發(fā)明專利從換熱管表面流速這一角度，提出防止垢形成的原理和方法。已有的研究表明，換熱器表面的湍流程度越高越能防止垢的形成，雷諾數(shù)(Reynolds number,RE)能夠表征流體的湍流程度，雷諾數(shù)越大，湍流就越強(qiáng)烈；RE＝ρvd/μ，其中ρ、v、μ分別為流體的密度、流速及黏性系數(shù)，d為特征長度，對(duì)于確定的換熱介質(zhì)，ρ、μ是確定的(雖然ρ、μ與溫度、濃度等有關(guān)，有少量的變動(dòng)，但不變化不大，在工程上可以認(rèn)為是確定的)，對(duì)于確定的換熱管結(jié)構(gòu)，特征長度d是確定的，則RE與流速v成正比理物料，因?yàn)楦吡魉倌軌虬褎倓傂纬傻墓笡_刷掉，不粘接在換熱器表面，沒有垢的累積效應(yīng)，所以提高流速能夠有效延緩垢的形成。通常流速要高于1.0m/s才有一定防垢效果。

膜式蒸發(fā)器是換熱介質(zhì)在換熱管表面形成膜狀，換熱介質(zhì)被加熱后部分蒸發(fā)，是一種相變換熱，為了有利于蒸汽的排走，換熱管表面之間不充滿換熱介質(zhì)，也就是說相對(duì)換熱管表面的空間，換熱介質(zhì)量是較少的，介質(zhì)在換熱管表面流速較低(一般低于0.1m/s)，膜式蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)決定了換熱介質(zhì)流速較低。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種膜式蒸發(fā)器防垢除垢方法，采用二種流速流體先后經(jīng)過換熱表面；一種是相對(duì)流量大流速低的主流體，；另外一種是相對(duì)流量小流速高的副流體，先用主流體噴灑換熱表面；再采用高流速的副流體噴射換熱表面，沖刷掉在換熱表面形成的垢。

防垢時(shí)，包括以下步驟：

1)、蒸汽從蒸汽入口進(jìn)入蒸汽箱，再從蒸汽箱分配進(jìn)入各根換熱管內(nèi)；

2)、第二循環(huán)泵把物料從匯液柱或原液入口泵送至噴灑系統(tǒng)，物料從噴灑系統(tǒng)均勻噴灑向換熱管外表面，未蒸發(fā)的部分物料進(jìn)入?yún)R液柱；

3)、第一循環(huán)泵將匯液柱中的物料泵送至噴射管，物料從噴射口射出，沖擊到各換熱管外表面上；

除垢時(shí)，包括以下步驟：

4)、蒸汽入口停止蒸汽供應(yīng)，打開濃縮液排放口排空所有物料后關(guān)閉；

5)、從原液入口加入除垢液；同時(shí)運(yùn)行第一循環(huán)泵和第二循環(huán)泵，除垢液通過第二循環(huán)泵泵送至噴灑系統(tǒng)，除垢液從噴灑系統(tǒng)均勻噴灑向換熱管外表面，最終落至匯液柱；

6)、將匯液柱中的除垢液通過第一循環(huán)泵泵送至噴射管，從噴射口射出沖擊到各換熱管外表面上。

防垢時(shí)，所述第一循環(huán)泵的出口壓力為0.4～1MPa。

防垢時(shí)，第一循環(huán)泵的循環(huán)流量小于第二循環(huán)泵的循環(huán)流量的5％。

一種實(shí)現(xiàn)上述膜式蒸發(fā)器防垢除垢方法的系統(tǒng)，包括頂部開設(shè)有二次蒸汽出口的膜式蒸發(fā)器本體，位于膜式蒸發(fā)器本體內(nèi)具有多根水平設(shè)置的換熱管的換熱管束，以及分別設(shè)置在換熱管束上方的噴灑系統(tǒng)和下方的匯液柱；每根換熱管的一端均與帶有蒸汽入口的蒸汽箱連通，另一端均與冷凝液匯集腔連通；在所述換熱管束內(nèi)還設(shè)有均勻分布且水平放置的多根噴射管，每根噴射管沿軸向開設(shè)有多個(gè)噴射口；且每根噴射管均通過帶有第一循環(huán)泵的噴射管路與所述匯液柱連通；從噴射口噴射的物料能夠覆蓋全部的換熱管。

從噴射口噴射出的流體，流量小，流速高，高速流體噴射換熱管外表面，沖刷掉剛剛在換熱管外表面形成的垢；能夠有效防止垢的形成，維持換熱效率長期不衰減或少衰減。匯液柱中的物料通過第一循環(huán)泵加壓進(jìn)入噴射管，噴射管均勻分布在換熱管束中，且噴射管的開孔角度使得高速流體盡可能噴射到所有的換熱管表面。另外高速噴射的流體使整個(gè)換熱管表面得到強(qiáng)烈擾動(dòng)，而強(qiáng)烈擾動(dòng)的結(jié)果就是強(qiáng)化主流體的換熱效率。

所述噴灑系統(tǒng)通過帶第二循環(huán)泵的物料管路與原液入口連通。

所述噴射口剖面中心線與所述噴射管軸線相交。

所述噴射管可繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述噴射口剖面中心線與所述噴射管軸線不相交。

還包括位于所述噴射管兩端的第一支撐凸臺(tái)和第二支撐凸臺(tái)，所述噴射管兩端分別卡裝在第一支撐凸臺(tái)和第二支撐凸臺(tái)上。

所述噴射口的直徑為1mm-3mm。

相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明的有益效果是：減緩結(jié)垢的速度，提高除垢效率，且在正常蒸發(fā)的情況下，高速噴射的流體使整個(gè)換熱表面得到強(qiáng)烈擾動(dòng)，而強(qiáng)烈擾動(dòng)的結(jié)果就是強(qiáng)化主流體的換熱效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為換熱管束縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為噴射管橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為另一種結(jié)構(gòu)的噴射管橫向剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

1、原液入口；2、第二循環(huán)泵；3、第一循環(huán)泵；4、蒸汽入口；5、蒸汽箱；6、噴射管；7、左端板；8、蒸發(fā)腔；9、換熱管；10、二次蒸汽出口；11、噴灑系統(tǒng)；12、右端板；13、冷凝液匯集腔；14、膜式蒸發(fā)器本體；15、冷凝液排放口；16、濃縮液排放口；17、匯液柱；18、噴射口；19、第一支撐凸臺(tái)；20、第二支撐凸臺(tái)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

參閱圖1，本發(fā)明采用二種流速流體經(jīng)過換熱表面。一種是由第二循環(huán)泵2泵送的主流體，就與現(xiàn)有膜式蒸發(fā)器一樣，流量大，流速低；另外一種是由第一循環(huán)泵3泵送的副流體，流量小，流速高，高速流體噴射換熱管表面，沖刷掉剛剛在換熱表面形成的垢。副流體經(jīng)過第一循環(huán)泵3加壓后噴射出去，單位質(zhì)量流體的功耗較主流體高，但副流體流量少，一般只占主流體的2-4％，所以總體能耗增加很少。

副流體經(jīng)過第一循環(huán)泵3加壓進(jìn)入噴射管6，噴射管6均勻分布在換熱管束中，且噴射管6的開孔角度要使高速流體盡可能噴射到所有的換熱表面，使得膜式蒸發(fā)器在工作的同時(shí)能夠防止垢的形成，維持換熱效率長期不衰減或少衰減。

本發(fā)明帶來的另外一個(gè)好處是能夠提高換熱效率，高速噴射的副流體使整個(gè)換熱表面得到強(qiáng)烈擾動(dòng)，而強(qiáng)烈擾動(dòng)的結(jié)果就是強(qiáng)化主流體的換熱效率。

雖然上述方式能夠有效阻止垢的形成，延緩工作時(shí)間，但不能夠完成阻止垢的形成，時(shí)間長了以后，還是累積一定厚度的垢，需要停機(jī)除垢。除垢過程通常是：停止正常運(yùn)行設(shè)備，排空原有的溶液，加入有利于垢溶解的溶液(視垢的成分，采用酸性或堿性溶液)，然后開動(dòng)循環(huán)泵，使酸性或堿性溶液不斷流 經(jīng)垢表面，達(dá)到溶解垢的目的，這時(shí)候熱源側(cè)是不加熱的。本發(fā)明對(duì)提高除垢效率同樣有效，還是采用二種流速流體(酸性或堿性的除垢溶液)經(jīng)過換熱表面，但要加大流體的流量，提高流速。通過實(shí)驗(yàn)證明采用本發(fā)明的除垢方法，能夠比一般只有主流體循環(huán)除垢節(jié)省80-95％的除垢時(shí)間。

如圖1所示，膜式蒸發(fā)系統(tǒng)由膜式蒸發(fā)器本體14、換熱管9、噴射管6、第二循環(huán)泵2、第一循環(huán)泵3、原液入口1、濃縮液排放口16等構(gòu)成。

其中熱源側(cè)工作流程是蒸汽從蒸汽入口4進(jìn)入蒸汽箱5，再從蒸汽箱5分配進(jìn)入各根換熱管9內(nèi)，蒸汽箱5設(shè)置在換熱管束的右端板12處，熱量通過換熱管9壁面加熱管外的物料，蒸汽因放熱而冷凝成液態(tài)沿?fù)Q熱管9內(nèi)流向冷凝液匯集腔13，經(jīng)冷凝液排放口15排出；冷凝液匯集腔13設(shè)置在換熱管束的左端板7處。

其中受熱側(cè)(即蒸發(fā)側(cè))工作流程是第二循環(huán)泵2把物料從匯液柱17或原液入口1泵送至噴灑系統(tǒng)11，從噴灑系統(tǒng)11均勻噴灑向換熱管9，物料落到換熱管9外表面，部分被蒸發(fā)，未蒸發(fā)部分物料沿?fù)Q熱管9外表面滴落下一層換熱管9，最終未蒸發(fā)部分物料進(jìn)入?yún)R液柱17，被蒸發(fā)的氣態(tài)物料通過二次蒸汽出口10離開膜式蒸發(fā)器本體14，原液從原液入口1加入，濃縮液從濃縮液排放口16排出，副流體的工作流程是第一循環(huán)泵3把物料從匯液柱17泵送至噴射管6，物料從噴射口18射出，沖擊到各換熱管9表面上，把換熱管9表面的垢沖刷下來，垢匯集到匯液柱17隨濃液一起排出。

為確保噴射的液體對(duì)垢有沖擊力，需要維持物料在噴射管6內(nèi)的壓力，則需要第一循環(huán)泵3的出口壓力為0.4～1MPa,優(yōu)選0.6～0.8MPa。

正常蒸發(fā)情況下，第一循環(huán)泵3的循環(huán)流量大，防垢效果明顯，但循環(huán)流量過大，功耗也大，需要在防垢效果與功耗之間尋找平衡，通常針對(duì)不同的物料、濃度及膜式蒸發(fā)器在調(diào)試中確定，通過大量實(shí)驗(yàn)證明，在第一循環(huán)泵3的循環(huán)流量小于第二循環(huán)泵2的循環(huán)流量的5％，既能滿足防垢也能確保功耗不是很大，優(yōu)選在第一循環(huán)泵3的循環(huán)流量為第二循環(huán)泵2的循環(huán)流量的3％。

隨著運(yùn)行時(shí)間推移，換熱管若還是形成了垢，則需要停機(jī)除垢，除垢的過程如下：蒸汽入口4停止蒸汽供應(yīng)，打開濃縮液排放口16排空所有物料，從原液入口1加入調(diào)配好的除垢液，同時(shí)運(yùn)行第二循環(huán)泵2、第一循環(huán)泵3，除垢模 式下，第一循環(huán)泵3的流量應(yīng)盡可能大。除垢液被第一循環(huán)泵3送至噴射管6，從噴射口18射出，沖擊到各換熱管9表面上，把換熱管9表面的垢沖刷下來。

參閱圖2，噴射管6均勻分布在換熱管束中，該布置方式使得噴射管6盡可能噴射到各換熱管9。

參閱圖3圖4，噴射管6沿軸向開設(shè)有多個(gè)噴射口18，同時(shí)噴射口18均勻分布噴射管6外圓周，噴射口18剖面中心線與噴射管6軸線相交，另外優(yōu)選噴射口18直徑為1mm-3mm。

參閱圖5圖6，噴射管6可繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，噴射管6卡裝在第一支撐凸臺(tái)19第二支撐凸臺(tái)20上，噴射口18傾向一定角度布置，即噴射口18中心線與噴射管6軸線不相交。在噴射的反作用力推動(dòng)下，噴射管6發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這樣噴射出來物料就更均勻。

上列詳細(xì)說明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。