自然循环自动清洗式高效节能蒸发器

时间:2016-2-19 12:06:00 来源:中国清洗机网 添加人:admin

  节能技术自然循环自动清洗式高效节能蒸发器刘跃平俞秀民彭德其俞天兰支校衡(株洲工学院机械清洗研究所湖南株洲412008)环总阻力能够降低到11000Pa以下。沸腾室的特殊设计使循环母液能够在较大的深度处开始汽化,并且停留时间较长,比较充分地汽化,大幅度地降低出口动能损失,使自然循环的有效推动力高达12000Pa以上,不仅省去高能耗的强制循环泵,而且能够使蒸汽消耗大幅度降低,蒸发能力提高30%以上。

  1现役蒸发器的弊端及解决方案蒸发器是制糖、制盐、烧碱等工业的重要设备。

  蒸发生产是高能耗的工艺过程,在制盐总成本中能源费用约占60%.影响现有蒸发器生产能力与能耗的两大主要问题:第一是为了减缓结垢和提高效率。采用的强制循环泵消耗大量的电能,例如,制盐蒸发器的ACP-900型循环泵是160kW,一套蒸发装置每年的电费就高达两百多万元;第二是管内污垢使传热系数下降30°%,需要频繁的周期性停车清洗。因此,蒸发器强化与节能的关键就是加热面的自动清洗防垢和以强化的自然循环推动力替代强制循环泵。

  针对现有蒸发器强化与节能的关键问题,作者提出低流速强化的自然循环自动清洗式高效节能蒸发器,结构原理如所示。这套装置的主要特点有两个:自然循环的沸腾室的结构又大又深,并且出口截面更大,以此降低沸腾室内的自然循环流速,使自然循环的推动力显著强化,达到既可以取消强制循环泵,又能为螺旋的自动清洗防垢提供足够流速和能量。

  加热管内安装具有自动旋转清洗防垢与传热强化双重功能的螺旋。这种新螺旋技术的优越性在于具有旋转力矩显著强化的效果,能在较低流速下带动旋转、清洗加热管内的污垢,因此自动清洗螺旋的阻力也随之正比于流速二次方地显著下降,进而降低对自然循环推动力的需求,以保障1.沸腾室2.环形循环流路3.旋流轴承4.加热管5.自动清洗螺旋6.加热管筛分效率与难筛分颗粒含量的关系自然循不推动力的计算及强化途径蒸发器自然循环的推动力源自于沸腾室与循环管路之间的静压差。循环母液在加热室提高温度ST得到显热后,若在沸腾室内能够平衡汽化,并且由于蒸发降温的ST变化与深度是线性关系,不考虑进出口的动能差,则理论上可以推导出产生的静压差,也就是推动力的最大值Ho的计算式为:度、比热、汽化热、溶剂分子量和在沸腾室开始汽化的理论深度,P、To和P1、T1分别代表溶剂蒸汽标准状态和沸腾室出口处状态的压力与温度。

  由于料液经过沸腾室的停留时间短,既来不及在与饱和蒸汽压相等的深度处开始汽化,也来不及在离开沸腾室前全部转化为汽化热,显然这是一个不平衡过程。又由于料液汽化后的体积高倍增大,沸腾室的出口动能远远大于进口的动能。考虑这种不平衡过程的影响和出口动能的损失,自然循环推动力有效值的计算式为:义为沸腾室内进出口的温度下降值与循环母液在加热室内温度提高值之比,作者在常压蒸发的中试中测量得到的数据在0.75-0.85的范围;K2―汽化深度不平衡影响系数,是定义为沸腾室内开始汽化的实际深度和与饱和蒸汽压相等就开始汽化的理的推动力有效系数,由蒸发压力P、母液经过加热室的温度升高值ST、汽化温度的平衡度影响系数心、循环速度大小等决定,作者在常压蒸发的中试中测量得到的数据在0.88-0.93的范围。

  由计算式(2)分析可知,蒸发器自然循环推动力有效值的强化可以有以下3种方法:由于自然循环推动力正比于经过加热室的温度升高值ST,所以最直接的强化办法是通过强化传热、增大St.值。强化传热的关键是在加热管内安装具有自动清洗防垢和传热强化双重功能的螺旋。单纯自动清洗防垢一项可以提高K值30%左右,单纯的螺旋传热强化幅度在50%以上,因此预计可以使ST增大30%以上。但是,须注意的是St.值不能过大,因为随St.的增大,出口动能损失也会随之快速增大。

  自然循环推动力正比于平衡系数Ki、l.所以降低沸腾室内的流速,提高沸腾室内的溶液蒸发汽化的平衡系数Ki、K2,强化自然循环的推动力。

  为此,这种蒸发器的结构设置由下部的中心管沸腾室和上部的渐扩形沸腾室两部分组成的沸腾室,不仅深度大,而且截面积也大,使经过加热以后的料液在沸腾室有较长的停留时间,进行比较充分的蒸发汽化,形成开始汽化的深度大、平均密度低的汽泡-料液混合物,以此强化作为蒸发料液自然循环推动力的静压差。作者通过中试测量得到的数据表明,预计Ki、L分别可以提高8%、15%左右。

  自然循环推动力正比于动能损失影响的推动力有效系数。对沸腾室出口动能损失问题是需要特别强调的。以常压蒸发的计算为例,若经过加热室以后提高的温度值St为4°C,出口处汽液混合物的体积就将增大10多倍,动能损失就会达到15000Pa以上。因此,沸腾室的出口段结构应该尽可能地设计成渐扩形,使出口截面尽可能大,从而可以使自然循环的有效推动力可靠地提高5%左右。对于动能损失的影响,经过加热室的温度升高值ST愈大、蒸发压力愈低、自然循环流速愈大就愈须重视。

  按照上述理论进行结构设计的新型蒸发器,即使不考虑传热强化所引起的强化,仅由沸腾室新结构因素产生的自然循环推动力幅度就可以达到25%以上,使推动力值可靠地达到11000Pa以上。

  3采用低阻力的自动清洗螺旋强化的自然循环推动力高于11000Pa以后,最终能否省去高能耗的强制循环泵,关键在于自然循环流路的总阻力能否控制在11000Pa以下。由于自然循环流路的阻力主要是加热管内的自动清洗元件,并且其阻力正比于流速的平方,所以必须采用能够在低流速下实现自动清洗的技术来保障其低阻力。为此,采用齿形扭带自动清洗技术,其性能是可以在0.5m/s的自然循环低流速下自转清洗,阻力不大,为每米1500Pa左右,即使6m的长管加热室,循环阻力也只有9000Pa,相当可靠。并且,齿形扭带强化的传热系数比现有的光滑螺旋扭带高170%,这就意味着母液通过加热室提高同样的温度升高值ST,可以大幅度减少加热室长度及其相应的厂房高度,或者可以大幅度减少传热温差,非常有利于较低压力的加热蒸汽源的利用和节能,都能为企业创造更大的效益。

  中试蒸发器的加热管内径32mm,有7根长度4000mm的碳钢管。在常压蒸发试验中,加热蒸汽的压力为0.24MPa、相应的传热温差为25C以上时,视镜中清楚地观察到塑料螺旋扭带可靠的旋转。加热蒸汽的压力最低可以降到0.21MPa,相应的传热温差为21C,自动清洗的塑料扭带也能够自转。有效的自然循环推动力达到11080-14850Pa.节能技改导热油在多个反应釜中的循环利用郭建峰张镇静(石油大学〈华东〉技术装备中心山东东营257061)反应釜是化工生产中最常见的设备,产品的生产必须经过升温反应釜中的导热油加热而促使物质反应生成产品,由于反应釜体积大,导热油量多,要升温到一定的温度,必须经过几十千瓦的加热管,通过数小时的加热才能达到反应所需要的温度。达到所需要的温度后,还要保持一定的时间,产品才能生成。产品生成后,又必须把升温后的导热油放入储油池中,使得反应物温度能尽快降下来,这样热能就白白的浪费掉了,既浪费了能源,又浪费了时间。而另一个反应釜的生产,同样需要一个加热导热油的过程,能否把前一个反应釜中经过升温后的导热油导入另一个需要生产的反应釜中呢,于是我厂进行了升温后的导热油在多个反应釜循环利用的节能节时改造,整个改造过程只需要4-5个截止阀及一套齿轮油泵的正、反转控制开关即可,总共花费千元以下,但可产生可观的经济效益。每循环利用一次,就能节约电能100多度,节约时间3-5h,大大节约了成本,取得了可观的经济效益。下面就以我厂的三个反应釜为例来介绍我们的改造情况。

  未改造之前三个反应釜的导热油路系统见。工作原理如下:以1号釜为例,使用前所有截止阀都关闭,需要使用1号反应釜时,打开釜的截止阀1-2、1-1、6-1,接通齿轮泵的电源,把导热油打入釜中,当导热油充满时,就会有导热油从釜的上溢口流入导热油池中,当导热油充满后,关上现有蒸发器增产节能的潜力相当大,其关键是以在线自动连续清洗解决周期性停车清洗问题,以强化的自然循环代替高能耗泵的强制循环。

  采用大深度、大截面、渐扩形出口结构的沸腾室,能够有效地提高沸腾室内的汽化平衡度,减少出口动能损失,使自然循环推动力强化达采用低流速强化旋转力矩的塑料螺旋齿带,能够在0.5m/s左右的低流速下自动旋转清洗,循环流路的总阻力可控制在11000Pa以下。

  新型蒸发器热态试验的结果表明,这种新型蒸发器既能省去强制循环泵,又能使塑料螺旋齿带可靠自转,实行在线、自动、连续除垢防垢。

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