一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器及其应用方法技术

本发明专利技术提供了一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器及其应用方法，其中水平板壳式降膜抗垢蒸发器传热板片束包括若干块相互平行且竖直并列设置的传热板片形成传热板片束，传热板片束上设有超声传振杆，超声传振杆与传热板片束相垂直，超声传振杆的一端连接超声换能器，其特征在于，每块传热板片的两侧设有若干个相通的菱形腔，相邻传热板片之间的菱形腔上下交错设置。传热板片一侧底部的菱形腔为蒸汽入口，传热板片另一侧底部的菱形腔为冷凝水出口。本发明专利技术采用上大下小的异形菱形腔有效地提高了蒸发效率，通过刮片结合超声传振杆使传热板片在运行过程中始终保持高频低振幅的波动，实现在线防垢除垢能力。本发明专利技术的应用范围广且结构简单稳定。单稳定。单稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器及其应用方法


[0001]本专利技术涉及水平管降膜蒸发器，特别是涉及一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器及其应用方法。

技术介绍

[0002]水平管降膜蒸发技术是一种利用菱形腔外溶液蒸发、管内蒸汽冷凝的双侧相变而产生热量传递的高效传热技术，具有传热性能好、传热温差损失小、易于实现多效操作、蒸发强度高等优点，尤其在小热流密度和小温差下，仍然具有很高的传热系统，其传热系数比浸没式池式沸腾高5倍以上，比垂直管降膜蒸发器高1倍左右，已经广泛应用于海水淡化、制冷、化工、高盐废水蒸发和低品位余热利用等领域。
[0003]传统的水平管降膜蒸发器所采用的传热管为圆形管，各圆形管呈矩形阵列或三角阵列布置。这种传热管及结构会有以下三个问题：一、蒸发过程中容易出现液膜偏流现象，不但影响蒸发效率而且容易出现结疤和干壁问题；二、当液膜滴落在圆形管壁外会产生飞溅而无法吸收传热管的热量，而降低蒸发效率；三、传热管内产生的冷凝水积聚会同时又不能及时排出，占用蒸气冷凝放热传热面积，也影响蒸发效率；四、传热菱形腔外部结垢问题无法解决，严重影响蒸发效率；五、没有强化传热功能。
[0004]理论和实践都证明，板式降膜蒸发器具有蒸发能力大，汽耗低的优点，但最大的问题是板片的结垢，而结垢清理目前还没有最理想办法。市场上的板式降膜蒸发器多采用复杂的预处理方式以减少结垢问题的发生，使投资增加和工艺复杂；目前板式降膜蒸发器只用在结垢不严重的蒸发领域。
[0005]另外，研究发现椭圆管的水平管降膜蒸发传热性能是圆管的1.93～1.96倍。研究还发现在横截面周长相等的情况下，圆管、椭圆管、类蛋形管所形成的膜厚依次降低，液体厚度越薄越有利于热量的传递，因此，圆管、椭圆管、类蛋形管的传热效率依次增大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，有效的解决偏流、液膜飞溅、快速排出冷凝水、在线高效防垢及强化传热的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，包括若干块相互平行且竖直并列设置的传热板片形成传热板片束，所述传热板片束上设有至少一根超声传振杆，所述超声传振杆与传热板片束相垂直，所述超声传振杆的一端连接超声换能器，其特征在于，所述每块传热板片的两侧设有若干个相通的菱形腔，所述相邻传热板片之间的菱形腔上下交错设置。所述传热板片一侧底部的菱形腔为蒸汽入口，所述传热板片另一侧底部的菱形腔为冷凝水出口。
[0008]优选地，所述菱形腔四条边中的上两边形成的夹角大于下两边形成的夹角。
[0009]优选地，所述相邻的传热板片之间设有刮板，所述刮板采用弹性金属板。
[0010]优选地，所述刮板上设有多组刮板，所述刮片与刮板一体成型。
[0011]优选地，所述弹性金属板的刮板通过激光切割和折边的方式制成刮板上的刮片，所述刮片垂直设置在刮板上，且刮片的端头与菱形腔相接触。
[0012]优选地，所述多组刮板通过间隔交错的方式设置在刮板的两侧面。
[0013]优选地，所述刮板通过刮板支撑板设置在传热板片之间，所述刮板支撑板与刮板一体成型。
[0014]优选地，所述超声传振杆与蒸发器壳体采用盘根式软连接。
[0015]本专利技术还提供了一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器的应用方法,蒸发流体介质从传热板片的上部均匀的向下流动，在传热板片的两侧形成均匀的液膜，加热蒸气从水平管的高端蒸气入口侧进入传热板片内的菱形腔里面，和外面的被蒸发介质换热冷凝成凝结水沉积在菱形腔的下面，菱形腔下面成V字形，再加上官腔和水平线有一定的角度，冷凝水可以快速通过冷凝水出口流出，这样节省了管腔内冷凝水所占据的空间，为蒸气冷凝提供了空间；同时传热板片在超声的作用下使菱形腔内的蒸气冷凝方式由原来的膜状冷凝转变为珠状冷凝，提高了蒸气相变的传热效率；传热板片外面的液膜在超声作用下，破坏了热阻较大的液膜滞留层，从而使液膜进一步减薄，同时使被蒸发流体在流动过程中的流速大小和方向不断改变，加剧了流体的湍流效应；传热面的超声振动可以使菱形腔外的汽化核心增多，实现了沸腾强化传热；传热面在超声驱动下其金属质点产生高速椭圆运动，可改善界面流速、瑞动度、界面温度变化及伴随的效应，有效破坏了被蒸发流体滞流层的热阻和流动阻力，实现对流强化传热；当蒸发以碳酸钙结垢物质为主的流体介质时，在本专利技术的传热板片上单独使用超声在线防垢除垢技术，超声传振杆在超声换能器驱动下，使传热板片束产生高频波动，而产生一系列的剥离、剪切、金属质点椭圆轨迹等物理效应，就可以保持蒸发器的在线防垢除垢效果，即保持传热板片在蒸发运行过程中不粘附污垢；当蒸发流动性差、粘性大的流体介质时，单独应用超声在线防垢除垢技术难以保持传热面不粘附污垢，此时需要增加刮板在线防垢除垢：在每个传热板片之间都设置了刮板，由刮板支撑板和刮片构成，刮片和传热板片贴合式接触。被蒸发的粘性介质沿着传热板片缓慢流动过程中，超声振动能够使粘性物料和结垢物质与传热板片附着不牢，刮板沿着菱形腔方向平行移动时，可以将传热板片上的粘性物料和结垢物质快速的刮掉。
[0016]优选地，当蒸发黑液这样纤维长的介质时，需要将刮片的前端设置成三角形结构，所述三角形结构可以有效的破坏长纤维构成的附着层，再通过辅助蒸气爆破技术，使蒸发器连续稳定高效蒸发运行。
[0017]与现有技术相比本专利技术具备以下有益效果：1、菱形腔外传热效率高：水平传热管采用了上大下小的菱形截面结构，类似于类蛋形管。所形成的液膜厚度较其它管型薄而且均匀，从而有利于热量的传递。由加工特点决定了上下水平管之间有肋片连接，增加了水平管的传热面积，同时防止液滴飞溅的发生。
[0018]菱形腔外强化传热：由于传热面始终处于超声振动过程中，破坏了热阻较大的液膜滞留层，从而使液膜进一步减薄，同时使被蒸发流体在流动过程中的流速大小和方向不断改变，加剧了流体的湍流效应。另外，传热面的超声振动可以使菱形腔外的汽化核心增多，实现了沸腾强化传热；传热面在超声驱动下其金属质点产生高速椭圆运动，可改善界面流速、瑞动度、界面温度变化及伴随的效应，有效破坏了被蒸发流体滞流层的热阻和流动阻
力，实现对流强化传热。即使不考虑传热板片结垢影响传热的问题，本专利技术蒸发器的传热效率也是得到强化的。
[0019]2、管内传热效率高：水平传热管下端呈V字形，冷凝水水位较高，再加上和水平面有一定的角度设置，能够使冷凝水快速流出，从而减少冷凝水所占空间，增大了管内蒸气的冷凝传热空间，提高传热效率。
[0020]管内强化传热：每个菱形腔板束在正常蒸发过程中始终有超声能量驱动，可以使管内原来的蒸气膜状冷凝转变为珠状冷凝，即传热管上的超声能量可以持续的清除管内壁上的凝结液而使金属裸露，减少了液膜的热阻，因而有很高的传热系数，可以使蒸气冷凝相变的传热系数高达同样情况下膜状凝结的10倍。
[0021]3、在线防垢除垢：首先本专利技术中采用板式传热元件，即使传热板片外壁结垢，由于结垢物质不会发生类似圆管结垢的搭桥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，包括若干块相互平行且竖直并列设置的传热板片（1）形成传热板片束，所述传热板片束上设有至少一根超声传振杆（3），所述超声传振杆（3）与传热板片束相垂直，所述超声传振杆（3）的一端连接超声换能器（4），其特征在于，所述每块传热板片（1）的两侧设有若干个相通的菱形腔（2），所述相邻传热板片（1）之间的菱形腔（2）上下交错设置；所述传热板片（1）一侧底部的菱形腔（2）为蒸汽入口（5），所述传热板片（1）另一侧底部的菱形腔（2）为冷凝水出口（6）。2.根据权利要求1所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述菱形腔（2）四条边中的上两边形成的夹角大于下两边形成的夹角。3.根据权利要求1所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述相邻的传热板片（1）之间设有刮板（7），所述刮板（7）采用弹性金属板。4.根据权利要求3所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述刮板（7）上设有多组刮板（7.2），所述刮片（7.2）与刮板（7）一体成型。5.根据权利要求4所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述弹性金属板的刮板（7）通过激光切割和折边的方式制成刮板（7）上的刮片（7.2），所述刮片（7.2）垂直设置在刮板（7）上，且刮片（7.2）的端头与菱形腔（2）相接触。6.根据权利要求4所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述多组刮板（7.2）通过间隔交错的方式设置在刮板（7）的两侧面。7.根据权利要求3所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述刮板（7）通过刮板支撑板（7.1）设置在传热板片（1）之间，所述刮板支撑板（7.1）与刮板（7）一体成型。8.根据权利要求1所述的一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器，其特征在于，所述超声传振杆（3）与蒸发器壳体采用盘根式软连接。9.一种水平板壳式降膜抗垢蒸发器的应用方法,其特征在于，蒸发流体介质从传热板片（1）的上部均匀的向下流动，在传热板片（1）的两侧形成均匀的液膜，加热蒸气从水平管的高端蒸气入口（5）侧进入传热板片（1）内的菱形腔（...

【专利技术属性】
技术研发人员：王爱萍，于进春，周继德，吴冰玉，王蓉，褚兴全，
申请(专利权)人：上海兴全电力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：