CN102000438A - 水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器 - Google Patents

Abstract

一种水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器，属于换热设备技术领域。由蒸发/冷凝器壳体、喷淋装置、水平椭圆管管束、进气管箱、出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进气管箱等构成。其特征是：水平降膜蒸发/冷凝换热管束采用椭圆形截面管，椭圆管的长轴位于垂直方向，短轴位于水平方向。本发明的效果和益处是克服了传统水平圆管中后部由于凝结液占换热管截面比例大而减小有效传热面积、管外由于液膜过厚而降低换热系数的缺点，提高了管内外部的换热系数，减少了传热管材耗。

Description

水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器

技术领域

本发明属于换热设备技术领域。涉及到一种降膜蒸发/冷凝器，特别是一种用于多效蒸发海水淡化系统的水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器。

背景技术

目前，世界上现行的水平管降膜蒸发/冷凝器的传热面通常由水平圆管管束构成，采用水平管外部液体降膜蒸发、管内蒸汽凝结过程，其结构示意图如图1(A)和图1(B)。

许多大型装置的蒸发过程，如大型海水淡化装置，采用多效蒸发形式，系统中包括多个蒸发/冷凝器，形成多效蒸发系统，这里的“效”是指以一个蒸发/冷凝器为核心的蒸发装置单元。蒸发设备单元主要采用传热效率高的水平管降膜蒸发/冷凝器，以海水淡化装置的蒸发/冷凝器为例，多效蒸发系统的每个水平管降膜蒸发/冷凝器的工作原理是一样的：达到或接近蒸发器内压力饱和温度的海水作为各效蒸发/冷凝器的进料，进料海水通过海水喷淋装置b喷洒到水平圆管管束c的上面，海水在管束外面在重力作用下形成水平管表面的沿周向的降膜流动。若进料海水处于过冷状态，降膜海水在上层几排管被加热到蒸发器内的饱和温度，然后进入蒸发阶段；饱和状态的海水在管内蒸汽的加热作用下，部分发生表面蒸发生成蒸汽，即二次蒸汽。二次蒸汽在管束之间或两侧沿换热管平行方向流向该蒸发/冷凝器的尾端，该效蒸发/冷凝器的出口管箱e同时作为下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱，这样海水蒸发产生的二次蒸汽将作为下一效蒸发/冷凝器的加热蒸汽，开始下一效的换热过程。加热蒸汽在管内加热管外海水时放出潜热而凝结为水，最后一效即第n效蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽将在凝汽器中凝结为水。蒸发/冷凝器内水平管的加热量由管内蒸汽的凝结放热产生，第一效蒸发/冷凝器的加热蒸汽来自于外部热源，其余各效管内蒸汽来自于上一效蒸发/冷凝器的二次蒸汽，二次蒸汽的凝结产物就是由海水生成的淡水。换热过程在蒸发/冷凝器壳体a内完成。

对于水平管降膜蒸发/冷凝器，加热蒸汽在蒸发/冷凝器进汽管箱d中以较高的流速进入管内，蒸汽在流动中放热逐渐凝结为水。在小温差下，圆管管子下部凝结液所占区域的管壁传热极其微弱；而管外换热管束下部液膜增厚也会对传热产生不利影响。若能减少管内凝结液占据的换热管表面积，减小管外表面的液膜厚度，将会有利于提高横管降膜蒸发/冷凝器的传热系数，减少传热面积，降低传热管材消耗量。

发明内容

本发明提供了一种水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器，解决了现行水平圆管下部凝结液占据圆管表面积大而降低传热系数的问题，减少了水平管内凝结液占据的换热管表面积，提高了水平管降膜蒸发/冷凝器的传热系数，降低了传热管材消耗量。

本发明的技术方案是：

一种水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器，其结构示意图如图2(A)、图2(B)和图2(C)，其中图2(C)是图2(B)的局部放大图。该水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器包括蒸发/冷凝器壳体1、喷淋装置2、水平椭圆管管束3、进气管箱4、出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进气管箱5。其特征在于：采用水平放置的椭圆形截面的传热管，椭圆截面的长轴位于垂直方向，短轴位于水平方向，在横管降膜蒸发传热过程中，由上层管滴落下来的液体冲击椭圆管的上部表面，随后由于椭圆截面管具有比同等截面积的圆管更大的曲率，故流体以更快的速度向下流动，使椭圆管外表面的液膜减薄，提高了外表面的蒸发传热系数。对于管内而言，在凝结液量相同时，或者说管内凝结液的截面积相同时，在长轴垂直的椭圆截面水平管内，液膜与管壁的接触面积减小，且管内上部凝结液体因与管外相同的原因，流下的速度也比圆管内的大，有利于传热，因此管内平均传热系数提高。水平管内外的共同作用，将使椭圆截面管具有比圆形截面管更好的降膜蒸发/凝结换热效果。

加热蒸气由进气管箱4进入椭圆管内加热管外喷淋液体，加热过程中放出潜热而凝结为液体。进料液体通过液体喷淋装置2喷洒到水平椭圆管管束3的上面，液体在管束外面在重力作用下形成水平管表面的降膜流动，若进料液体处于过冷状态，在上层几排管被加热到蒸发器内的饱和温度，然后进入蒸发阶段。在管内蒸汽的加热作用下，部分降膜液体蒸发生成蒸汽，即二次蒸气。二次蒸气在管束之间或两侧沿换热管平行方向流向该蒸发/冷凝器的尾端，该效蒸发/冷凝器的出口管箱5同时作为下一效蒸发/冷凝器的进气管箱，这样液体蒸发产生的二次蒸气将作为下一效蒸发/冷凝器的加热蒸气，未蒸发的液体在蒸发/冷凝器壳体1底部收集并被喷淋至下一效蒸发/冷凝器的椭圆管束外，开始下一效的换热过程。在水平管降膜蒸发传热过程中，由上层管滴落下来的液体冲击椭圆管的上部表面，由于椭圆截面管具有比同等截面积的圆管更大的曲率，故流体以更快的速度向下流动，使椭圆管外表面的液膜减薄，提高了外表面的蒸发传热系数。另外，对于管内相同量的凝结液，同圆形截面水平管相比，在长轴垂直的椭圆截面水平管内，液膜与管壁的接触面积减小，增大了有效传热面积，因此管内平均传热系数提高。这样，在管内外的共同作用下，使水平椭圆管的降膜蒸发传热系数高于水平圆管的降膜蒸发传热系数。蒸发/冷凝器内水平管的加热量由管内蒸气的凝结放热产生，第一效蒸发/冷凝器的加热蒸气来自于外部热源，其余各效管内蒸气来自于上一效蒸发/冷凝器的二次蒸气，最后一效即第n效蒸发/冷凝器产生的二次蒸气将在凝汽器中凝结。

本发明的效果和益处是将传统蒸发/冷凝器的水平圆管用长轴垂直的水平椭圆管替代，克服了传统水平圆管由于管内底部凝结液集聚大面积占用有效传热面积，而使有效传热面积减少、管外液膜较厚降低传热系数的缺点，长轴垂直的水平椭圆管的较大曲率可以使椭圆管外表面的液膜减薄，提高了外表面的蒸发传热系数，同时液膜与管壁接触面积占整个换热管截面积的比例减小保证了有效传热面积。同传统水平圆管相比，提高了水平管降膜蒸发/冷凝器后部管内的凝结传热系数，在相同蒸发量条件下，将大大减少传热管材料消耗。

附图说明

图1(A)是传统的水平圆管降膜蒸发/冷凝器正视结构示意图。

图中：a蒸发/冷凝器壳体；b喷淋装置；c水平圆管管束；d进汽管箱；e出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱。

图1(B)是传统的水平圆管降膜蒸发/冷凝器侧视结构示意图。

图中：a蒸发/冷凝器壳体；b喷淋装置；c水平圆管管束。

图2(A)是本发明的水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器正视结构示意图。

图中：1蒸发/冷凝器壳体；2喷淋装置；3水平椭圆管管束；4进气管箱；5出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进气管箱。

图2(B)是本发明的水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器侧视结构示意图。

图中：1蒸发/冷凝器壳体；2喷淋装置；3水平椭圆管管束。

图2(C)是图2(B)的局部放大图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

参见图2(A)、图2(B)和图2(C)，本发明所述及的“水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器”是指蒸发/冷凝器的水平换热管束采用椭圆管管束3，并且椭圆管的长轴位于垂直方向，短轴位于水平方向。

在图2(A)、图2(B)和图2(C)中，蒸发/冷凝器采用水平放置的椭圆形截面的传热管，椭圆管的长轴位于垂直方向，短轴位于水平方向，管外待蒸发液体由喷淋装置2喷淋而下形成液膜，被椭圆管内的热蒸气加热从而蒸发。在横管降膜蒸发传热过程中，由于椭圆截面管具有比同等截面积的圆管更大的曲率，故流体以更快的速度由换热管上部向换热管下部流动，使椭圆管外表面的液膜比圆管外的液膜薄，提高了外表面的蒸发传热系数。对于管内而言，当凝结液量相同时，同圆形截面管相比，在长轴垂直的椭圆截面水平管内，液膜与管壁的接触面积减小，有利于传热，因此管内平均传热系数提高。水平管内外的共同作用，将使椭圆截面管具有比圆形截面管更好的降膜蒸发/凝结换热效果。管内蒸气因加热而冷凝成为液体，多效蒸发系统中，所有的冷凝液体由最后一效蒸发/冷凝器排出装置。管外液体受热蒸发生成的水蒸气沿管束间的间隙经除沫器滤去少量液滴后流至蒸发/冷凝器的出口管箱5内，即进入后一效蒸发/冷凝器的进气管箱，作为下一效蒸发/冷凝器的热源，开始下一效的蒸发冷凝换热过程。管外未蒸发的液体流到设备下部，通过U型排水管排至下一效蒸发/冷凝器壳侧。

本发明克服了原有的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置中，由于换热圆管管内积存的冷凝液占圆管截面比例过大而导致的有效换热面积减小、管外液膜过厚降低传热系数等不利因素，提高了水平管降膜蒸发/冷凝器后部管内的凝结传热系数，在相同蒸发量条件下，将减少传热管材料消耗，是一种高效的蒸发、凝结设备，可用于各种工业领域的多效蒸发换热系统中。

Claims (2)

1.一种水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器，包括蒸发/冷凝器壳体(1)、喷淋装置(2)、水平椭圆管管束(3)、进气管箱(4)、出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进气管箱(5)，其特征在于：蒸发/冷凝器的水平换热管束采用椭圆截面管束(3)。

2.根据权利要求1所述的一种水平椭圆管降膜蒸发/冷凝器，其特征在于：水平椭圆管的长轴位于垂直方向，短轴位于水平方向。

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