CN101885550B - 带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置 - Google Patents
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Abstract
一种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置，属于海水淡化和换热设备技术领域。其特征是：在每一效蒸发/冷凝器内设置中间汽液分离管箱，换热管束被中间汽液分离管箱分为前段管束和后段管束两段；在每一效蒸发/冷凝器内蒸汽通道分为三个管程，即前段管束内为一管程，后段管束的下部换热管内为二管程，后段管束的上部换热管内为三管程；每一管程的换热管数目均小于前一管程的换热管数目；一管程和二管程管内蒸汽流动方向一致，三管程管内蒸汽的流动方向与之相反。本发明的效果和益处是克服了传统长水平管中后部由于凝结液集聚而减小有效传热面积、蒸汽流速过低降低传热系数的缺点，提高了后部管内的凝结传热系数，减少了传热管材耗。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化和换热设备技术领域。涉及到一种多效水平管降膜蒸发海水淡化装置，特别是一种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置。
背景技术
目前，世界上现行的大型多效蒸发海水淡化装置是一种以蒸汽为主要能源进行海水淡化的装置，它的主体由一系列蒸发/冷凝器组成，这些蒸发/冷凝器的传热面通常由较长的水平管束构成，采用水平管外部海水降膜蒸发、管内蒸汽凝结过程，其中一效的蒸发/冷凝器结构示意图如图1。
多效蒸水平管降膜蒸发海水淡化装置中包括n个蒸发/冷凝器，形成n效装置，这里的“效”是指以一个蒸发/冷凝器为核心的蒸发装置单元。每个水平管降膜蒸发/冷凝器的工作原理是一样的：经过预热升温的海水作为海水淡化装置各效蒸发/冷凝器的进料，进料海水通过海水喷淋装置b喷洒到长的水平换热管束c的上面，在每一效蒸发/冷凝器内换热管束c的端部由蒸发/冷凝器前管板e和蒸发/冷凝器后管板f支撑，海水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。在管内蒸汽的加热作用下，部分降膜海水蒸发生成蒸汽，即二次蒸汽。二次蒸汽在管束之间或两侧沿管子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g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。为了避免海水在传热面上结垢，采用低温蒸发技术，各效蒸发/冷凝器内都处于真空状态。换热过程在蒸发/冷凝器壳体a内完成。
对于各效蒸发/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，蒸汽流速随之大大降低，凝结液在管子底部缓慢流动到出口端。为了保证进入管内的蒸汽完全凝结，换热管都具有较长的长度。对于大型海水淡化装置，横管降膜蒸发/冷凝器的管长长达数米，管子后部由于管内积水减少了蒸汽与管壁直接接触的有效传热面积，蒸汽流速降低使得凝结换热系数降低，两者的作用使得管子后部的凝结传热效果大大低于管子前部的凝结传热效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置，可以提高水平换热管内蒸汽与管壁的有效换热面积、保持管内较高的蒸汽流速，解决常规水平管降膜蒸发/冷凝器长管后部传热效果差的问题。
本发明的技术方案是：
一种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置，其中单效蒸发/冷凝器结构示意图如图2。包括进汽管箱1、海水喷淋装置2、分段管束前段管束3、中间汽液分离管箱或一管程出口管箱4、三管程出口管箱5、分段管束后段管束6、二管程出口管箱7、出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱8、二管程出口管箱凝结水排管9、蒸发/冷凝器后管板10、中间汽液分离管箱凝结水排管11、中间汽液分离管箱后管板12、三管程出口管箱凝结水排管13、中间汽液分离管箱前管板14、蒸发/冷凝器壳体15、蒸发/冷凝器前管板16。这种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置的特征在于：在每一效蒸发/冷凝器内设有中间汽液分离管箱4，它将常规水平管降膜蒸发/冷凝器的长换热管束分为前段管束3和后段管束6，同时有别于常规水平管降膜蒸发/冷凝器只在两端设置管板，它在蒸发/冷凝器内的中间汽液分离管箱4两端也设置前管板14和后管板12，前段管束3内的凝结水在中间汽液分离管箱4内排放，并由设在中间汽液分离管箱4下部的凝结水排放管11排至蒸发/冷凝器出口管箱即下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱8；在中间排放了凝结液后的蒸汽进入后段管束6的下部管内继续凝结放热。
在每一效蒸发/冷凝器内，水平管束被中间汽液分离管箱4分为前段管束3和后段管束6两部分，蒸汽分三个管程完成对海水的加热，前段管束为第一管程，后段管束下部为第二管程，后段管束上部为第三管程。一管程和二管程管内蒸汽流动方向一致，三管程管内蒸汽的流动方向与之相反。管束上部的海水进水管和海水喷淋装置2将海水均匀喷洒到前段管束3和后段管束6上面，管束间呈降膜流动的海水被管内蒸汽加热而部分蒸发，前段管束管内蒸汽因加热海水而部分冷凝，在中间汽液分离管箱4内实现汽液分离，冷凝水积聚在中间汽液分离管箱4下部，作为产品水由底部的凝结水排管11排出；分离了凝结水后的蒸汽进入后段管束6下部的管束内，开始第二管程的凝结放热。由海水喷淋装置2喷淋到后段管束6外表面的海水在管内蒸汽的加热下部分蒸发，管内蒸汽连同冷凝水流至二管程出口管箱7，冷凝水作为产品水由7底部的凝结水排管9收集并排至蒸发/冷凝器出口管箱8，蒸汽在二管程出口管箱7进入后段管束6的上部管束内，沿与二管程相反的方向流动，加热管外喷淋而下的海水，蒸汽在第三管程内全部凝结，凝结而成的产品水在三管程出口管箱5由底部的凝结水排管13排至中间汽液分离管箱4内，与一管程产生的淡水混合，并由底部的凝结水排管11排出。所有的产品水逐效排放，直至最后一效蒸发/冷凝器，然后由最后一效蒸发/冷凝器排出装置。前段和后段管管间生成的水蒸气沿管束间的间隙经除沫器流至蒸发/冷凝器的出口管箱8内，前一效蒸发/冷凝器的出口管箱8即是后一效蒸发/冷凝器的进汽管箱，前一效蒸发/冷凝器产生的二次蒸汽由此进入后一效蒸发/冷凝器的进汽管程，开始下一效蒸发/冷凝器的工作。壳侧未蒸发的海水流到设备下部，通过盐水U型排水管排至下一效蒸发/冷凝器壳侧或作为喷淋海水。其余各效蒸发/冷凝器工作过程以此类推。
为了提高凝结换热系数，前段一管程的管子数量、后段二管程管子数量和后段三管程的管子数量依次减少，各管程进口蒸汽流速相近，管内平均蒸汽流速提高，高于常规横管降膜蒸发/冷凝器管内的蒸汽流速，管内存液量减少。
本发明的效果和益处是将传统蒸发/冷凝器的长水平管用中间汽液分离箱分为前后两段，克服了传统长水平管在管子中后部由于凝结液集聚而使有效传热面积减少、蒸汽流速过低降低传热系数的缺点，前段管内的凝结液在中间汽液分离箱内排出，未凝结的蒸汽在后段管内流速增加，且由于凝结水已排出，管内蒸汽与管外的换热面积充分，同传统长水平管相比，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是传统的纵向布置的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置结构示意图。
图中：a蒸发/冷凝器壳体；b喷淋装置；c长的水平换热管束；d进汽管箱；e蒸发/冷凝器前管板；f蒸发/冷凝器后管板；g出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱。
图2是带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置结构示意图。
图中：1进汽管箱；2海水喷淋装置；3分段管束前段管束；4中间汽液分离管箱或一管程出口管箱；5三管程出口管箱；6分段管束后段管束；7二管程出口管箱；8出口管箱或下一效蒸发/冷凝器的进汽管箱；9二管程出口管箱凝结水排管；10蒸发/冷凝器后管板；11中间汽液分离管箱凝结水排管；12中间汽液分离管箱后管板；13三管程出口管箱凝结水排管；14中间汽液分离管箱前管板；15蒸发/冷凝器壳体；16蒸发/冷凝器前管板。
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，本发明所述及的“带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置”是指在每一效的蒸发/冷凝器内设有中间汽液分离管箱4，在中间汽液分离管箱两端设置前管板14和后管板12，换热管束被中间汽液分离管箱分为前后两段的多效蒸发海水淡化装置，图中画出了其中一效的结构示意图。
图2中，每一效蒸发/冷凝器的换热管束都被中间汽液分流管箱4分为前后两段，在中间汽液分离管箱两端设置前管板14和后管板12。加蒸汽通道分为三个管程，即前段管束3内为一管程，后段管束6的下部换热管内为二管程，后段管束6的上部换热管内为三管程，每一管程的换热管数目均少于前一管程的换热管数目，一管程和二管程管内蒸汽流动方向一致，三管程管内蒸汽的流动方向与之相反。加热蒸汽由进汽管箱1进入一管程即前段管束各传热管内，加热管外由顶部膜状流下的海水，部分蒸汽在管内放热凝结，未凝结的蒸汽和已凝结的水流至中间汽液分离管箱4并在此实现汽液分离，冷凝水在中间汽液分离管箱4下部由底部的凝结水排管11排出，作为产品水由最后一效蒸发/冷凝器排出装置；未凝结的蒸汽由中间汽液分离管箱4进入后段管束的下部管内继续加热管外的海水，在此过程中，又有部分蒸汽放热凝结为水，这部分冷凝水在二管程出口管箱7内由底部的凝结水排管9收集，剩余蒸汽进入三管程及后段管束6的上部管内，加热管外喷淋海水并放热凝结，冷凝水在三管程出口管箱5由底部的凝结水排管13排放到中间汽液分离管箱4内。所有的产品水由最后一效蒸发/冷凝器排出装置。海水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8内，即进入后一效蒸发/冷凝器的进汽管箱，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。管外未蒸发的海水流到设备下部，通过盐水U型排水管排至下一效蒸发/冷凝器壳侧。其余各效蒸发/冷凝器工作过程以此类推。
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，由于换热长管内积存的冷凝液过多而导致的有效换热面积减小、后部管内蒸汽流速过低降低传热系数等不利因素，大大提高了横管降膜蒸发/冷凝器后部管内的凝结传热系数，在相同蒸发两条件下，将减少传热管材料消耗，是一种高效的海水淡化装置。
Claims (1)
1.一种带有中间汽液分离的多效水平管降膜蒸发海水淡化装置，其特征在于：每一效蒸发/冷凝器的换热管束都被中间汽液分离管箱(4)分为前后两段，在中间汽液分离管箱两端设置前管板(14)和后管板(12)；加热蒸汽通道分为三个管程，即前段管束(3)内为一管程，后段管束(6)的下部换热管内为二管程，后段管束(6)的上部换热管内为三管程，每一管程的换热管数目均少于前一管程的换热管数目，一管程和二管程管内蒸汽流动方向一致，三管程管内蒸汽的流动方向与之相反；加热蒸汽由进汽管箱(1)进入一管程即前段管束各传热管内，加热管外由顶部膜状流下的海水，部分蒸汽在管内放热凝结，未凝结的蒸汽和已凝结的水流至中间汽液分离管箱(4)并在此实现汽液分离，冷凝水在中间汽液分离管箱(4)下部由底部的凝结水排管(11)排出，作为产品水由最后一效蒸发/冷凝器排出装置；未凝结的蒸汽由中间汽液分离管箱(4)进入后段管束的下部管内继续加热管外的海水，在此过程中，又有部分蒸汽放热凝结为水，这部分冷凝水在二管程出口管箱(7)内由底部的凝结水排管(9)收集，剩余蒸汽进入三管程即后段管束(6)的上部管内，加热管外喷淋海水并放热凝结，冷凝水在三管程出口管箱(5)由底部的凝结水排管(13)排放到中间汽液分离管箱(4)内；海水受热蒸发生成的水蒸汽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(8)内，即进入后一效蒸发/冷凝器的进汽管箱，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；管外未蒸发的海水流到设备下部，通过盐水U型排水管排至下一效蒸发/冷凝器壳侧；其余各效蒸发/冷凝器工作过程以此类推。
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