本发明涉及浆状物料热交换技术领域，特别是利用浆状物料自身料位高差通过虹吸流使多台∩型换热器串联组合的节能方法。
背景技术：
过程工业中浆状物料热交换较多采用管壳式换热器，浆状物料通过管内流动以间壁对流传热方式与管外流动的清洁流体介质交换热量。此类换热器为了防止浆状物料流道堵塞，既要使其在管内具有较高的流速以避免沉积、又不允许换热器结构上有沉积部位，所以浆状物料换热器多为直立式单程管壳式换热器，其换热面积正比于换热管数及管长、此两参数又受工艺条件和换热器制造规范限制不能任意选择，因此当一台换热器达不到工艺要求的换热面积时往往采取多台并联组合、每台换热器配一台循环泵，能耗及投资与运行成本也随之成比例增加。若能克服浆状物料沉积而使多台直立式换热器串联组合，则不仅可共用一台循环泵、还可利用浆状物料在前后工序之间的料位高差无泵推动对流传热，节能降耗减少投资。现有技术无法实现利用料位差推动的直立式浆状物料换热器串联组合。
技术实现要素：
本发明公开一种虹吸式浆状物料换热器串联组合的方法，利用工艺系统中浆状物料(以下简称料浆)在前后工序之间的料位(即料浆液面到公共基准面的垂直距离)高差并借助于大气压力能，虹吸推动料浆通过多台串联的直立∩型换热器管内对流传热，完成工艺要求的热量交换任务。在前后工序之间料浆的料位高差7.5m、料浆密度1480kg/m3、料浆的饱和蒸汽压Ps≤40kPa(绝压)的条件下，多台串联的∩型换热器传热管总长度不少于48m，且在无料浆泵的条件下可获得≥1.5m/s的管内流速。本发明主要发明思想是：依据流体动力学原理，∩型换热器的进口端和出口端插入两个不同料位高度的敞口料浆罐内，在换热器管内充满料浆的情况下，借助大气压力能产生的虹吸效应并利用进口端所在料位高于出口端所在料位的高差推动，即可产生通过∩型换热器管内的连续虹吸流动，料浆从进口端管口垂直上升流动、越过∩型顶部后、垂直下降流动离开出口端管口，只要两个料位的高差保持一定、管内流速及对流传热工况即保持稳定，由此构成一台∩型换热器的基本工作单元、如附图1所示第一台∩型换热器1及其进口端所在的料浆罐4和出口端所在的料浆罐5。料浆罐4的料位高度由工艺条件决定，料浆罐5的料位高度比料浆罐4的料位高度降低h2(m)，h2的大小正比于第一台∩型换热器1的流动阻力。串联的第二台∩型换热器2的进口端也位于料浆罐5之内，所以第一台∩型换热器1出口端的料位高度即为第二台∩型换热器2进口端的料位高度，依此类推，除第一台而外，所有串联的∩型换热器进口端料位高度均与其前一台∩型换热器出口端料位高度相同，由此构成多台∩型换热器串联组合的连续虹吸流动。第一台∩型换热器1进口端所在料浆罐4的料位高度和最末一台∩型换热器出口端所在料浆罐7的料位高度均由工艺条件决定，料浆罐4与7二者的料位高度之差，构成多台∩型换热器串联组合连续虹吸流动总的推动力，该推动力等于料浆通过所有串联的∩型换热器流动阻力之和(包括直管阻力和局部阻力)，各∩型换热器流动阻力又正比于管长(包括进口端和出口端的直管长度及代表局部阻力的当量长度)，据此确定多台直立∩型换热器串联组合的总长度及各∩型换热器单台的长度。如附图1所示，直立∩型换热器的进口端和出口端是具有相同结构(换热管数量、规格和布管方式)的固定管板式管壳换热器，在管内流动的料浆通过管壁与管外流动的清洁流体介质交换热量。进口端和出口端的上端面位于同一水平面、并由一段曲率半径不大于0.8m的∩型圆管封闭连接；下端面位于各自所在料浆罐的料浆液面以下至少2.0m。多台直立∩型换热器串联组合连续稳定工况下，通过各台换热器管内流动的料浆流量相等、流速等于流量除以流通面积。以附图1所示第二台∩型换热器2为例，其进口端所在料浆罐5的料浆平均密度ρ2(kg/m3)、温度T2(℃)、饱和蒸汽压Ps2(Pa)，大气压力Po(Pa)，换热器∩型顶部距料浆罐5液面之间的垂直高度H2(m)不超过[(Po－Ps2)/(g·ρ2)-h2/2]计算值的95％，若ρ2＝1480kg/m3、T2＝60℃、Ps2＝15000Pa、Po＝95000Pa、h2＝2.5m、g＝9.81m/s2(重力加速度)，则H2≤4.05m；扣除顶部∩型连接管曲率半径0.8m，则进口端管壳换热器露出液面以上的长度不超过3.25m；若其伸入液面以下的长度为5.75m，则进口端管壳换热器长度为9.0m；从对称性出发，出口端管壳换热器长度也取为9.0m，其伸入料浆罐6液面以下的长度为3.25m，料浆罐6的料位高度比料浆罐5的料位高度降低h3＝2.5m；即：第二台∩型换热器2的有效换热长度为18m，以2.5m料位高差为推动力，管内料浆流速可达1.5m/s以上、换热器的传热系数可达900W/m2.℃以上。上述串联组合的n台∩型换热器结构与放置方法均相同，依以上方法，每2.5m料位高差即可推动一台有效换热长度为18m的∩型换热器对流传热，若第一台进口端所在料浆罐4与最末一台出口端所在料浆罐7的料位高差为(h2+h3+…+hn)＝(L1-Ln)，则可推动的串联台数n＝[(L1-Ln)/2.5](取整)。如附图1所示，辅助泵9可使料浆罐中的料浆循环通过带热泵的闪蒸器10，达到溶剂分离和热量循环利用的目的。如附图1所示，所有∩型换热器的顶部均设有带密封阀的排气口11，在换热器进口端和出口端的下端面均伸入液面以下至少2.0m的条件下，启动之前开启密封阀抽气，直至排气口充满液体时关闭密封阀，∩型换热器即可在料位差推动下进入虹吸流动工况。以上所指料浆，是水溶液与悬浮固体颗粒的混合物，其中固体颗粒物含量1％～40％(质量百分数)。所指各料浆罐的料位，是料浆液面到公共基准面的垂直距离。本发明的有益效果是利用大气压力能及料位差产生的重力势能，推动料浆通过多台串联的∩型换热器连续流动对流传热，完成冷却、加热及多效或多级闪蒸，比传统技术缩短流程、减少动力设备、节约能源消耗。附图说明附图1是本发明提供的虹吸式浆状物料换热器串联组合方法示意图。附图1中：1、2、3-∩型换热器；4、5、6、7-料浆罐；8-料浆输送泵；9-辅助泵；10-带热泵的闪蒸器；11-排气口。以下结合实施例对附图1作进一步阐述。具体实施方式以下结合但不限于实施例阐述本发明具体实施方式实施例1：料浆降温。该例料浆由矿物加工获得，其固体颗粒悬浮物含量35％(质量百分数)，料浆平均密度1400kg/m3，在料浆罐4中其温度为95℃、饱和蒸汽压40kPa(绝压)，料位高度保持11.0m。要求在该料浆进入输送泵8之前将其降温到80℃，与泵8的进口相连的料浆罐7的料位高度不低于3.0m。泵8输送料浆的流量为860吨/小时(t/h)。如附图1所示，在料浆罐4与料浆罐7之间设置3台∩型换热器串联组合的对流传热降温装置。3台∩型换热器的结构及尺寸均相同，进口端和出口端管壳换热器管程均由220根长度为9.0m、内径25mm的换热管构成，料浆通过管内流动；管外壳程流动的冷却剂与管内料浆逆流传热、使料浆降温。设定各台∩型换热器进口端伸入所在料浆罐液面以下的长度均为5.8m，则其露出液面以上的高度为3.2m；各台∩型换热器进口端与出口端所在料浆罐的料位高差均为2.5m，则连续稳定工况下最末一台∩型换热器3出口端所在料浆罐7(与泵8的进口相连)的料位高度为3.5m，符合泵进口的工艺要求。在该料位差推动下各台∩型换热器管内料浆流速均大于1.5m/s，换热器的传热系数大于900W/m2.℃。串联的第一台∩型换热器1冷却剂a进口温度80℃、出口温度85℃，第二台∩型换热器2冷却剂b进口温度75℃、出口温度80℃，第三台∩型换热器3冷却剂n进口温度70℃、出口温度75℃。在该传热条件下，料浆通过每台∩型换热器均有5℃的温降、由此释放的热量相当于约5000kg/h水的汽化热，即通过3台∩型换热器串联组合的料浆冷却装置可以回收的低位热能相当于15t/h水蒸汽的热量、无须专为换热器设置循环泵、节约了动力。实施例2：料浆多级闪蒸。该例料浆由矿物加工获得，其固体颗粒悬浮物含量16％(质量百分数)，料浆平均密度1100kg/m3，在料浆罐4中其温度为65℃、饱和蒸汽压22kPa(绝压)，料位高度保持11.0m。要求在进入输送泵8之前通过多级闪蒸分离部分溶剂。输送泵8的流量为178吨/小时(t/h)。如附图1所示，在料浆罐4与料浆罐7之间设置3台∩型换热器串联组合的三级闪蒸与对流加热装置。3台∩型换热器的结构及尺寸均相同，进口端和出口端管壳换热器管程均由62根长度为10.0m、内径25mm的换热管构成，料浆通过管内流动；管外壳程流动的加热剂为超临界有机工质，逆流传热加热管内流动的料浆。设定各台∩型换热器进口端伸入所在料浆罐液面以下的长度均为5.0m，则其露出液面以上的高度也为5.0m；各台∩型换热器进口端与出口端所在料浆罐的料位高差均为2.5m，则连续稳定工况下最末一台∩型换热器3出口端所在料浆罐7(与泵8的进口相连)的料位高度为3.5m，出口端伸入液面以下的长度为2.5m(满足至少2.0m的条件)。在该料位差推动下各台∩型换热器管内料浆流速均大于1.5m/s，换热器的传热系数大于900W/m2.℃。串联的第一台∩型换热器1加热剂a进口温度102℃、出口70℃，逆流加热料浆使其从65℃升温到75℃；第二台∩型换热器2冷却剂b进口温度100℃、出口70℃，逆流加热料浆使其从65℃升温到74℃；第三台∩型换热器3冷却剂n进口温度98℃、出口69℃，逆流加热料浆使其从64℃升温到73℃。在该传热条件下，料浆通过每台∩型换热器吸收的热量超过2300kg/h水蒸汽相当的冷凝热。第一台∩型换热器1加热的料浆75℃，通过与其出口端所在料浆罐5相连的辅助泵9和带热泵的闪蒸器10闪蒸分离溶剂、温度下降到不低于料浆罐5的平均温度65℃、产生与∩型换热器1加热负荷相当的溶剂蒸汽，该溶剂冷凝回收、用有机工质吸收该冷凝热后通过功率为180kW的热泵将其提升到102℃的超临界状态、作为第一台∩型换热器1的加热剂a循环使用、其热负荷折算为水蒸汽冷凝量超过2300kg/h。通过串联的第二台∩型换热器2和料浆罐6及与之相连的辅助泵和带热泵的闪蒸器实现第二级溶剂分离、以及通过串联的第三台∩型换热器3和料浆罐7及与之相连的辅助泵和带热泵的闪蒸器实现第三级溶剂分离，其方法及溶剂分离回收量均与上段所述第一级溶剂分离回收相同，不同之处仅在于每一级料浆罐温度均比前级低1～2℃(热损失的原因)，换热器及与之相关设备的操作温度相应略有变化。该实施例的方法适用于各种100℃以下的水溶液料浆溶剂分离，要求各台换热器的加热剂进口温度比该换热器料浆出口温度高20℃以上。其有益效果是利用大气压力能及料浆料位差产生的重力势能推动三级串联溶剂闪蒸分离和热量循环利用，各级料浆罐及其与之相连的闪蒸器料位自动平衡，分离能耗低于80kW/t-水蒸汽，节省动力与运行成本。本发明不限于上述实施例，其技术方案已在
技术实现要素：
部分予以说明。