一种强制循环MVR蒸发器的制作方法

本实用新型涉及节能环保领域，具体涉及一种强制循环MVR蒸发器。

背景技术：

蒸发设备广泛应用于制药、轻工食品、石油化工、生物工程等行业。MVR蒸发器和传统蒸发器相比，不但具有极大的节能环保优势，而且降低了运营成本，是传统多效蒸发器最好的升级换代系统。随着国家对环境保护和节能减排的重视和政策出台，MVR蒸发器必将取代传统蒸发器，为国家环境保护、节能减排和可持续发展发挥巨大的作用，同时也给企业带来实际的社会和经济利益。

工业废水由于浓度高生物毒性大，一般生化法和化学法处理很难达到排放标准或处理成本过高，较合理的工艺也是要进行高倍浓缩，应用MVR蒸发器处理工业废水不仅可以达标排放还可以回收利用部分有价成分，可以达到零排放清洁生产要求。工业废水的浓缩和水的循环再利用，如电镀行业、涂料生产行业、医药和农药行业、金属加工行业、造纸行业和原油生产行业等污水处理。从污水中去掉有机物和无机盐，变废为宝，如何低成本解决高含盐工业废水回用问题，是众所周知的难题，MVR蒸发器是处理这类工业废水的最佳方案。

目前处理高含盐工业废水的MVR蒸发器，由于换热管普遍采用昂贵的钛材以提高换热元件的抗腐蚀能力，蒸发器投资成为MVR系统中最高的单体设备，直接影响了MVR系统的总投资。MVR蒸发器的另一个困扰问题是如何提高换热器的抗结垢性能，提高系统运行的可靠性和稳定性。现有的圆管式换热器由于普遍采用带折流板的列管式换热器结构，系统壳侧阻力偏大，综合换热系数不高，且受换热表面结垢的影响，换热器使用过程中换热性能衰减很大，需要频繁清洗，维修工作量大。现有的板式蒸发换热器则受换热壁板两侧流体质流量不匹配的影响，不能充分发挥其换热优势，且当需要对物料浓缩至结晶状态时晶核形成难以控制，不宜用于需要回收结晶盐的场合。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种强制循环MVR蒸发器，以解决现有MVR蒸发器换热面积偏大、成本高的问题，并有助于提高MVR蒸发器抗结垢能力和降低压缩机运行功耗。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种强制循环MVR蒸发器，包括换热器、循环上升管、分离器、循环下降管和循环泵，分离器位于换热器上方；

换热器包括分流室、汇流室、进汽室、高比表面螺旋扭曲换热管和加热室，进汽室位于加热室上部并与加热室相通，分流室位于加热室底部且二者不相通，汇流室位于加热室顶部且二者不相通，高比表面螺旋扭曲换热管为多根，铺设在加热室中，构成连通分流室与汇流室的换热管束；

汇流室顶部出口通过循环上升管与分离器进口连通，分离器底部出液口通过循环下降管与分流室底部进口连通，分离器顶部设有蒸汽出口管，进汽室设有蒸汽进汽管，蒸汽出口管与蒸汽进汽管通过设有洗汽器和压缩机的气体管道相连，加热室下部设有与冷凝水回收系统相连的冷凝液出口管；

循环泵设置在靠近换热器的循环下降管上，位于循环泵入口的循环下降管顶端设有用于添加新物料的进料管，位于循环泵入口的循环下降管底端设有与稠厚器和结晶分离系统相连的出料管，且进料管相比出料管更靠近循环泵入口，出料管上还设有出料泵；

各高比表面螺旋扭曲换热管之间具有间隙，构成蒸汽流动的壳程通道，各高比表面螺旋扭曲换热管管腔构成物料流动的管程通道。

本实用新型的强制循环MVR蒸发器，物料受热过程与汽液分离过程分别在换热器和分离器进行，且分离器空间位置设置高于加热器，这种加热和蒸发分离设置有助于降低换热器内因过度浓缩产生结晶导致换热管阻塞的现象。

进一步地，所述的高比表面螺旋扭曲换热管为圆管经螺旋扭曲而成，相邻的高比表面螺旋扭曲换热管在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构。这种自支撑结构，无中段固定管板，且实现了管内流体与管外流体纯逆流换热，提高了换热温差；无折流板设置，降低壳侧阻力，继而降低MVR蒸汽压缩机功耗，达到节能效果。

进一步的，所述的加热室内设置有用于包裹换热管束的导流筒，导流筒依靠支撑件与加热室内壁连接固定。导流筒采用薄壁板制作，紧贴换热管束，避免了传统列管式换热器管束与筒体间隙过大影响壳侧换热效果的现象。

进一步的，所述的循环下降管呈U形，长竖直段与分离器相连，短竖直段与分流室相连，循环泵、进料管和出料管均设置在水平段上，且出料管的接口靠近长竖直段与水平段相接的弯管段。出料口处于浓缩结晶物料汇集区，有助于降低流过出料泵的物料含水率，继而降低结晶分离系统的运行能耗。

进一步地，所述的换热管束采用三角形布置或矩形布置方式，并用不锈钢扁钢带进行捆扎。采用扁钢带进行捆扎可确保换热管束形成稳固的自支撑结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用高比表面螺旋扭曲换热管束，具有自支撑变空间交变曲面特征，管程截面由圆变扁或其它形状，可采用三角形布置或矩形布置方式，可以很好地在管壳程空间实现空间体积变化，且换热管内外流体可实现完全纯逆流换热，保证气体的流速的同时也减小压降。

2、采用高比表面螺旋扭曲换热管束，管程和壳程都具有很好的传热效果，管内流体能形成强烈的螺旋流，湍流度更高，边界层厚度大大降低，管外流体能形成强烈的扰流，有利于壳侧蒸汽冷凝后的液滴分离，换热器的换热效率提高了30～50％。

3、在强化传热的同时还具有很好的抗结垢的能力，由于管内流体形成强烈的螺旋流，固形物不容易在内表面积聚滞留；同时由于高比表面螺旋扭曲换热管束的自支撑几何结构形式，省去了传统大型列管式换热器所需的折流板，消除传热流动死区的同时将换热器内的错流转变为纵向流，实现介质纯逆流的最佳流动方式。

4、通过增设导流筒改善壳侧流场分布，加强了对壳侧蒸汽流的疏导引流，在提高换热效果的同时降低蒸汽压缩机的能耗，通过无折流板纯逆流设置措施降低换热过程的不可逆损失，强化换热的同时降低流动阻力，从而提高换热器的综合性能和运行效率。

应用实践表明，本实用新型的强制循环MVR蒸发器较传统直圆管强制循环蒸发换热器综合换热系数高30％以上，体积仅为传统直圆管强制循环蒸发换热器的60％～50％。

附图说明

图1为本实用新型强制循环MVR蒸发器的结构示意图；

图2为图1中A部局视图；

图3为高比表面螺旋扭曲换热管形成自支撑结构的示意图；

附图标记说明：1-制冷剂入口；2-制冷剂分液段；3-第一管程换热管；4-制冷剂转向段；5-第二管程换热管；6-制冷剂集气段；7-制冷剂出口；8-冷冻水入口；9-第一壳程通道；10-冷冻水转向口；11-第二壳程通道；12-冷冻水出口；13-冷冻水隔板；14-冷冻水挡流板；15-外圆筒。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图3所示，一种强制循环MVR蒸发器，包括换热器1、循环上升管2、分离器3、循环下降管4和循环泵5，分离器3的空间位置需高于换热器1。

换热器1主要包括分流室6、汇流室7、进汽室8、高比表面螺旋扭曲换热管13、导流筒14和加热室16。进汽室8位于加热室16上部并与加热室16相通，分流室6位于加热室16底部且二者不相通，汇流室7位于加热室16顶部且二者不相通，高比表面螺旋扭曲换热管13为多根，铺设在加热室16中，按三角形或矩形形式布管排列组合，构成连通分流室6与汇流室7的换热管束。导流筒14设置在加热室16内，并包裹住换热管束，依靠支撑件15与加热室16内壁连接固定，导流筒14采用薄壁板制作，紧贴换热管束，避免了传统列管式换热器管束与筒体间隙过大影响壳侧换热效果的现象.

汇流室7顶部出口通过循环上升管2与分离器3进口连通，分离器3底部出液口通过循环下降管4与分流室6底部进口连通，分离器3顶部设有蒸汽出口管11，进汽室8设有蒸汽进汽管9，蒸汽出口管11与蒸汽进汽管9通过设有洗汽器和压缩机(属MVR蒸发器配套设备，图1未进行示意)的气体管道相连，加热室16下部设有与冷凝水回收系统相连的冷凝液出口管10。

循环下降管4呈U形，长竖直段与分离器3相连，短竖直段与分流室6相连，长竖直段与短竖直段之间为水平段，循环泵5设置在靠近换热器1的水平段上，且循环泵5出口朝向换热器1，位于循环泵5入口一侧的水平段顶端设有用于添加新物料的进料管17，底端设有与稠厚器和结晶分离系统相连的出料管18，进料管17比出料管18更靠近循环泵5入口，且出料管18的接口靠近长竖直段与水平段相接的弯管段，出料管18上还设有出料泵12。出料口处于浓缩结晶物料汇集区，有助于降低流过出料泵的物料含水率，继而降低结晶分离系统的运行能耗。

高比表面螺旋扭曲换热管13由圆管经螺旋扭曲而成，相邻的高比表面螺旋扭曲换热管13在最大变径凸点处相互接触形成自支撑结构，并通过不锈钢扁钢带进行捆扎，可有效避免换热介质流动过程中产生振动和噪声。各高比表面螺旋扭曲换热管13之间具有间隙，与导流筒14构成蒸汽流动的壳程通道，各高比表面螺旋扭曲换热管13管腔构成物料流动的管程通道。

本实用新型的强制循环MVR蒸发器，物料加热过程与蒸发蒸汽分离过程分别在换热器1和分离器3进行，且分离器3空间位置高于换热器1，物料依靠循环泵5在换热器1和分离器3之间形成强制循环对流换热、以及在分离器3闪蒸分离，其中，物料(工业高盐废水)走管程，蒸发产生的二次蒸汽走壳程，二次蒸汽在经过压缩机增焓升温后为高比表面螺旋扭曲换热管13内的循环物料进行加热。

下面对本实用新型的强制循环MVR蒸发器的运行过程进行说明：

新物料通过进料管17与循环物料混合后，通过循环泵5进入换热器1的分流室6，经分流进入到各高比表面螺旋扭曲换热管13中，在加热室16内与蒸汽进行换热，受热升温后进入顶部的汇流室7，在循环泵5压力推动下继续通过循环上升管2进入分离器3后进行汽液分离，其中蒸汽通过分离器3顶部的蒸汽出口管11进入MVR系统的洗汽器和压缩机，并在压缩机做功增焓升温后通过蒸汽进汽管9进入换热器1的进汽室8，在导流筒14的引导下进入加热室16对高比表面螺旋扭曲换热管13内的物料进行加热升温，蒸汽释放潜热后冷凝成冷凝水自加热室16底部的冷凝液出口管10进入冷凝水回收系统，循环物料不断的受热升温和蒸发浓缩，浓缩后的高浓度物料则汇聚在循环下降管4底部并通过出料泵12进入稠厚器和结晶分离系统。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。