一种模块化卧管式蒸发器单元、清洗装置、蒸发器及清洗应用方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种模块化卧管式蒸发器的模块单元、清洗装置，以及模块化卧管式蒸发器及清洗应用方法。


背景技术：

2.卧管式蒸发器被广泛应用于海水淡化、垃圾渗滤液浓缩、高盐废水浓缩处理上，在处理这些高浓度废水的时候，蒸发器的换热管表面容易结垢，换热管表面结垢以后蒸发器换热系数下降，随着结垢厚度增加换热系数会显著恶化，造成浓缩效率低、能耗高、运营成本高，因此需要频繁定期对蒸发器内换热管进行除垢。
3.现有的除垢方式大致分为清洗液流清洗和机械除垢。
4.传统的卧管式蒸发器换热管都是水平布置于长的筒体内部，焊接在蒸发筒体两端的管板上，换热管间距比较小，换热管密密麻麻形成一个整体，换热管间的缝隙一般在10mm至20mm之间，而且制造完成后换热管无法拆卸，当换热管结垢以后，一般的处理方法是采用药剂溶液通过筒体内部喷嘴喷淋的方式从上到下自流方式进行清洗，即使筒体内部分区域可以使用高压水枪进行冲洗，由于蒸发器筒体内空间狭小，高压水枪也难以深入清洗，清洗范围十分有限，特别是卧管式蒸发器下层的换热管基本无法清洗。
5.这种喷淋式自流除垢清洗方式的另一个弊端在于：需要蒸发器长时间停机进行清洗除垢，如果单独设置清洗喷淋系统，会进一步加剧蒸发器筒体内的空间拥挤，如果利用蒸发器筒体内现有的污水喷淋系统，则需要在污水和清洗液供给系统之间切换并反复冲洗喷淋管道，造成费时、费力、能耗高、设备使用率低的不利局面。
6.机械式除垢包括相比清洗液清洗方法可以实现实时在线除垢，但是对于传统的卧管式蒸发器而言，在细长密集的换热管束上套置除垢装置，同时需要考虑管束支架对除垢装置运动的干涉，这些技术困境无一例外的会导致除垢装置以及其传动机构结构复杂、运动轨迹难以控制的技术缺陷，与之相应的是，这种机械式除垢技术生产、装配及运营成本高、除垢效果差、运行可靠性低、易于故障、维护成本高且难度大。


技术实现要素：

7.针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种模块化的卧管式蒸发器单元，利用该模块化蒸发器单元可以实现“积木式”蒸发器扩展和组装，给予蒸发器“自助式”选择、调整蒸发器工作功率的便利。
8.本发明的另一个目的在于提供一种清洗装置，该清洗装置与前述的模块化卧管式蒸发器单元相适配，可以提供快捷、高效的换热管清洗除垢。
9.本发明的另一个目的在于提供一种基于前述模块化卧管式蒸发器单元的蒸发器，利用本发明的模块化卧管式蒸发器单元，实现蒸发器“积木式”换热单元扩展和组装，给予蒸发器“自助式”选择、调整蒸发器工作功率的便利。
10.本发明的另一个目的在于提供一种快速、高效清洗换热管的方法，近似于“不停机”进行蒸发器的清洗除垢，而且结构简单、高效便捷，显著提高蒸发器的有效运行时间，提高生产效率。
11.本发明的技术方案包括：
12.一种模块化卧管式蒸发器单元，其特征在于，所述模块化卧管式蒸发器单元至少包括基于一特定技术参数设计的
13.模块化换热部，该模块化换热部两端至少分别设置有一管板，所述换热部两端管板上均设有一组管孔，所述换热部还包括一组换热管，所述换热管的两端分别穿设于所述管孔中；
14.模块化管箱，所述模块化管箱设置于所述模块化换热部一端或两端，且所述模块化管箱箱体上至少设置有蒸汽进口，及冷凝水和/或剩余蒸汽出口；
15.模块化快接装置，所述模块化管箱及与其相连的模块化换热部管板通过该模块化快接装置相连。
16.作为一种优选的实施例：所述特定技术参数包括换热功率或轴向长度或最大径向尺寸中的任意一项或两项或三项。
17.作为一种优选的实施例：所述模块化卧管式蒸发器单元包括单模块化管箱模式，所述单模块化管箱设置于模块化换热部的一端，且该模块化管箱内腔被密封隔离为进汽部分和出汽部分；该模块化换热部的另一端换热管端分别通过一组连接管两两相接连通，且相连通的两换热管形成一新的u型换热管，且所有的u型换热管的两端口分别位于进汽部分和出汽部分中；其中模块化管箱的进汽部分箱壁上设置所述的蒸汽进口，出汽部分箱壁上设置所述的冷凝水和/或剩余蒸汽出口。
18.作为一种优选的实施例：所述模块化蒸发器单元包括双模块化管箱模式，所述双模块化管箱分别设置于模块化换热部的两端，其中一个管箱为进汽管箱，设置所述的蒸汽进口，另一个管箱为出汽管箱，设置所述的冷凝水和/或剩余蒸汽出口。
19.作为一种优选的实施例：所述模块化快接装置为游箍式快接装置，所述游箍式快接装置包括管段式游箍部分和设置于游箍端部的突起状把手。
20.作为一种优选的实施例：所述模块化换热部中管箱为圆筒式管箱，以及与其端口轮廓适配的圆形管板，圆筒式管箱和圆形管板连接部分管段设置有外螺纹，游箍式快接装置中管段式游箍为分别与管箱外径和管板外径适配的具有内螺纹的管段，所述游箍式快接装置套置于管箱管口处，并与其螺纹连接且沿管箱轴向移动与管板进行螺纹连接或分离。
21.作为一种优选的实施例：所述模块化换热部中管箱为矩形筒式管箱，以及与其端口轮廓适配的矩形管板，游箍式快接装置中管段式游箍为分别与管箱外径和管板外轮廓适配的矩形管段，所述游箍式快接装置套置于管箱管口处，并沿管箱轴向滑动与管板进行连接或分离。
22.作为一种优选的实施例：所述模块化换热部还包括沿换热管轴向设置的一块或一组支撑管板。
23.一种清洗装置，包括一个或一组清洗容器，所述清洗容器通过管路与一个或一组清洗液罐以及一个或一组泵体相连，其特征在于，所述清洗容器的内腔中还包括用以容置如前所述的模块化卧管式蒸发器单元的固定装置，所述固定装置包括用以夹紧固定所述模
块化卧管式蒸发器单元两端管箱或管板的夹持装置。
24.作为一种优选的实施例：所述清洗容器的内腔中设置有大量的用以清洗除垢的惰性固体颗粒，在清洗容器进口和出口处均设置有网状过滤装置，且网状过滤装置的网目尺寸小于所述的惰性固体颗粒的粒径尺寸。
25.作为一种优选的实施例：所述惰性固体颗粒为不溶于清洗液的、且不易碎的、具有一定密度的低硬度材料制备的球状、片状颗粒。
26.作为一种优选的实施例：所述惰性固体颗粒为abs工程塑料或树脂材料制备。
27.作为一种优选的实施例：所述清洗容器为立式罐体结构，罐体下端一侧设置清洗溶液进口，罐体上端另一侧设置清洗溶液出口，并分别与所述管路相连。
28.作为一种优选的实施例：所述清洗容器为卧式罐体结构，罐体一侧下端设置清洗溶液进口，罐体另一侧上端设置清洗溶液出口，并分别与所述清洗液管路相连。
29.作为一种优选的实施例：所述清洗溶液中添加有清洗药剂。
30.一种模块化卧管式蒸发器，包括水平设置的蒸发器筒体，所述筒体内设置有蒸发器组件和喷淋组件，其特征在于，所述蒸发器组件为一组或多组如前所述的模块化卧管式蒸发器单元。
31.作为一种优选的实施例：所述蒸发器组件包括沿蒸发器筒体轴向方向依次排列的模块化卧管式蒸发器单元或模块化卧管式蒸发器单元分组件。
32.作为一种优选的实施例：所述模块化卧管式蒸发器单元分组件为成垂直方向依次排列的一组模块化卧管式蒸发器单元。
33.作为一种优选的实施例：所述蒸发器筒体下部或侧方设置有用以拆卸换装模块化卧管式蒸发器单元的清洗孔。
34.作为一种优选的实施例：所述清洗孔包括为每一个模块化卧管式蒸发器单元或是模块化卧管式蒸发器单元分组件单独设置的清洗孔，或是按照相邻的两个或三个或更多的模块化卧管式蒸发器单元或是模块化卧管式蒸发器单元分组件进行分组分别设置清洗孔。
35.作为一种优选的实施例：所述蒸发器筒体内包括蒸汽进气组件，所述蒸汽进汽组件分别与各模块化卧管式蒸发器单元的蒸汽进口以管路相连。
36.作为一种优选的实施例：所述蒸汽进气组件还包括一个或一组设置于蒸发器筒体内或筒体外的蒸汽分配中心组件，所述蒸汽分配中心组件包括一储存待分配蒸汽的蒸汽室，所述蒸汽室通过分枝管路与其附近的模块化卧管式蒸发器单元的蒸汽进口相连。
37.作为一种优选的实施例：所述蒸发器筒体内包括蒸汽排放组件，所述蒸汽排放组件包括一根或若干根设置于筒体内腔下部或下部侧方的冷凝水收集管，所述冷凝水收集管通过管路与各模块化卧管式蒸发器单元的剩余蒸汽出口相连。
38.所述喷淋组件包括一组喷嘴，并设置于所述各模块化卧管式蒸发器单元上方。
39.所述蒸发器还包括设置于筒体内的二次蒸汽通道，以及设置筒体上部、并位于二次蒸汽通道上方的除雾器。
40.所述二次蒸汽通道设置于蒸发器筒体内中部。
41.一种模块化卧管式蒸发器的清洗应用方法，其特征在于，当蒸发器内一个或若干模块化卧管式蒸发器单元结垢需要清洗时，
42.步骤1)停机，打开与待清洗模块化卧管式蒸发器单元或模块化卧管式蒸发器单元
组件对应的清洗孔；
43.步骤2)拆除取出待清洗模块化卧管式蒸发器单元；
44.步骤3)将备用的模块化卧管式蒸发器单元安装到经拆解的模块化卧管式蒸发器单元的空缺处进行替换；
45.步骤4)替换完成后，开机，保持蒸发器整体继续运行；
46.步骤5)将拆解下来的待清洗的模块化卧管式蒸发器单元依次放入如权利要求7前所述的清洗装置中，进行清洗除垢；
47.步骤6)将完成清洗除垢的模块化卧管式蒸发器单元烘干后，作为备用件以供步骤3)调用。
48.本发明的技术效果在于：
49.本发明的模块化卧管式蒸发器单元(以下简称“模块化单元”)，包括换热部以及其端部的管箱，并利用模块化快接装置实现换热部和管箱的快捷拆接，并在管箱部分提供模块化的蒸汽进汽和排汽接口，将卧管式蒸发器的核心部件实现了“搭积木”式的拼接和扩展。
50.本发明针对蒸发器中换热管易于结垢、难于清洗的技术困境，结合本发明的“模块化单元”的技术构思，对于相当于“标准化”的换热单元，设计了一种与之适配的、可以快捷高效清洗除垢的清洗装置，同时采用了全新的“清洗药剂 惰性固体颗粒”，可以结合药剂循环加惰性固体颗粒紊流碰撞的清洗方式，实现换热单元快速拆接、换热单元快速高效清洗的综合技术效果。
51.本发明基于“模块化单元”的技术构思，采用一个蒸发器筒体，“模块化单元”可以“搭积木”式进行拼接延展，蒸发器可以实现“自助式”选择换热单元的数量和拼接方式，实现一套设备，多种参数选择的效果。提高了设备的利用率，并能够针对不同的技术要求，针对性的调整设备参数，提高设备的适应性，也可以降低设备技术性能的闲置，提高整个行业的生产效率，降低生产成本和能耗。
52.本发明基于“模块化单元”的技术构思和蒸发器中“换热单元”的快捷拆接，实现了既可以全部拆解蒸发器中各“换热单元”，也可以有选择的拆解结垢严重的“换热单元”，并利用备用的“换热单元”进行快速替换，实现了蒸发器整体近似“不停机”拆解替换待清洗“换热单元”，保证蒸发器总体连续可靠运行，提高现有设备的利用率，显著提高生产效率，降低运行成本，具有显著的节能降耗的生产效益和社会效益。
53.本发明的模块化单元可以基于每个蒸发器单元的蒸发效率作为模块化单元的基本设计参数，也可以基于蒸发器单元的长度或是最大管径作为基本设计参数，这种基本设计参数将给实际应用带来巨大的便利，实际使用中，可以依据实际需要，随时增加或减少蒸发器中设置的模块化单元数量，并可以依据模块化单元的设计参数，提前预估设置的模块化单元的数量，还可以精确预估所需的备用模块化单元进行替换。
54.参考以下描述，本技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本技术的实施例，且连同所述描述一起用于解释本技术的原理。
附图说明
55.图1所示为本发明的模块化卧管式蒸发器单元的一种实施例的结构示意图。
56.图2所示为本发明的模块化蒸发器的一种实施例的结构示意图。
57.图3所示为本发明的清洗装置的结构示意图。
58.图4所示为图3所示清洗装置的清洗效率对比图。
59.附图标记列示如下：
60.1-排汽孔、2-管箱、3-快接件、4-管板、5-换热管、6-冷凝水出口；
61.20-端侧盖板、21-模块化单元、22-筒体、23-喷嘴、24-清洗孔、25-中间二次蒸汽隔板、26-除雾器、27-支撑板、28-剩余蒸汽收集管、29-冷凝水收集管；
62.40-药剂及清洗液罐、41-循环泵、42-滤网、43-模块化单元清洗器、44-惰性固体颗粒。
具体实施方式
63.现将详细参考本技术的实施例，在图中说明本技术的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了解释本技术而提供，而非限制本技术。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下可在本技术中进行各种修改和变化。举例来说，说明或描述为一个实施例的一部分的特征可与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本技术涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。如本说明书中所使用，术语“第一”、“第二”等可互换使用以区分一部件与另一部件而并非意图表示各个部件的位置或重要性。如说明书中所使用，除非上下文另外明确指出，否则术语“一”，“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。术语“包括”，“包括”和“具有”旨在是包括性的，并且意味着除列出的要素外可能还有其他要素。
64.现在参考附图，其中在所有附图中相同的数字表示相同的元件，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
65.图1所示为本发明的模块化卧管式蒸发器单元的一种实施例的结构示意图。
66.本实施例中，模块化单元为双管箱模式。
67.换热管组件包括换热管束5以及位于换热管束5两端的管板4，管板4上布设有如图中右侧视图所示的管孔群，换热管两两相应的插置于管板4的管孔中，构成一换热管组件。
68.换热管组件两端的管板4相应设置有管箱2，其中一侧管箱2作为蒸汽进汽端设置有蒸汽进口，另一侧管箱2作为剩余蒸汽排汽端，其侧壁上设置有剩余蒸汽的排汽口1和冷凝水出口6。
69.管箱2和管板4的连接处设置有快接件3，本实施例中管箱2和管板4均为矩形横截面管段，快接件3具有与其相适配的矩形内截面，套设于管箱2的管段外侧并可沿管箱2轴向滑动，快接件3沿管箱2轴向滑动并套置于管板4上后，利用附设的固定件与换热管组件进行紧固即可完成管箱2与换热管组件的组装，换热管组件的拆解反向操作即可。
70.作为另一种实施例，管箱2和管板4也可以为圆形横截面管段，快接件3具有与其相适配的圆形内截面的圆管段，在这种情况下，快接件3的内管面可以设置螺纹，管箱2和管板4的圆管段外侧面也设置与之相适配的螺纹，快接件3通过螺纹套设在管箱2的管段外侧并可沿其轴向进行移动，最终通过与管板4外螺纹配合旋转移动实现将管箱2和换热管组件进
行组装或拆解。
71.为了便于操作，在快接件3的一端可以附设突起状把手。
72.图2所示为本发明的模块化蒸发器的一种实施例的结构示意图。
73.包括一个水平设置的较长筒体22，筒体22两端设置有端侧盖板20，筒体22内腔中沿筒体22轴向依次设置若干组模块化单元分组，每组模块化单元分组均包括若干个模块化单元21，分组中各模块化单元21成竖直方向依次排列，每个模块化单元的换热管束中部设置有一个或一组支撑板27，以提高换热组件的刚性，避免细长管体变形导致失效。
74.作为可以选择的分组排列方式，本发明的模块化单元分组还可以采用单体模块化单元，也可以采用双模块化单元或是三模块化单元或是更多模块化单元组合而成，而且每个分组中的各模块化单元的排列方式也无需局限于图示中的竖直方向的依次排列，也可以采用水平方向横向或纵向排列，或是竖直方向与水平方向结合排列。
75.为了便于拆解和组装模块化单元，沿筒体22的轴向方向布设一个或多个清洗孔24，清洗孔的布设方式可以根据筒体的径向尺寸或是根据模块化单元的排列方式，选择设置于筒体下部，或是设置于筒体的侧下部或是中部。
76.当某一个或多个换热管组件因为结垢或是其它原因导致失效或故障时，可以打开与其位置相应的清洗孔24，快速拆解下该换热管组件，或是拆解下该模块化单元，并用备用换热管组件或模块化单元组装代替，保证整个蒸发器机组快速恢复运行。
77.筒体22内腔中，位于模块化单元上方设置有一组喷嘴23，喷嘴23与污水进水管相连，并将污水均匀喷洒在各换热管组件上，各模块化单元的蒸汽进汽端分别与进汽管相连，剩余蒸汽排汽端分别与剩余蒸汽收集管28以及冷凝水收集管29相连，以分别排出剩余蒸汽和冷凝水。
78.作为一种优选的实施方式，剩余蒸汽收集管28设置于筒体22的上部，冷凝水收集管29设置于筒体22的下部，作为可以选择的实施方式，也可以将蒸汽收集管28及冷凝水收集管29设置于筒体22的其它位置，例如筒体22的中部侧方或是侧下部。
79.在筒体22的上部空间中，还设置有中间二次蒸汽隔板25，并预留有二次蒸汽通道以及除雾器26。
80.图3所示为本发明的清洗装置的结构示意图。
81.清洗装置包括管路依次连接的一药剂及清洗液罐40、循环泵41和模块化单元清洗器43。
82.如图所示模块化单元清洗器43为立式罐体结构，罐体下端一侧设置清洗溶液进口，罐体上端另一侧设置清洗溶液出口，并分别与管路相连。
83.作为另一种优选的实施例：模块化单元清洗器43也可以为卧式罐体结构，罐体一侧下端设置清洗溶液进口，罐体另一侧上端设置清洗溶液出口，并分别与管路相连。
84.当模块化单元21结垢需要清洗时，将模块化单元21快速拆卸下来，迅速装到模块化单元清洗器43上，药剂及清洗液罐40配好清洗所需药剂后，开启循环泵41，循环泵将含药剂的清洗溶液泵入到模块化单元清洗器43内，清洗溶液经出液口循环回药剂及清洗液罐40，并循环清洗。
85.模块化单元清洗器43腔内散放有惰性固体颗粒44，清洗溶液在清洗腔内形成紊流，惰性固体颗粒44随紊流撞击换热管表面，从而加速换热管表面结垢的清洗，在清洗腔
进、出口都装设有滤网42，滤网孔目小于惰性固体颗粒44粒径，限制惰性固体颗粒44逃逸，确保其只能在模块化单元清洗器43内腔中运动。
86.图4所示为添加有惰性固体颗粒的清洗方式与无惰性固体颗粒的清洗方式的效率对比图。
87.实验证明：加入惰性固体颗粒后，清洗120min后换热管余垢只剩余5％，不加惰性固体颗粒情况下，清洗120min后，换热管余垢还有60％左右没有清洗掉，显然添加惰性固体颗粒对于换热组件的清洗具有显著的加速作用，能够大幅提高清洗效果。
88.依据本发明的技术原理，该惰性固体颗粒优选采用不溶于清洗液的、且不易碎、具有适宜密度的低硬度材料制备的球状、片状颗粒。
89.作为优选的实施例：本实施例中惰性固体颗粒优选为abs工程塑料或树脂材料制备。但是这种选择并不意味着其它具有相同或相似性能的已知材料就排除于本发明的保护范围。
90.本发明还提供一种优选的模块化卧管式蒸发器的清洗应用方法，具体步骤包括：当蒸发器内一个或若干模块化单元结垢需要清洗时
91.步骤1)停机，打开与待清洗模块化单元或模块化单元组件对应的清洗孔；
92.步骤2)拆除取出待清洗模块化单元；
93.步骤3)将备用的模块化单元安装到经拆解的模块化单元的空缺处进行替换；
94.步骤4)替换完成后，开机，保持蒸发器整体继续运行；
95.步骤5)将拆解下来的待清洗的模块化卧管式蒸发器单元依次放入清洗装置中，进行清洗除垢；
96.步骤6)将完成清洗除垢的模块化单元烘干后，作为备用件以供步骤3)调用。
97.这种清洗应用方法，一方面可以快速拆卸、替换安装模块化单元，并及时将结构严重的模块化单元送去清洗除垢；另一方面，可以大幅度缩短停机时间，提高设备的出勤率，避免设备闲置造成的效能下降、成本增加，具有高效节能降耗的技术效果和社会效益。
98.以上所述为本发明的优选实施方式，对于本领域的技术人员而言，基于本发明公开的技术方案和发明实质，还可以做出其它的变形和改进，但这些基于本发明的变形和改进，均应涵盖于本发明的保护范围。
99.本说明书使用实施例来公开本技术，包括最佳实施例，并且还使所属领域的技术人员能够实践本技术，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本技术的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实施例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素，那么它们既定在权利要求范围内。