[发明专利]虹吸式浆状物料换热器串联组合方法

说明书

技术领域 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。

发明内容 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。