Контактный теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28C3/08 

Изобретение относится к конструкции контактных тепломассообменников, используемых в системах утилизации тепла отходящих газов различных энергетических установок и предназначено для нагрева, упаривания или другой физико- имической обработки растворов в металлургической, химической и других отраслях промышленности и, в частности, при переработке минерализованных сточных вод.

Известны конструкции экономайзеров для котельных промышленных и коммунальных предприятий,.состоящие из вертикального корпуса с входными и выходными газовыми патрубками, газоотводящих труб, патрубков подвода и отвода обрабатываемого раствора, водораспределителя, насадок в виде колец Рашига, влагоуловителя.

дегазатора с гидравлическим затвором, переливной трубы с гидравлическим затвором, щтуцеров для забора воды и продувки. Контактные экономайзеры такого типа характеризуются низкой эффективностью работы при нагреве или обработке солесодержащих жидкостей вследствие инкрустирующихся солей в застойных, плохо омываемых зонах насадки.

Наиболее близким техническим решениям является контактный тепломассооб- менник, состоящий из вертикального корпуса с боковыми входным и выходным газовыми патрубками, -теплообменной насадки в зоне между патрубками, оросителя и влагоуловителя. Для данной конструкции принята широко распространенная в контактных тепломассообменниках хордовая

-vl ч& О Ч СЯ

о

насадка. Недостатком такого контактного тепломассообменника являются его ограниченные функциональные возможности, т, к. аппарат не может быть использован для физико-химической обработки растворов с концентрациями солей, близкими к равновесным, например, сточных вод различных производств, из-за ненадежной работы расадки, поверхности которой подвергаются солеотложениям. В результате этого тре- буется периодическая замена или трудоемкая чистка насадки.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей контактного аппарата.

Поставленную цель достигают в устройстве, включающем вертикальный ко рпус с боковыми патрубками подвода и отвода газа, размещенную в корпусе между послед- ними теплообменную насадку, патрубки подвода и отвода жидкости, размещенный над насадкой ороситель и влагоуловитель, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей, насадка выполняется из стержней (реек-хорд) трехгранного поперечного сечения вершинами, обращенными к оросителю, расположенных рядами, при этом расстояние между осями стержней в ряду составляет 1,5 длины основания трехгранного сечения, стержни в смежных рядах ориентированы ортогонально и контактируют вершинами и гранями, а стержни в рядах одной и той же ориентации смещены один относительно другого на половину указанного расстоя- ния, т, е. на 0,75 длины основания трехгранного сечения. При этом патрубки подвода и отвода жидкости соединены между собой контуром рециркуляции. Сличительным признаком заявляемого технического реше- ния является то, что авторы предложили выполнять насадку из стержней треугольного сечения, вершины которых ориентированы навстречу движущемуся потоку обрабатываемой жидкости.и размещать смежные ря- ды стержней ортогонально, а ряды одной и той же направленности смещать на 0,75 длины основания трехугольного сечения. Предложенные форма стержней и их размещение позволяют исключить лобовые гори- зонтальные поверхности и участки застойных зон, где, как правило, интенсивно инкрустируются соли из растворов. Обрабатываемый раствор равномерно стекает пленками по наклонным граням реек, кон- тактируя с потоком газа, который пронизывает жидкостные пленки в перекрестном направлении относительно потока обрабатываемого раствора. При изготовлении пакета насадки заявитель рекомендует

величину угла а в вершине треугольного сечения стержней рейки-хорды принять равной 8-12°, что обеспечивает минимальные потери напора газового потока. Заданное авторами расстояние между стержнями рейками-хордами в одном горизонтальном ряду, величина смещения каждого последующего ряда относительно предыдущего того же направления и ортогональное расположение смежных рядов стержней, уложенных друг на друга, обеспечивают наиболее полное смачивание поверхности насадки, Кроме того, разрыв сплошной пленки и превращение ее в капли, удар этих капель о нижележащие элементы насадки, слияние капель в пленку создают условия для непрерывного обновления поверхности контактирующих фаз, что интенсифицирует тепломассообмен. Так как насадочные элементы размещены равномерно и во время работы аппарата не изменяют местоположение, газожидкостный объем образует ре- гулярную и однородную структуру, обеспечивающую равномерный слив раствора по всему сечению насадки. Все эти факторы улучшают условия смывания граней стержней, в результате чего насадка менее заростает солеотложениями и может быть использована при обработке в тепло- массообменнике высокоминерализованных растворов и, в частности, сточных вод различных производств. Другим отличительным признаком заявляемого технического решения является то, что авторы предлагают снабдить аппарат рециркуляционным контуром, использование которого совместно с насадкой предложенной конструкции делает возможным концентрировать растворы, упаривая их за счет тепла продуктов горения, что является дополнительной функцией тепломассообменного аппарата. Аппарат также может быть использован для подогрева растворов,концентрация солей в которых близка к равновесной, или для других видов физико-химической обработки, например, для карбонизации растворов за счет содержащегося в продуктах горения углекислого газа.

На фиг. 1 изображен предлагаемый теплообменник, продольный разрез; на фиг. 2 - предлагаемая насадка.

Контактный тепломассообменник содержит вертикальный корпус с боковыми входным и выходным газовыми патрубками 2 и 3 соответственно. В полости корпуса 1 в зоне между патрубками 2 и 3 размещается тепломассообменная насадка 4 с оросителем 5 и влагоуловителем 6. Кроме того, корпус 1 содержит поддон 7 с патрубком 8 для отвода обрабатываемой жидкости, к которому примыкает труба 9 рециркуляционного контура, включающего насос с регулируемой производительностью 10. Патрубок 11 подводит к оросителю 5 исходную и циркулирующую жидкость от насоса 10.

Контактный тепломассообменник работает следующим образом.

Горячие продукты горения по патрубку 2 поступают в корпус 1, проходят через насадку 4, где физико- химически взаимодей- ствуют с раствором, затем проходят зону оросителя 5, влагоуловитель 6 и выходят через патрубок 3. Исходный раствор по трубе 11 подается к оросителю 5, предварительно смешиваясь с рециркуляционным раствором, поступающим от насоса 10. Разбрызгиваясь оросителем 5, жидкость, омывая стержни насадки 4, контактирует с продуктами горения, после чего сливается в нижнюю часть аппарата в поддон 7. откуда отводится патрубком 8 как конечный продукт для дальнейшего использования и на рециркуляцию к насосу 10. Таким образом раствор многократно пропускают через ороситель 5 и насадку 4, в результате чего в начальный период (пусковой) концентрация раствора, заполняющего аппарат, возрастает, а в установившемся режиме поддерживается постоянной{заданной)с помощью устройства 10, которым можно изменять кратность рециркуляции.

Тепломассообменный аппарат заявляемой конструкции диаметром 3,5 м с высотой насадки 1,2 м выпаривает 10 т/ч воды за

счет тепла продуктов горения, поступающих в аппарат в количестве 100000 м3/ч с

5

10 15 0 5 0

5

температурой 200° С, кратность рециркуляции при этом равна 20.

Использование в контактном теплома- ссообменнике предлагаемой насадки и рециркуляционного контура приводит к расширению функциональных возможностей аппарата, поскольку стало возможно, используя бросовые продукты горения, подогревать, упаривать или карбонизировать жидкости различного солесодержания с целью получения из них товарных продуктов или с целью уменьшения объема сбрасываемых сточных вод, загрязняющих окружающую среду.

Формула изобретения Контактный теплообменник, содержащий вертикальный корпус с боковыми патрубками подвода и отвода газа, размещенную в корпусе между последними теплообменную насадку, патрубки подвода и отвода жидкости, сообщенные между собой трубопроводом рециркуляции, размещенный над насадкой ороситель, и влагоуловитель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, насадка выполнена из однонаправленных стержней трехгранного поперечного сечения, вершинами обращенных к оросителю, расположенных рядами, при этом расстояние между стержнями в ряду составляет 1,5 длины грани, стержни в смежных рядах ориентированы ортогонально и контактируют вершинами и гранями, а стержни в рядах одинаковой ориентации смещены один относительно другого на половину указанного расстояния.

Использование: теплоэнергетика, металлургия, химическая промышленность, утилизация тепла отходящих газов энергетических установок, нагрев, упаривание, физико-химическая обработка растворов, переработка минерализованных сточных вод. Сущность изобретения: в корпусе теплообменника между патрубками подвода и отвода газа и жидкости размещена насадка, выполненная из однонаправленных стержней (С) трехгранного поперечного сечения, вершинами обращенных к оросителю, расположенных рядами. Расстояние между С в ряду составляет 1,5 длины грани, С в смежных рядах ориентированы ортогонально и контактируют вершинами и гранями. С в рядах одинаковой ориентации смещены один относительно другого на половину указанного расстояния. При многократной циркуляции растворов через насадку можно подогревать, упаривать или карбонизировать жидкости различного солесодержания. 2 ил. &

Фиг.Г

фиг .2