氯化钙三效蒸发器结垢的处理技术

氯化钙三效蒸发器结垢的处理技术
1三相循环流化床强化传热和防、除垢技术
1.1强化传热和防、除垢机理
技术的基本原理是:将三相循环流化床技术与蒸发过程相结合，在蒸发系统中形成由溶剂蒸汽、溶液和惰性固体颗粒所组成的多相流循环，具有强化传热
和防、除垢作用。

所加的惰性固体颗粒不溶解于料液，与料液之间无化学反应，同时具有一定的机械强度和耐热性能。

该项技术的强化传热与防、除垢机理在于:随料液一起循环流动的固体颗粒不断地撞击和摩擦加热壁面，一方面，可以破坏壁面附近的边界层，增加壁面
附近的湍流程度，并且增加气化核心，起到强化传热的作用;另一方面，可以抑制和破坏壁面上污垢晶核的形成，延长结垢的诱导期，在诱导期内不会发生结垢;同时，对壁面上已经形成的垢层，也可以起到破碎的作用，直至其完全脱落。

这是由于流化床蒸发器中床层对垢层的剪切应力大于污垢的附着力，使垢层从
传热壁面上脱离，达到除垢的效果。

1.2操作变量对强化传热和防、除垢的影响
1.2.1液体循环速度的影响
在其他参数一定的情况下，液体工质的循环速度增加，三相循环流化床蒸
发器的传热系数增大。

这是因为:循环速度增加，流体的湍动程度增大，流动边界层变薄，强化了对流传热。

循环速度增加，还可使固体颗粒的循环速度加快，粒子与壁面碰撞的频率及强度增大，因此增加了气化核心，增大了气泡跃离壁
面的频率，强化了床层与传热壁面之间的对流传热及饱和泡核沸腾传热。

循环
速度增加，对达到相同的防垢、除垢效果而言，所需固体颗粒的含率可以降低。

1.2.2固体颗粒特性的影响
1)采用三相循环流化床强化传热和防、除垢技术，固体颗粒的选择很重要，不同种类的固体颗粒，其传热系数有较大的差别。

一般说来，粒子的导热系数、密度、比热容较大时传热系数较大。

此外，粒子的润湿性能对沸腾传热系数也
有一定的影响，粒子的润湿性能差，沸腾传热系数较大。

2)固体粒子的尺寸增大，传热系数增大。

因为大的固体粒子具有较大的动能，对流体边界层的破坏强度大，有利于传热系数的提高。

但固体粒子的尺寸
也不能过大，过大会使传热系数下降。

3)固体粒子在三相流化床中的含率对传热系数有很大的影响，传热系数随
粒子含率的增加而增大。

这是因为:粒子含率增加，导致粒子与传热壁面相互碰撞时的总停留时间和接触面积增加，一方面为泡核沸腾提供更多的气化核心，
另一方面使壁面上形成的气泡跃离直径变小，气泡跃离周期加快，强化了泡核
沸腾传热。

粒子含率增加，单位时间内粒子与传热壁面碰撞的粒子数量增加，
由壁面传给粒子的热量增加，强化了固体粒子与传热壁面间的对流传热;此外，粒子含率增加，减少了流动边界层的厚度，强化了对流传热。

这些作用的综合
结果使得三相循环流化床蒸发器的沸腾传热系数增大。

4)流化床蒸发器的防垢性能，与粒子的种类、形状、尺寸、含率以及流体
的速度等因素有关。

一般而言，金属粒子、坚硬的无机粒子比聚合物粒子的防
垢效果好。

在粒子种类一定的情况下，非球形粒子比球形粒子的防垢效果好。

较大的固体粒子比小粒子的防垢效果好。

在粒子的尺寸、形状相差不大的情况下，粒子的含率是一个重要参数。

1.2.3热通量的影响
热通量增加，传热系数增大。

这是因为:热通量增大，传热壁面过热度增大，每个气化核心处的气泡生成频率增加，同时单位面积上的气化核心数目也增加，因此饱和泡核沸腾传热系数得到了强化。

由于热通量的增加，气相含率及其扰
动程度增加，使得粒子与壁面的碰撞频率及强度增大，降低了传热及流动边界
层的厚度，导致对流传热系数增加。

另外，由于液体在循环系统中的散热及冷
料的加入，在蒸发器进口段，料液有一定的过冷度，因而进口段存在一段过冷
流动沸腾区，其传热系数一般较低，而热通量增高可以缩短过冷流动沸腾区的
长度，因而也使传热系数增大。

大量实验结果表明，流化床蒸发器在正常操作情况下，可以防止蒸发器传
热壁面结垢，即使不能完全防止污垢产生，也能把污垢的厚度控制在较低的水平。

流化床蒸发界的防垢作用是基于蒸发器内的固体颗粒艇动和分布。

姜峰等、张立斌等开展了这方面的研究，为该项技术的工程应用提供了很有价值的依据。

2三相循环流化床强化传热和防、除垢技术在氯化钙工业生产中的应用
天津大学与山东海化集团有限公司合作，把天津大学的三相循环流化床强
化传热和防、除垢技术应用于氯化钙生产装置吧解决了氯化钙蒸发装置的结垢
和强化传热问题。

通过对装置的改造，在该装置上成功实施了三相循环流化床
强化传热和防、除垢技术，经过一年的生产运行，改造后的氯化钙蒸发器逐渐
显示出其优越的性能。

第一，省掉了原有蒸发器中的料液循环泵，使料液的循环方式由强制循环
改为自然循环。

仅此一项，就会使每效的用电量减少45kW.h，年(按300d计)
节电3.24×105kW.h，因此大大节省了设备的运行能耗。

第二，从产品的质量和产量方面看，改为自然循环操作方式后，三相循环
流化床新型氯化钙蒸发器在保证了产品质量的同时，其月平均产量要高于原有
蒸发器的月平均产量，如图1所示。

从图1可看出，原有蒸发器在一个月内的
原料处理量逐渐从月初33t/h左右下降到月末的25t/h左右;而新型蒸发器的原料处理量从月初到月末基本上都维持在30t/h左右。

第三，对加热室的结垢情况进行比较，见图2(略)。

从图2中看出，三相
循环流化床新型氯化钙蒸发器的防垢效果要明显好于原有的蒸发器。

图2反映
了采用三相流强化传热和防、除垢技术前后二效加热室蒸汽压力的变化，而加
热室蒸汽压力的大小正是反映加热管结垢程度的一个重要指标。

加热室蒸汽压
力变大，表明加热管开始结垢，蒸汽压力越大，结垢现象越严重。

从图2可以
看到，采用三相流新技术之前的原有蒸发器在生产运行一个月后，其加热室压
力从170kPa增加到565kPa，已经接近设备设计压力的上限。

而采用三相流新
技术之后，在进料量基本相同的前提下，二效加热室的压力基本上保持不变，
维持在300kPa左右。

由此可见，三相循环流化床氯化钙新型蒸发器确实具有良好的防、除垢和强化传热作用。

第四，从产生的二次蒸汽的压力进行比较，三相循环流化床新型氯化钙蒸发器的二次蒸汽压力要高于原有蒸发器的二次蒸汽压力，这说明新型蒸发器的蒸发效果更好。

第五，在经济和社会效益方面，采用三相流新技术的新型蒸发器不仅可以节约大量电费，而且可以延缓结垢，减少清垢次数，减小排污量。

由于强化了传热效果，可年增加氯化钙产量6000t以上。

同时也提高了生产的连续性，在一定程度上减小了工人的劳动强度。

3前景与展望
三相循环流化床强化传热和防、除垢技术在氯化钙蒸发装置中的运用，是氯化钙生产中一项重大技术进步，同时也是三相循环流化床强化传热和防、除垢技术工业化应用的一个成功实例，它为以后该项技术推广应用奠定了坚实的基础。

由于该技术还可以应用于其他产品的蒸发装置中，因此在化工、制糖、制药、食品生产及废水处理中显示出非常广阔的应用前景，将产生重大的经济效益、社会效益和环境效益。