Способ очистки рабочей поверхности теплообменных аппаратов

 

Союз Советскик

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За в е о 0З01.80 (21) 286З96уг4-12 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 150482. Бюллетень №14

Дата опубликования описания 150482 ! (51) M. Кл.

F 28 G 3/16 еееударстеелеые кемлтет

СССР ао делам изаеретеннк и открытий (53) УДК621 565. .94(088.8) Г ,1 (72) Авторы изобретения

Г.М. Михайлов, Л.С. Рева и Н.В. Тябин (71) Заявитель

Волгоградский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Изобретение относится к тепловым процессам нагревания, охлаждения, испарения, конденсации, а более кон-. кретно к очистке и предупреждению образования отложений от жидких тейлоносителей на теплообменных поверхностях аппаратов и интенсификации процесса теплообмена.

Известен способ предотвращения отложений и очистки теплообменных поверхностей, основанный на кратко10 временном периодическом псевдоожижении зернистого материала путем увеличения скорости циркуляции теплоносителя с последующим переходом

15 на основной режим работы со скоростью подачи теплоносителя меньшей скорости начала псевдоожидения частиц зернистого материала с11

Недостатком известного способа является относительно невысокий средний коэффициент теплоотдачи, так как большую часть времени теплообменный аппарат работает без псевдоожи жения зернистого материала, а при этом коэффициент теплоотдачи на

10-15 меньше, чем в псевдоожиженном слое.

Целью изобретения является интенсификация теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что верхнюю часть теплообменного аппарата перекрывают ограничительной сеткой, а подачу жидкого теплоносителя осуществляют восходящим потоком со скоростью большей скорости уноса частиц зернистого материала, причем периодическое псевдоожижение осуществляют путем уменьшения скорости подачи теплоносителя.

Установка ограничительной сетки при увеличении скорости подачи теплоносителя позволяет создать непо- . движный слой частиц зернистого материала, прижимаемых снизу к сетке потоком жидкости. Как показывают эксперименты, при одинаковых скорос92035 тях подачи теплоносителя в неподвижном слое зернистого материала, пронизываемом потоком жидкой среды, коэффициенты теплоотдачи значительно выше, чем в псевдоожиженном зер" нистом слое.

На фиг. 1 изображен горизонтальный теплообменник с зернистым материалом, помещаемым в межтрубное пространство, на фиг. 2 - вертикаль- 10 ный теплообменник с комбинированной загрузкой зернистого материала в трубное и межтрубное пространство, на фиг. 3 и 4 - сравнительные графики зависимости коэффициента тепло- И отдачи от фиктивной скорости жидкого теплоносителя для псевдоожиженного (кривая ВС) и неподвижного (кривая

ABD) слоев зернИстого материала.

Устройство, реализующее способ, Эр содержит корпус l. аппарата, трубный пучок 2, ограничительную сетку 3, зернистый материал 4, вход и выход « первого теплоносителя, вход у и выход il второго теплоносителя. 2S

Способ осуществляется следующим образом.

В аппарат на 80-903 свободного объема загружается зернистый материал, и сверху. устанавливается ограничительная сетка, препятствующая уносу частиц. Затем снизу восходящим потоком подают жидкий теплоноси

ЭЗ тель. При.скорости подачи теплоносителя выше, чем скорость начала псевдоожижения используемых частиц, слой зернистого материала расширяетcR и переходит в псевдоожиженное состояние. При дальнейшем увеличении скорости потока зернистый слой продолжает расширяться, и верхние частицы зернистого материала начинают прижиматься к ограничительной

45 сетке. При скоростях подачи жидкого теплоносителя, близких к скорости уноса используемых частиц и выше, весь зернистый материал потоком теплоносителя прижимается к ограничительной сетке и находится в неподвижном состоянии. При таком режиме работы аппарата обеспечивается высокий коэффициент теплоотдачи и исключается абразивный износ теплообменных поверхностей и корпуса аппарата. Продолжительность работы в этом режиме определяется падением коэффициента теплопередачи на 150 4

203 за счет постепенного загрязнения теплообменных поверхностей..

Предупреждение образования отложений и очистка теплообменных поверх" ностей происходит аналогично известному способу в режиме периодического псевдоожижения зернистого материала, которое, в отличие от известного способа, создается путем уменьшения скорости подачи жидкого теплоносителя до скорости несколько большей, чем скорость начала псевдоожижения используемых частиц зернистого материала. Очистка происходит за счет механического воздействия движущихся твердых частиц, а высокая интенсивность абразивного воздействия частиц обеспечивает очистку теплообменных поверхностей за кратковременный период псевдоожижения.

В общем случае продолжительность работы с неподвижным слоем частиц зернистого материала, периодичность и длительность работы с псевдоожижением зернистого материала подбираются индивидуально для условий эксплуатации конкретного производства, так как зависят от широкого ряда причин, таких как: характер и степень загрязненности жидкого теплоносителя, индивидуальных для каждого производства, температурные условия на теплообменных поверхностях, влияющие на скорость образования различных отложений, размер и физические свойства частиц используемого зернистого материала, определяющие скорости подачи теплоносителя и влияющие на интенсивность очистки, величину абра;зивного износа и эффективность теплообмена. Скорости начала псевдоожижения и уноса частиц зернистого материала определяются по известным критериальным зависимостям {например формула Тодеса).

Предлагаемый способ опробован на экспериментальной установке в лабораторных условиях.

Пример l. В идентичных условиях проводятся сравнительные испытания известного способа и предлагаемого. В теплообменный аппарат эагружаетря зернистный материал, в качестве которого используется кварцевый песок размером Dt„> = 1,$ мм и плотностью p = 2500 кг/м . В качест3 ве жидкого теплоносителя используется вода. При работе по известному

Материал и о

Коэффициент теплоотдачи, Вт/м С

Известный Предлагаемый способ способ

В неподвижном слое

2800 5000

Кварцевый песок B псевдоожиженном слое

- 3200 3200

С винцовая дробь

В неподвижном слое

4800 10000

В псевдоожиженном слое

5800 5800

5 9 способу в неподвижном зернистом слое для скоростей подачи воды W = 0,0350,045 м/с, близких к скорости начала псевдоожижения частиц песка, коэффициенты теплоотдачи в среднем равны 2б00-2800 Вт/(м К). При псевдоожижении песка для наиболее оптимальной скорости подачи воды, примерно равной /= 0,055 м/с, максимальный коэффициент теплоотдачи не превышает 3200 Вт/(м К). С дальнейшим увеличением скорости воды коэффициент теплоотдачи уменьшается.

При работе предлагаемым способом в неподвижном, зажатом ограничительной сеткой, зернистом слое коэффициент теплоотдачи во всем диапазоне скоростей подачи воды, больших скорости начала псевдоожижения, превышает коэффициент теплоотдачи в известном способе, и для скорости, близкой к скорости уноса частиц

W= О, 15 м/с, равен 5000 Вт/(м К) и продолжает увеличиваться с увеличением скорости воды.

Результаты эксперимента представлены на фиг. 3 в виде графика зави<

:симости коэффициента теплоотдачи от фиктивной скорости воды, где кривая

ВС соответствует псевдоожиженному состоянию песка, участок АВ другой кривой соответствует работе с неподвижным слоем песка до скоростей подачи воды меньших скорости начала псевдоожижения, а участок ВО - работе с неподвижным слоем песка, зажа-. тым ограничительной сеткой, при

20350 б скоростях подачи воды больших скорости псевдоожижения частиц песка.

Пример 2. Испытания проводятся по методике, аналогичной при" меру 1. В качестве зернистого материала используется свинцовая дробь размером D = 2,3 мм и плотностью

Я = 11000 кг/м, жидким теплоносителем является вода.

При работе по известному способу в неподвижном зернистом слое для скоростей w = 0,075-0,085 м/с, близких к скорости начала псевдоожижения свинцовой дроби, коэффициенты теплоотдачи в среднем равны 47004800 Вт/(м К). При псевдоожижении дроби для наиболее оптимальной скорости подачи воды примерно равной

w = 0,14 м/с, максимальный коэффициент теплоотдачи равняется

5800 Вт/(м ° К), а при дальнейшем . увеличении скорости воды уменьшается.

При работе предлагаемым способом в неподвижном, зажатом ограничительной сеткой, слое дроби коэффициент теплоотдачи больше, чем в известном способе, а для скорости, близкой к скорости уноса и = 0,33 м/с, равен

ЭО 10000 Вт/(м К) и с увеличением ско рости увеличивается.

Результаты эксперимента представлены в виде графика на фиг. 4, аналогичном примеру. l.

M Обобщенные результаты экспериментальных исследований представлены в таблице. 920350

Формула изобретения

Как видно из приведенных графиков и таблицы, предлагаемый способ позволяет увеличить средний коэффициент теплоотдачи по сравнению с известным способом примерно в 1,8 раза. Это позволит в 1,5-2 раза сократить площадь теплообменных поверхностей аппаратов и соответственно копичество дефицитных бесшовных труб,. ,уменьшит металлоемкость теплообмен- 16 ников и занимаемые ими производственные площади. В результате сокращаются капитальные затраты на новое оборудование, что повышает эффективность производства. 15

Предлагаемый способ может быть .использован при эксплуатации теплообменных аппаратов с псевдоожиженным, жидкостью слоем зернистого материала.

Для доведения объекта изобретения 26 до промышленнсго использования требуется незначительное конструктивное усовершенствование, заключающееся в установке в верхней части аппарата ограничительной сетки.

Способ очистки рабочей поверхности теплообменных аппаратов, заклю чающийся в периодическом псевдоожижении зернистого материала, помещенного в аппарат, путем подачи на его вход жидкого теплоносителя, о тл и чающий с я тем, что, с целью повышения эффективности теплообмена, верхнюю часть теплообменного аппарата перекрывают ограничительной сеткой, а подачу жидкого теплоносителя осуществляют восходящим потоком со скоростью большей скорости уноса частиц зернистого материала, причем периодическое псевдоожижение осуществляют путем уменьшения скорости подачи теплоносителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

It720283, кл. F 28 F 19/00, 1978.

920350 ь /с

И

Риг.Л дт д e/c

Составитель В. Слышкин

Редактор О.Персиянцева Техред Т.Маточка Корректор Н. Швыдкая

Заказ 2311/37 Тираж 684 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 8-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4