[发明专利]提高以蒸汽为热源的换热器换热效果的方法

说明书

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种提高以蒸汽为热源的换热器换热效果的方法。

背景技术

在换热设备领域，蒸发器的换热效果一直达不到理论效果。很多学者指出了其中的原因：第一，以水蒸气为热源的蒸发器在换热末端气量减少，气流速度下降，导致末端传热效果下降；第二，末端的低流速带来了冷凝水在换热界面上的滞留，尤其是当管内走蒸汽时，这种滞留效果随换热管长径比和换热时间的增长而加重。而最常见的现象就是凝结水会完全浸润整个换热界面，而且液膜厚度从蒸汽入口向凝水出口逐渐增厚。水的传热系数不足金属的1/100，这层水膜会严重限制蒸发器的实际使用效果。

目前，解决冷凝水在换热界面上的滞留主要存在两种方法：一是缩短管程，二是及时引出冷凝水。但是这两种方法在实际工程中都是极难应用的，尤其是在如今广泛使用的MVR蒸发系统中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种提高以蒸汽为热源的换热器换热效果的方法，工艺简单、实用性强，并且可以增强换热界面的抗腐蚀性能。

本发明所述的提高以蒸汽为热源的换热器换热效果的方法，在换热器的换热界面上设置疏水膜，目的是让凝水呈珠状，而不会形成膜状。

疏水膜为将传热系数高的疏水材料涂覆在换热器换热界面上形成的。

疏水材料为纳米级二氧化硅，纳米级二氧化硅的粒度为1～100nm。将其涂覆在换热界面上后，其会使换热界面产生荷叶效应。由于这种荷叶效应的存在，凝水与界面的接触面积极小，相应的容易被气流带离换热界面，并且能避免换热界面被液膜覆盖。又因为SiO₂的传热系数为水的两倍以上，并且这层疏水膜可以做的非常纤薄，疏水膜的厚度为1～15μm，其对于导热的阻碍作用远远小于液膜。

疏水膜的耐受温度为0～160℃。

换热器为列管换热器或板式加热器。

换热界面为蒸汽侧换热界面。例如，板式加热器蒸汽侧换热界面或加热器内用来加强换热的翼板状、丝状、条状、颗粒状蒸汽侧换热界面均可以使用此疏水膜。

蒸汽侧换热界面的材质为碳钢、不锈钢、钛材、石墨或锆材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在换热器的换热界面设置疏水膜，凝结水在换热界面呈珠状流淌，不会大面积覆盖换热界面，提高了换热器的换热效果，工艺简单，切实可行，尤其适用于如今广泛使用的MVR蒸发系统。

(2)本发明设置的疏水膜能够耐温0～160℃，实用性强。

(3)本发明所述的方法用于蒸发器或冷凝器时，可以大大减少换热面积，缓解换热器长时间运行的换热恶化情况，并且设置的疏水膜还可以作为换热界面的保护膜，增强设备的耐腐蚀能力，延长设备的使用寿命，进而降低设备成本。

附图说明

图1是实施例1的换热器列管结构示意图；

图2是实施例1换热管工作状态截面示意图；

图3是实施例2的换热器列管结构示意图；

图4是实施例2换热管工作状态截面示意图；

图5是对比实验中采用纳米级二氧化硅处理的薄片浸润后的表面图；

图6是对比实验中未作任何处理的薄片浸润后的表面图；

图中，1-疏水膜，2-换热管，3-凝结水。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。

实施例1

本实施例所述的换热器为冷凝器，其列管结构如图1所示。疏水膜1涂覆在换热管2的内壁表面上，疏水膜1的厚度为8μm，换热管2的材质为316L不锈钢，疏水膜1材质为纳米级二氧化硅，粒径为50±5nm。

本实施例所述的冷凝器工作时，换热管2管内走热侧流体，管外走冷侧流体，热侧流体为蒸汽。管内产生的凝结水3，在管内呈珠状流淌，不会覆盖大量的换热界面，增强换热效果。换热管工作状态截面示意图见图2。

实施例2

本实施例所述的换热器为蒸发器，其列管结构如图3所示。疏水膜1涂覆在换热管2的外壁表面上，疏水膜1的厚度为10μm，换热管2的材质为T10高碳钢，疏水膜1材质为纳米级二氧化硅，粒径为80±5nm。

本实施例所述的蒸发器工作时，换热管2管内走冷侧流体，管外走热侧流体，热侧流体为蒸汽。管外产生的凝结水3，在管外呈珠状流淌，不会覆盖大量的换热界面，增强换热效果。换热管工作状态截面示意图4。

对比实验