[摘 要]蒸發(fā)器應(yīng)用廣泛。而蒸發(fā)設(shè)備結(jié)垢，不僅增大了設(shè)備的熱阻，降低了設(shè)備的傳熱效率，而且污垢會(huì)腐蝕設(shè)備壁面，導(dǎo)致穿孔，造成物料泄露和損失，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生爆炸隱患。本文采用超聲式蒸發(fā)器，利用超聲波的多種效應(yīng)達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。
　　[關(guān)鍵詞]超聲式蒸發(fā)器;強(qiáng)化傳熱;除垢;最佳效果
　　中圖分類號(hào)：TQ051 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0235-02
　　超聲波的主要作用之一就是空化效應(yīng)。超聲波的能量對(duì)被處理流體介質(zhì)直接產(chǎn)生大量空穴和氣泡，當(dāng)這些空穴和氣泡破裂和擠壓時(shí)，產(chǎn)生一定范圍的強(qiáng)大壓力峰，成垢物質(zhì)在壓力峰作用下，粉碎懸浮于水中，并使已生成的垢層破碎使其易于脫落，這樣達(dá)到超聲波除垢的目的。
　　1、實(shí)驗(yàn)部分
　　1.1 實(shí)驗(yàn)試劑的選定
　　綜合考慮各種因素，碳酸鎂和硫酸鈉垢質(zhì)在不銹鋼上結(jié)垢效果最好。其結(jié)垢垢物豐富，質(zhì)地較為堅(jiān)硬，附著效果最好，因此在選用結(jié)垢物料時(shí)選用碳酸鈉與硫酸鎂溶液混合制備的污垢與同時(shí)析出的硫酸鈉析晶體作為實(shí)驗(yàn)物料模擬高含鹽廢水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
　　1.2 實(shí)驗(yàn)條件選取
　　需要確定的實(shí)驗(yàn)變量為不同溶液濃度下的結(jié)垢天數(shù)。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，采用質(zhì)量濃度為4%的碳酸鈉與硫酸鎂溶液混合碳酸鎂溶液浸泡天數(shù)達(dá)到4天以上，在不銹鋼表面即形成厚度可觀質(zhì)地堅(jiān)硬的垢層，將結(jié)垢后的不銹鋼管材采用流速20ml/h的水流沖洗，垢層難以清洗，加入外力清洗后垢層亦有所殘留，因此采用此條件下生成的垢物進(jìn)行超聲波蒸發(fā)器除垢實(shí)驗(yàn)。
　　1.3 實(shí)驗(yàn)儀器
　　本實(shí)驗(yàn)采用由課題組成員設(shè)計(jì)研發(fā)的超聲式蒸發(fā)器，將超聲波發(fā)生器與中央循環(huán)管蒸發(fā)器相結(jié)合的一種新型蒸發(fā)器。
　　1.4 實(shí)驗(yàn)方法
　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，均采取平均傳熱系數(shù)作為蒸發(fā)器傳熱性能的標(biāo)準(zhǔn)。
　　本實(shí)驗(yàn)為了獲得結(jié)垢前后超聲波蒸發(fā)器傳熱系數(shù)隨各操作參數(shù)：進(jìn)料流量、蒸發(fā)溫度、傳熱溫差、超聲波功率密度等的變化情況，以及超聲蒸發(fā)器的強(qiáng)化傳熱效率，除垢的效果采用重復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)平均值計(jì)算傳熱系數(shù)作為實(shí)測(cè)值，其計(jì)算方程如下：
　　式中：hav—蒸發(fā)器的平均傳熱系數(shù)，（W/m2·℃）;
　　Q—單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)壁面所傳遞的熱量，（J）;
　　A—蒸發(fā)器的總傳熱面積，（m2）;
　　△t—平均傳熱溫差，即蒸發(fā)管內(nèi)壁溫度Tw減去蒸發(fā)溫度Tsat再減去溫差損失之差，（℃）;
　　T—蒸發(fā)時(shí)間，（s）;
　　m—10min內(nèi)冷凝水質(zhì)量，（kg）;
　　r—飽和水蒸汽汽化熱，（kJ·kg-1）;
　　在其它條件相同的情況下，超聲波功率密度為0和W（W≠0）所對(duì)應(yīng)的傳熱系數(shù)分別為h0和hw，在此定義超聲波作用于自來(lái)水蒸發(fā)過(guò)程的強(qiáng)化效率J為：
　　h0—超聲波功率密度為0時(shí)所對(duì)應(yīng)的傳熱系數(shù)，（W/m2·℃）;
　　hw—超聲波功率密度為W時(shí)所對(duì)應(yīng)的傳熱系數(shù)，（W/m2·℃）。
　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：
　　鍋爐的壓力、溫度及水位、物料的進(jìn)料溫度、進(jìn)料流量、通、二次蒸汽冷凝量和加熱蒸汽冷凝量、管內(nèi)壓力和蒸發(fā)溫度。
　　（1）不加超聲，不同蒸發(fā)溫度下蒸發(fā)器結(jié)垢前后傳熱系數(shù)變化
　　上圖1按從左向右，從上至下順序依次為分別為：（1）蒸發(fā)溫度為65℃，有無(wú)結(jié)垢情況下傳熱系數(shù)對(duì)比;（2）蒸發(fā)溫度為70℃，有無(wú)結(jié)垢情況下傳熱系數(shù)對(duì)比;（3）蒸發(fā)溫度為75℃，有無(wú)結(jié)垢情況下傳熱系數(shù)對(duì)比;（4）蒸發(fā)溫度為80℃，有無(wú)結(jié)垢情況下傳熱系數(shù)對(duì)比;（5）蒸發(fā)溫度為85℃，有無(wú)結(jié)垢情況下傳熱系數(shù)對(duì)比;（6）無(wú)垢時(shí)蒸發(fā)溫度85℃、進(jìn)料流量為40L/h蒸發(fā)器無(wú)垢時(shí)傳熱系數(shù)隨超聲波功率密度變化情況。
　　上圖（1）-（5）為不加超聲波情況下，不同進(jìn)料溫度下，蒸發(fā)器結(jié)垢前后傳熱系數(shù)隨進(jìn)料流量的變化。無(wú)垢的傳熱系數(shù)均在有垢的上方，說(shuō)明在未結(jié)垢時(shí)，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)基本隨著進(jìn)料流量和蒸發(fā)溫度的增加而增加。由于壁面發(fā)生結(jié)垢，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)均比無(wú)垢時(shí)降低，傳熱系數(shù)的下降率均在5%以上，下降率最大的可達(dá)到64%。在80℃，有垢和無(wú)垢?jìng)鳠嵯禂?shù)隨著進(jìn)料流量增大到一定程度反而降低，85℃時(shí)，無(wú)垢的傳熱系數(shù)歲進(jìn)料流量增大基本處于平緩，而有垢情況下當(dāng)進(jìn)料流量達(dá)到一定程度下降非常明顯，這是由于溫度越高使壁面處的污垢層質(zhì)地密集，遠(yuǎn)離壁面地方的垢層質(zhì)地稀疏，沉積在蒸發(fā)器壁面的垢質(zhì)與壁面的結(jié)合程度比低溫度下結(jié)合牢固，使得在高蒸發(fā)溫度進(jìn)料流量增大的情況下，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)下降較大。說(shuō)明即使增大流量增加溫度也不會(huì)使垢物去除。
　�。�2）無(wú)垢時(shí)，超聲波功率密度對(duì)傳熱系數(shù)的影響
　　圖（6）所示為無(wú)垢時(shí)蒸發(fā)溫度85℃、進(jìn)料流量為40L/h蒸發(fā)器無(wú)垢時(shí)傳熱系數(shù)隨超聲波功率密度變化情況。隨著超聲波功率密度的增加，蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)由822.4W/m2·℃逐漸增大至最大值1080.4W/m2·℃，然后又減小至962.7W/m2·℃，蒸發(fā)器傳熱系數(shù)隨功率密度的變化出現(xiàn)一個(gè)峰值，在此工作條件下，為最佳工作點(diǎn)。
　�。�3）結(jié)垢條件下，85℃，不同流量下功率密度對(duì)傳熱系數(shù)的影響
　　上圖2按從左向右，從上至下順序依次為分別為：（1）不同進(jìn)料流量下蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)隨功率密度的變化;（2）不同蒸發(fā)溫度下蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)隨功率密度的變化;（3）三種情況下蒸發(fā)器傳熱系數(shù)對(duì)比;（4）傳熱系數(shù)強(qiáng)化效率。
　　上圖（1）為有垢條件下，85℃，不同進(jìn)料流量下傳熱系數(shù)隨超聲波功率密度變化情況。（因?yàn)樵趫D6發(fā)現(xiàn)有垢條件下85℃的時(shí)候達(dá)到最大傳熱系數(shù)。故選擇85℃）
　　同蒸發(fā)器無(wú)垢時(shí)一樣，傳熱系數(shù)隨著超聲波功率的增加先增加，達(dá)到一個(gè)最大值后再減小。蒸發(fā)器無(wú)垢時(shí)，當(dāng)超聲波功率為0.9W/cm2時(shí)得到最大傳熱系數(shù);當(dāng)蒸發(fā)管壁上存在污垢時(shí)，傳熱系數(shù)在0.6W/cm2時(shí)達(dá)到最大，之后隨著超聲波功率的增加逐漸減小趨勢(shì)或有輕微波動(dòng)。有污垢時(shí)達(dá)到的最大傳熱系數(shù)小于無(wú)垢的最大傳熱系數(shù)。

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