提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于換熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法。
背景技術(shù)
在換熱設(shè)備領(lǐng)域，蒸發(fā)器的換熱效果一直達(dá)不到理論效果。很多學(xué)者指出了其中的原因：**，以水蒸氣為熱源的蒸發(fā)器在換熱末端氣量減少，氣流速度下降，導(dǎo)致末端傳熱效果下降；第二，末端的低流速帶來(lái)了冷凝水在換熱界面上的滯留，尤其是當(dāng)管內(nèi)走蒸汽時(shí)，這種滯留效果隨換熱管長(zhǎng)徑比和換熱時(shí)間的增長(zhǎng)而加重。而*常見的現(xiàn)象就是凝結(jié)水會(huì)完全浸潤(rùn)整個(gè)換熱界面，而且液膜厚度從蒸汽入口向凝水出口逐漸增厚。水的傳熱系數(shù)不足金屬的1/100，這層水膜會(huì)嚴(yán)重限制蒸發(fā)器的實(shí)際使用效果。
目前，解決冷凝水在換熱界面上的滯留主要存在兩種方法：一是縮短管程，二是及時(shí)引出冷凝水。但是這兩種方法在實(shí)際工程中都是極難應(yīng)用的，尤其是在如今廣泛使用的MVR蒸發(fā)系統(tǒng)中。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法，工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)，并且可以增強(qiáng)換熱界面的抗腐蝕性能。
本發(fā)明所述的提高以蒸汽為熱源的換熱器換熱效果的方法，在換熱器的換熱界面上設(shè)置疏水膜，目的是讓凝水呈珠狀，而不會(huì)形成膜狀。
疏水膜為將傳熱系數(shù)高的疏水材料涂覆在換熱器換熱界面上形成的。
疏水材料為納米級(jí)二氧化硅，納米級(jí)二氧化硅的粒度為1～100nm。將其涂覆在換熱界面上后，其會(huì)使換熱界面產(chǎn)生荷葉效應(yīng)。由于這種荷葉效應(yīng)的存在，凝水與界面的接觸面積極小，相應(yīng)的容易被氣流帶離換熱界面，并且能避免換熱界面被液膜覆蓋。又因?yàn)镾iO2的傳熱系數(shù)為水的兩倍以上，并且這層疏水膜可以做的非常纖薄，疏水膜的厚度為1～15μm，其對(duì)于導(dǎo)熱的阻礙作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于液膜。
疏水膜的耐受溫度為0～160℃。
換熱器為列管換熱器或板式加熱器。
換熱界面為蒸汽側(cè)換熱界面。例如，板式加熱器蒸汽側(cè)換熱界面或加熱器內(nèi)用來(lái)加強(qiáng)換熱的翼板狀、絲狀、條狀、顆粒狀蒸汽側(cè)換熱界面均可以使用此疏水膜。
蒸汽側(cè)換熱界面的材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、鈦材、石墨或鋯材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明在換熱器的換熱界面設(shè)置疏水膜，凝結(jié)水在換熱界面呈珠狀流淌，不會(huì)大面積覆蓋換熱界面，提高了換熱器的換熱效果，工藝簡(jiǎn)單，切實(shí)可行，尤其適用于如今廣泛使用的MVR蒸發(fā)系統(tǒng)。
(2)本發(fā)明設(shè)置的疏水膜能夠耐溫0～160℃，實(shí)用性強(qiáng)。
(3)本發(fā)明所述的方法用于蒸發(fā)器或冷凝器時(shí)，可以大大減少換熱面積，緩解換熱器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的換熱惡化情況，并且設(shè)置的疏水膜還可以作為換熱界面的保護(hù)膜，增強(qiáng)設(shè)備的耐腐蝕能力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而降低設(shè)備成本。
附圖說(shuō)明
圖1是實(shí)施例1的換熱器列管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是實(shí)施例1換熱管工作狀態(tài)截面示意圖；
圖3是實(shí)施例2的換熱器列管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是實(shí)施例2換熱管工作狀態(tài)截面示意圖；
圖5是對(duì)比實(shí)驗(yàn)中采用納米級(jí)二氧化硅處理的薄片浸潤(rùn)后的表面圖；
圖6是對(duì)比實(shí)驗(yàn)中未作任何處理的薄片浸潤(rùn)后的表面圖；
圖中，1-疏水膜，2-換熱管，3-凝結(jié)水。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例中用到的所有原料除特殊說(shuō)明外，均為市購(gòu)。
實(shí)施例1
本實(shí)施例所述的換熱器為冷凝器，其列管結(jié)構(gòu)如圖1所示。疏水膜1涂覆在換熱管2的內(nèi)壁表面上，疏水膜1的厚度為8μm，換熱管2的材質(zhì)為316L不銹鋼，疏水膜1材質(zhì)為納米級(jí)二氧化硅，粒徑為50±5nm。
本實(shí)施例所述的冷凝器工作時(shí)，換熱管2管內(nèi)走熱側(cè)流體，管外走冷側(cè)流體，熱側(cè)流體為蒸汽。管內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水3，在管內(nèi)呈珠狀流淌，不會(huì)覆蓋大量的換熱界面，增強(qiáng)換熱效果。換熱管工作狀態(tài)截面示意圖見圖2。
實(shí)施例2
本實(shí)施例所述的換熱器為蒸發(fā)器，其列管結(jié)構(gòu)如圖3所示。疏水膜1涂覆在換熱管2的外壁表面上，疏水膜1的厚度為10μm，換熱管2的材質(zhì)為T10高碳鋼，疏水膜1材質(zhì)為納 米級(jí)二氧化硅，粒徑為80±5nm。
本實(shí)施例所述的蒸發(fā)器工作時(shí)，換熱管2管內(nèi)走冷側(cè)流體，管外走熱側(cè)流體，熱側(cè)流體為蒸汽。管外產(chǎn)生的凝結(jié)水3，在管外呈珠狀流淌，不會(huì)覆蓋大量的換熱界面，增強(qiáng)換熱效果。換熱管工作狀態(tài)截面示意圖4。
對(duì)比實(shí)驗(yàn)
兩個(gè)50mm×50mm×4mm的碳鋼薄片，一個(gè)采用納米級(jí)二氧化硅進(jìn)行涂覆，另一個(gè)未作任何處理，將它們同時(shí)用水蒸汽浸潤(rùn)1min后，觀察其表面凝結(jié)水情況。其中，納米級(jí)二氧化硅的粒度為30±5nm，涂覆形成的疏水膜的厚度為8μm。圖5和圖6分別為采用納米二氧化硅涂覆后的薄片和未作任何處理的薄片經(jīng)浸潤(rùn)后的表面圖，可以很清楚的看出，圖5中薄片表面被浸潤(rùn)的面積不足總面積的10％，且液體呈珠狀少量分布于表面；圖6中薄片表面幾乎被液體全部浸潤(rùn)，液膜厚度甚至可以達(dá)到肉眼可見的毫米級(jí)。
由此可見，采用納米級(jí)二氧化硅涂覆形成疏水膜的換熱器，在其換熱界面凝結(jié)水呈珠狀流淌，具有更好的換熱能力。
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