第51卷第6期2014年12月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVol.51No.6Dec.2014·单元设备·大气混合冷凝器的优化设计刘建英，魏仕英（成都信息工程学院资源与环境学院，成都610225）摘要：大气混合冷凝器是多效蒸发系统真空获得的关键设备，它对末效二次蒸汽的冷凝效果与生产强度密切相关。基于水蒸气的完全冷凝条件、喷头的抽汽和雾化性能等理论，围绕强化汽液传热和降低流体阻力，提出了大气混合冷凝器的优化设计方案。并以该方案对真空制盐四效蒸发系统的大气混合冷凝器进行了改造。运行结果表明，冷凝器改造前后二次蒸汽管进入冷凝器的真空度由-0.086MPa提高至-0.089MPa，二次蒸汽管的温度下降了6℃，即系统的有效温差增加了6℃，产量提高了11.1%，节能效益显著。同时对该真空系统实际运行过程中存在的问题进行了分析，并提出了对策措施。关键词：大气混合冷凝器；多效蒸发；真空；优化设计；雾化中图分类号：TQ051.6+1；TH122文献标识码：A文章编号：1009-3281（2014）06-0020-005在芒硝、烧碱、真空制盐等行业均采用多效蒸发系统进行蒸发浓缩，能耗成本高达50%以上，节能降耗是企业发展的突破口。在蒸发浓缩过程中，真空是传热的推动力，末效真空度的高低与相对生产强度密切关系，随着末效真空度的提高，生产强度迅速增大[1-2]。因此，维持较高的末效真空度一直是多效蒸发系统节能的关键所在。现有真空系统大多通过大气混合冷凝器配多级蒸汽喷射器和水喷射泵（或水环式真空泵）来保证真空度[3]。其中，大气混合冷凝器通过汽水之间直接传热传质将蒸汽冷凝而产生真空，是形成真空的核心设备[4]；蒸汽喷射器和水喷射泵主要用于抽吸系统中的不凝气。因此，当蒸发量一定时，大气混合冷凝器的运行效果是影响末效蒸发真空度的关键设备。由于大气混合冷凝器在多效蒸发系统的重要地位和作用，对目前常用的大气混合冷凝器多为逆流式混合冷凝器，其内部结构有板式[5]、管式[6]、喷射式[7]，并流式[8]。实际工程应用中，这种逆流式混合冷凝器存在筛孔易结垢堵塞的缺点。筛孔堵塞后将产生很大的流动阻力。以180kt/a的真空制盐四效蒸发系统为例，大气混合冷凝器入口真空为-0.086MPa，一级蒸汽喷射器入口的真空为-0.090MPa，即大气混合冷凝器的阻力损失为4000Pa，对应的温差损失约为7℃。因此，大气混合式冷凝器的流动阻力使蒸发系统损失了很大的有效温差，导致了生产强度的下降。1优化设计理论在多效蒸发系统中，真空由末效的二次蒸汽冷凝获得。因此对于大气混合冷凝器的优化设计重点应放在冷却水与末效二次蒸汽之间的传热传质上。首先应保证二次蒸汽完全冷凝；其次应尽可能降低大气混合冷凝器中的流动阻力。1.1水蒸汽完全冷凝的条件末效二次蒸汽完全被冷却水冷凝，因此有：Gzi"=GwGwΔtw式中Gz——末效二次蒸汽量，kg/h；i"——末效二次蒸汽的热焓，kJ/kg，对于四效蒸发系统可取2616.75kJ/kg[9]；Cw——水的比热；Gw——冷却水量，kg/h；Δt——冷却水进出水温度差。令水汽比q=Gw/Gz，则完全冷凝的条件是：q>2616.75/(4.18·Δtw)由于存在传热阻力，冷却水的最大温升取决于汽水之间的传热阻力或者冷幅高Δt，在喷雾条件下，冷幅高约为2℃，即tw2=ts-2。由此得到水汽比与汽水温差的关系曲线，见图1。收稿日期：2014-04-18作者简介：刘建英（1976—），女，重庆市忠县人，工学博士，讲师。从事废气治理和节能技术研究。义单位时间单位面积上的雾流对于水蒸汽的抽汽量为引射流密度，用jz表示。jz=Gz/A=pzε(λ)W=pzε(λ)azλ图1汽水比与汽水温差的关系Fig.1Relationshipbetweensteam-waterratioandtemperaturedifference如图1所示，汽水冷凝过程存在着完全与不完全冷凝两个区域，冷凝过程属于哪个区域与水汽比、汽水温差有关。当汽水温差一定时，可以通过增加冷却水量完成二次蒸汽的完全冷凝以提高真空度；当冷却水量一定时，可以提高汽水温差以保证二次蒸汽完全冷凝。1.2抽汽喷头的特性热量传递具有三种形式：传导、对流和辐射，对流是液体和气体热量传递的主要方式。所以大气混合冷凝器中二次蒸汽和冷却水之间主要是靠压力差、温度差和密度差所产生的对流进行热交换。因此汽水之间通过...