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不到理論效果。很多學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，導致末端傳熱效果下降；第二，末端的低流速帶來了冷凝水在換熱界面上的滯留，尤其是當管內(nèi)走蒸汽時，這種滯留效果隨換熱管長徑比和換熱時間的增長而加重。而*常見的現(xiàn)象就是凝結(jié)水會完全浸潤整個換熱界面，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，這層水膜會嚴重限制蒸發(fā)器的實際使用效果。

　　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，二是及時引出冷凝水。但是這兩種方法在實際工程中都是極難應用的，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，工藝簡單、實用性強，并且可以增強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。

　　疏水材料為納米級二氧化硅，納米級二氧化硅的粒度為1～100nm。將其涂覆在換熱界面上后，其會使換熱界面產(chǎn)生荷葉效應。由于這種荷葉效應的存在，凝水與界面的接觸面積極小，相應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。又因為SiO2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，其對于導熱的阻礙作用遠遠小于液膜。

　　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)用來加強換熱的翼板狀、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，不會大面積覆蓋換熱界面，提高了換熱器的換熱效果，工藝簡單，切實可行，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℃，實用性強。

　　(3)本發(fā)明所述的方法用于蒸發(fā)器或冷凝器時，可以大大減少換熱面積，緩解換熱器長時間運行的換熱惡化情況，并且設(shè)置的疏水膜還可以作為換熱界面的保護膜，增強設(shè)備的耐腐蝕能力，延長設(shè)備的使用壽命，進而降低設(shè)備成本。

　　附圖說明

　　圖1是實施例1的換熱器列管結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖2是實施例1換熱管工作狀態(tài)截面示意圖；

　　圖3是實施例2的換熱器列管結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖4是實施例2換熱管工作狀態(tài)截面示意圖；

　　圖5是對比實驗中采用納米級二氧化硅處理的薄片浸潤后的表面圖；

　　圖6是對比實驗中未作任何處理的薄片浸潤后的表面圖；

　　圖中，1-疏水膜，2-換熱管，3-凝結(jié)水。

　　具體實施方式

　　下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。

　　實施例中用到的所有原料除特殊說明外，均為市購。

　　實施例1

　　本實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)為納米級二氧化硅，粒徑為50±5nm。

　　本實施例所述的冷凝器工作時，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，不會覆蓋大量的換熱界面，增強換熱效果。換熱管工作狀態(tài)截面示意圖見圖2。

　　實施例2

　　本實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 米級二氧化硅，粒徑為80±5nm。

　　本實施例所述的蒸發(fā)器工作時，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，不會覆蓋大量的換熱界面，增強換熱效果。換熱管工作狀態(tài)截面示意圖4。

　　對比實驗

　　兩個50mm×50mm×4mm的碳鋼薄片，一個采用納米級二氧化硅進行涂覆，另一個未作任何處理，將它們同時用水蒸汽浸潤1min后，觀察其表面凝結(jié)水情況。其中，納米級二氧化硅的粒度為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)浸潤后的表面圖，可以很清楚的看出，圖5中薄片表面被浸潤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，液膜厚度甚至可以達到肉眼可見的毫米級。

　　由此可見，采用納米級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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