【正文】 trial production. In this paper, inanic salt solution and water as experimental materials to study heat transfer performance of the ultrasonic evaporator. The results showed that: 1） Forms for data use Excel single factor that deal with the influence of the main operating factors on ultrasonic evaporator performance: heat transfer coefficient with the ultrasonic power first and then decrease, as the feed rate increases, as the feed temperature then decreases, with the change of the temperature difference is the dividing line after 50 ℃ , two trends are the first increases and then decreases. 2） Use Minitab for data processing, obtain various factors on the heat transfer coefficient of the best response surface using response surface analysis, factor analysis can be found in each operation sensitivity of the heat transfer coefficient: temperature difference evaporation temperature Flow ultrasonic power density, in the best of all the factors to get a prehensive analysis of response surface ultrasonic evaporator operating conditions for best results. 3) ion chromatography analyzer for sample analysis showed that in the second steam content of each ion is about onethousandth of the concentrate. Secondary steam in terms of ion content can not be ignored, to meet the design requirements. Keywords: Ultrasound。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明： 1) 利用 Excel 表格對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素法處理得出各主要操作因素對超聲式蒸發(fā)器性能的影響：傳熱系數(shù)隨著超聲波功率先增大后減小，隨著進(jìn)料量增大而增大，隨著進(jìn)料溫度先增大后減小，隨著傳熱溫差的變化是以 50℃ 為分界線，兩種趨勢都是先增大后減小。 超聲式蒸發(fā)器除垢性能研究 Descaling Performance of Ultrasonic Evaporator 專業(yè)名稱： 過程裝備與控制工程 姓名 : 房世杰 指導(dǎo)教師姓名： 申請學(xué)位級別： 學(xué)士 論文提交時間： 2022 年 6 月 學(xué)位授予單位： 天津科技大學(xué) 摘 要 超聲式蒸發(fā)器是利用超聲空化提高蒸發(fā)濃縮效率的一種新型的蒸發(fā)設(shè)備，它適用于各 種蒸發(fā)換熱設(shè)備，尤其是可用于容易在蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)垢的物料的蒸發(fā)。 2) 利用 Minitab 對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用響應(yīng)面分析法得出各影響 因素對傳熱系數(shù)的最佳響應(yīng)面，分析可以發(fā)現(xiàn)各操作因素對傳熱系數(shù)的敏感程度：傳熱溫差 ＞ 蒸發(fā)溫度 ＞ 流量 ＞ 超聲波功率密度， 在對所有因子的最佳響應(yīng)面綜合分析得到超聲波蒸發(fā)最佳效果時操作條件。 heat transfer coefficient。 Epstein 在第六屆國際傳熱大會上通過對污垢形成的主要機(jī)制對其分類 [2]，因其利于對污垢特性的認(rèn)識和研究而被國際科技工程所接受。所以中國工廠中許多的換熱器都是由于水質(zhì)問題，導(dǎo)致碳酸鈣形成的污垢附著在換熱器的換熱面上，使得換熱效率降低，大大影響到生產(chǎn)效率。但這并不代表換熱面也是反應(yīng)物，有時候換熱面能夠使化學(xué)反應(yīng)加快。 （ 3） 腐蝕污垢：指流體中含有腐蝕性的雜質(zhì)或者流體具有腐蝕性對換熱器的換熱面腐蝕，甚至是流體與換熱面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的污垢。它是指因?yàn)槲⑸锾旖蚩萍即髮W(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 2 和可視狀態(tài)的有機(jī)物質(zhì)依著在傳遞面上從而形成的污垢。嚴(yán)重的時候，由于換熱設(shè)備在不為人知的情況下發(fā)生損害，導(dǎo)致停機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中都是很正常的。如果一個換熱器內(nèi)存在許許多多的污垢，而且每種污垢都不一樣，它們又混合在一起，這種污垢就是混亂污垢。 換熱設(shè)備的性能是由傳熱性能即傳熱系數(shù)而決定的。為了提高傳熱系數(shù)從而提高換熱效率 [4]，除了改變材料的導(dǎo)熱率以外更天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 3 需要降低傳熱熱阻。污垢造成燃料的浪費(fèi)資源的浪費(fèi)，不僅提高了成本還不符合國家建設(shè)新型節(jié)能型社會的準(zhǔn)則。為了補(bǔ)償因?yàn)槲酃笇?dǎo)致 換熱效率的降低，必然會增加換熱器，增加的換熱器又會產(chǎn)生消耗等，必然會導(dǎo)致投資的增大；而為了避免換熱器的更換過于頻繁，必須要采取一些措施，一般會改變換熱面的材料來減小腐蝕程度，而不容易腐蝕又附合條件的的材料價格都比較昂貴，這樣防腐蝕的目的可以達(dá)到了，但是同樣的對工廠所需要付出的資金也會提高，投資成本變高了，間接地使得效率降低?？偠灾?，雖然換熱器的污垢與日常生活中的無污染有共同的機(jī)制，但由于工業(yè)生產(chǎn)存在一定的溫度梯度，致使換熱面上污垢中類變得更加復(fù)雜，換熱面的污染情況越來越復(fù)雜。為了更好的對污垢提前做好準(zhǔn)備工作，提前做好防除工作，通過對不同條件下污垢的數(shù)據(jù)記錄，研制出了許許多多的對形成污垢的沉降物的監(jiān)測方法。污垢熱阻 Rf 法用來表征無構(gòu)成計(jì)量的主要參數(shù)有：污垢層平均厚度 163。 （ 2）非傳熱量的污垢監(jiān)測方法 [8,9] 由于非傳熱量的污垢監(jiān)測方法有許多種， 在這里簡單的介紹幾種。 除垢方法 化學(xué)除垢 化學(xué)法除垢是根 據(jù)污垢層不同的化學(xué)成分從而選擇不同的酸性化學(xué)溶劑進(jìn)行的溶解除垢。不僅對周圍環(huán)境造成污染，甚至威脅到工人的健康。 機(jī)械清洗 機(jī)械清洗是采用一些輔助清洗工具對其進(jìn)行清洗。它的好處在于操作簡單、價格較低、且無污染等。超聲除垢技術(shù)已經(jīng)被用于管道 等設(shè)備，能很好的完成防止垢層生成與對現(xiàn)存的垢層進(jìn)行除去 [10]。 除垢緩蝕劑 通過化學(xué)試劑吸附，抑制結(jié)晶成長及析 藥劑及排污操作頻繁，費(fèi)用高 出，也可不停機(jī)操作。 高壓水除垢 操作周期短，安全性高。 化學(xué)除垢 除垢徹底，對設(shè)備內(nèi)進(jìn) 需停機(jī)操作，周期較長，費(fèi)用 性循環(huán)處理，效果好。 由上表可以看出，超聲波除垢設(shè)備對設(shè)備的防除垢起到重要的作用。以前只應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)、電子業(yè)，而現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到輕工業(yè)、化工食品業(yè)、紡織技術(shù)業(yè)、原子能、核 醫(yī)學(xué)和服務(wù)等一系列行業(yè)。 2022 年期間，有公司將超聲波防除垢技術(shù)用在冷凝器機(jī)組上，經(jīng)過長達(dá)一年的使用，最終統(tǒng)計(jì)得出其消耗量有顯著地降低 。中國地區(qū)的部分機(jī)組在使用超聲波防除垢設(shè)備后，各項(xiàng)消耗及經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算數(shù)據(jù)如表 12. 表 12 國內(nèi)使用超聲波除垢設(shè)備的機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算機(jī)容量 /MW 100 125 200 300 350 600 全國平均下來煤耗 / [kw*h] 411 383 375 349 329 315 使用后發(fā)電量比率 /％ 3 降低煤耗比率 /％ 降低煤耗 / [kw*h] 1640 1383 1070 831 785 600 使用后煤耗 / [kw*h] 39668 36934 36488 34099 32203 30960 年均發(fā)電小時 /h 7000 7000 7000 7000 7000 7000 年省煤 /T 11480 12101 14980 17450 19230 25200 增加發(fā)電效益 /萬 574 605 749 873 962 1260 某熱電廠在一臺 25MW 的機(jī)組上安裝了 KSD 防除垢設(shè)備（ A 機(jī)組） [12]，而同樣的一臺 25MW 機(jī)組上沒有安裝（ B 機(jī)組）。 而相同時間內(nèi)， B 機(jī)組正常運(yùn)行并沒有出現(xiàn)溫度升高的現(xiàn)象。切實(shí)的解決了多種類的換熱器結(jié)垢問題，提高了換熱效率，降低了能源的使用，同時將污染降到最低，給企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益 [13]。為保證生產(chǎn)，烯烴部聚乙烯裝置于2022 年 7 月檢修時安裝 CMFG 超聲波防除垢裝置，并于一個月后投入生產(chǎn)，一直運(yùn)行到 2022 年 2 月，根據(jù) DCS 運(yùn)行記錄和停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)換熱器板片表面潔凈無污垢，部分呈現(xiàn)出金屬原色。使用超聲防除垢設(shè)備后，結(jié)垢速度明顯下降，生產(chǎn)成本也明顯的降低許多。 超聲波防除垢在國外的應(yīng)用 日本一家叫做營口田川的服裝廠曾經(jīng)利用超聲波用于對生產(chǎn)設(shè)備中的除垢，工廠中有部分冷凝器用于冷卻空氣也安裝了超聲波設(shè)備，除此之外還應(yīng)用到了板式換熱器以及凝氣器中。該站每年需要對加熱裝置內(nèi)的加熱管除垢 3 到 4 次，嚴(yán)重的影響到該站的正常安全生產(chǎn)。熱洗爐仍能夠保持很好的溫度及所需壓力，除垢效果顯著。工作效率降低是不能夠接受的，所以研究發(fā)現(xiàn)假上隔音層會減小許多，但需要注意隔音層會是設(shè)備溫度升高影響正常工作。 （ 3）自 身損耗 超聲波防除垢設(shè)備自身元器件的損耗以及能源的消耗。 超聲 波防除垢儀器十分簡單，操作簡單易學(xué)。并在它還被應(yīng)用在了石油化工、電力設(shè)備其他一系列工業(yè)當(dāng)中去。顯示出其巨大的優(yōu)越性，在各個行業(yè)中超聲技術(shù)將會逐步取代傳統(tǒng)除垢技術(shù)。 本文的研究工作 本文利用學(xué)校自主研發(fā)的超聲式蒸發(fā)器做了大量的實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要研究以下幾方面內(nèi)容： 研究了在相同的條件下超聲波的功率密度對污垢除去能力的影響； 研究了在相同條件下超聲波的工作時長對污垢取 出能力的關(guān)系； 研究了流體溫度對除垢效果的影響； 研究了流體流量對除垢效果的影響； 研究了在不同蒸發(fā)溫度下的除垢效果。自然循環(huán)在某些方面起到重要作用例如在核能工程中被廣泛的應(yīng)用 [14]，自然循環(huán)是利用重位壓差和密度差來驅(qū)動物料流動從而盡量克服其摩擦造成的阻力以及局部的阻力，從而完成整個循環(huán)，達(dá)到換熱蒸發(fā)的目的。它的加 熱室 一般是由管直徑大約為 25mm75mm，長度為 1m2m(長徑比大約是 2040 之間 )的豎直的管所組成的，而在它的周圍是由其他較細(xì)的管包圍起來的。而較為細(xì)的管被稱為加熱管或者沸管。在這種密度差之下，液體從中央循環(huán)管內(nèi)開始下降，在加熱管里面的液體開始向上運(yùn)動，和中央循環(huán)管的液體往復(fù)循環(huán)流動。除此之外，它相對于老式的蒸發(fā)器來說，結(jié)構(gòu)簡單了許多，又節(jié)約了很大一部分空間，制造起來也簡易許多，所以目前為止還有許多廠家在使用，有“標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器”之稱 [15]。這種蒸發(fā)器的換熱面積可達(dá)到幾百百平方米，傳熱系數(shù)大約610w/(m.℃ )3200w/(m.℃ )。而隨著社會不斷地發(fā)展，人們?yōu)榱颂旖蚩萍即髮W(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 13 提高生活水平，不斷地想要提高能量、熱量的利用率。能源的消耗不僅嚴(yán)重影響我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，還使環(huán)境承受著巨大壓力。我國工業(yè)上的能源消耗主要是換熱器傳遞能量時消耗的能量。△ T (21) Q=ρ K) 。 K） /W。 K） /W。而這些由超聲波產(chǎn)生的效應(yīng)會達(dá)到防除垢的目的。物料中的微小氣泡核在超聲波作用下發(fā)生震動，當(dāng)聲壓達(dá)到一定值時發(fā)生振蕩、生長、收縮乃至崩潰的一系列動力學(xué)過 程。這樣可使媒質(zhì)在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵破裂、水相燃燒或熱分解，并可促進(jìn)均相界面的擾動和相界面的更新，從而加速界面間的傳質(zhì)和傳熱過程。在超聲波作用下，污垢只能析出粉末狀的污垢微粒，不