CN103185332B - 蒸汽直热机 - Google Patents

Abstract

本发明给出水变汽采暖方法，该方法的步骤为：(1)温度低于100℃的中低温废水进入蒸发器，闪蒸产生蒸汽；(2)蒸汽流入散热器，凝结并向外散热；(3)散热器内的凝结水和不凝气体流入到密闭的凝结水回收装置；(4)利用水泵，抽出凝结水回收装置中的凝结水；(5)利用真空泵抽出不凝气体。本发明给出蒸汽直热机，它的结构包括：蒸发器、供热管系统、散热器和凝结水回收装置；温度低于100℃的中低温废水，进入蒸发器并发生闪蒸，产生的蒸汽流入散热器，在散热器内凝结，同时向外散热；散热器中积累的凝结水和不凝气体，进入凝结水回收装置；利用水泵抽出凝结水回收装置中的凝结水，利用真空泵，用于抽出不凝气体。

Description

蒸汽直热机

技术领域

本发明涉及热交换技术，特别是涉及一种蒸汽直热机。

背景技术

我国已经是钢铁生产的大国，钢铁的年产量占世界总产量的40％。无论是炼钢还是炼铁，都要产生大量的炉渣。炉渣是和钢铁相伴随生成，它是钢铁冶炼的副产品，又是一系列重要冶金反应的基本条件，它直接参与钢铁冶炼过程的物理化学反应和传质传热过程，它不仅影响到钢铁产量、质量，而且与原材料、能量的消耗都有密切的关系。

钢铁冶金炉内，产生1400-1500℃的高温炉渣，经渣口流出后，再经渣沟进入冲渣流槽时，以一定的水量、水压及流槽坡度，使水与熔渣流成一定的交角，熔渣受冷冲击，炸裂成一定粒度的合格的水渣。渣水分离后，炉渣用作建筑材料；与高温炉渣进行热交换的冲渣水，进入冲渣水池。冲渣水池通常占地几千平方米，冲渣水池上方热汽腾空，冲渣水温度常年保持在60-80℃，是一个巨大的潜在的热能能源，如果能有效地加以利用，比如说利用冲渣水的热能，冬天为居民区供暖，不仅可以为国家节约大量燃料，而且减少了碳排放，保护了环境。

冲渣水的热能回收利用问题，至今还没有得到很好的解决。

由于冲渣水反复使用，冲渣水中溶进了炉渣中含有的多种无机盐和氧化物，形成了几乎是饱和的盐碱水溶液。当炉渣受冷冲击炸裂成水渣过程中，还有一部分细小的炉渣进入水中悬浮。经实际检测，冲渣水浊度为60-80mg/l。

某供暖企业，通过间壁式换热器，将冲渣水的热量传递给循环水，利用循环水向居民区供暖。仅仅一个冬天，不到4个月的供暖时间，间壁式换热器的冲渣水侧，结垢达3-5厘米，垢层坚硬，风化后变松散。经分析后认为，冲渣水在换热器内结垢的成份为多种含结晶水的无机盐，例如含结晶水的硅酸盐。冲渣水坚硬的结晶水垢，使间壁式换热器几乎完全报废。

有人试图有过滤器过滤冲渣水，以解决冲渣水在换热器上结水垢问题。冲渣水是多种成分的盐碱水，对于盐碱水，过滤器完全没有用。盐碱水可以顺利通过任何过滤器，而到了换热器内部，遇到冷的换热器壁面，盐碱水降温，过饱和，立刻在冷壁面上结晶。

盐碱水溶液中，晶体形成的过程称为结晶。结晶的方法一般有两种：一种是蒸发溶剂法，它适用于温度对溶解度影响不大的物质。沿海地区生产晒盐就是利用的这种方法。另一种是冷却热饱和溶液法，此法适用于温度升高，溶解度也增加的物质。如北方地区的盐湖，夏天温度高，湖面上无晶体出现；每到冬季，气温降低，石碱(Na2CO3·10H2O)、芒硝(Na2SO4·10H2O)等物质就从盐湖里析出来。冲渣水结垢，正是由于在换热器壁面上，冷却了盐碱水热饱和溶液，产生的结晶。

在工农业和人民生活中，排放各种各样的污水，其中一部分是温度低于100℃中低温废水，例如冲渣水。

利用中低温废水对建筑供热，有三个问题：

1，由于中低温废水中含有的杂质成分复杂，若利用通常的间壁式换热器回收热能，换热器间壁很快就被结垢污染而不能正常工作；

2，间壁式换热器传热系数较低；

3，对高层供热，水泵耗功较大。

目前，为了解决中低温废水热能的回收问题，出现了一种对供暖循环水进行加热的直热机，它的特点是中低温废水不是通过间壁换热，而是在饱和压力下蒸发汽化，产生的蒸汽与低温流体进行热交换，从而避免了中低温废水直接与冷流体间壁接触，防止了因为间壁结垢，而造成换热器失效。

但这种直热机有一个问题，在通过间壁对供暖循环水进行加热时，它的热阻较大，影响了直热机总的传热系数。

中低温废水换热器与普通换热器工作条件有很大的区别，普通换热器的设计方法，使用经验，不能用于中低温废水换热器。尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都很成熟，但是，中低温废水换热器科学设计方法，至今，还没有很好解决。

上述有关污水换热器与盐碱水结晶的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、余建祖编著，换热器原理与设计，北京：北京航空航天大学出版社，2010。

2、(美)沙拉，塞库利克著，程林译，换热器设计技术，北京：机械工业出版社，2010。

3、辛剑，王慧龙主编，高等无机化学，北京：高等教育出版时，2010。

4、何凤娇主编，无机化学，北京：科学出版社，2007。

发明内容

为了解决中低温废水热能的回收问题，本发明给出水变汽采暖方法与蒸汽直热机。

本发明给出水变汽采暖方法的步骤为：

(1)温度低于100℃的中低温废水进入蒸发器，蒸发器内的绝对压力低于中低温废水温度对应的饱和压力，中低温废水发生闪蒸，产生蒸汽；

(2)蒸发器的闪蒸蒸汽流入散热器，在散热器内凝结，向外散热；

(3)散热器内的凝结水和不凝气体，流入到密闭的凝结水回收装置；

(4)利用水泵，抽出凝结水回收装置中的凝结水；

(5)利用真空泵，抽出凝结水回收装置中的不凝气体。

本发明给出蒸汽直热机，它的结构包括：蒸发器、供热管系统、散热器和凝结水回收装置；蒸发器是压力容器，上面有几个进出口；供热管系统包括蒸汽管和凝结水管，它连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置；凝结水回收装置是压力容器，上面有几个进出口；温度低于100℃的中低温废水，通过进水管进入蒸发器并发生闪蒸，产生的蒸汽通过蒸汽管进入散热器，蒸汽在散热器内凝结，同时向外散热；散热器中积累的凝结水和不凝气体，通过凝结水管进入凝结水回收装置；凝结水回收装置上有出水口，利用水泵抽出凝结水回收装置中的凝结水，凝结水回收装置上还有抽气口连接真空泵，用于抽出凝结水回收装置中的不凝气体。

所述蒸发器，它的外形是立式的压力容器，它的结构包括：筒体、进水管、喷头、进水调节阀、挡水板、出汽管、水位传感器、出水管和抽水泵；中低温废水经过进水调节阀，通过进水管，经过喷头将水雾化，进入蒸发器，由上向下喷洒；蒸发器内的压力低于进口中低温废水温度对应的饱和压力，部分中低温废水立刻闪蒸成蒸汽；中低温废水产生的蒸汽，绕过挡水板，通过出汽管输出，蒸发器内剩余废水，从下部的出水管，经抽水泵排出；蒸发器上有一个水位传感器，它给出的信号用于控制进水调节阀。

所述供热管系统，它由蒸汽管、蒸汽支管、凝结水支管、蒸汽疏水器、空气阀和凝结水管组成；它连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置；蒸发器的闪蒸蒸汽，通过蒸汽管到达采暖用户，再经过多个蒸汽支管，分别进入多个散热器；散热器中积累的凝结水流过蒸汽疏水器，散热器中积累的不凝气体流过空气阀，凝结水和不凝气通过凝结水支管汇聚到凝结水管，最后流入凝结水回收装置。

所述凝结水回收装置，它的外形是立式的压力容器，它的结构包括：筒体、凝结水管、抽气管、真空泵、水位传感器、出水管、抽水泵和底座；凝结水和不凝气的两相流，通过凝结水管进入凝结水回收装置；在凝结水回收装置的筒体的上部有一个抽气管，抽气管上有一个真空泵，用以抽出凝结水回收装置内的不凝气体；凝结水回收装置内积聚的凝结水，通过下部的出水管，用抽水泵抽出；凝结水回收装置内，有一个水位传感器，它给出的信号用于控制出水管上的抽水泵。

所述散热器为钢串片对流散热器，它的结构包括钢管、钢片、联箱、放气阀及管接头；钢片垂直穿在钢管外表面，二者紧密接触，钢片间距均相同，钢管水平安置，上下多排钢管的两端，分别由联箱进行固定和连通内部流道，上下的多排钢管可以并联，也可以串联，放气阀用于启动时排气，和尽可能地放出蒸汽凝结时析出的不凝气体。

附图说明

图1是本发明水变汽采暖方法的步骤图；

图2是本发明蒸汽直热机实施例的总体结构图；

图3是本发明蒸汽直热机实施例的蒸发器结构图；

图4是本发明蒸汽直热机实施例的供热管系统结构图；

图5是本发明蒸汽直热机实施例的凝结水回收装置结构图。

图6是本发明蒸汽直热机实施例的散热器结构图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明水变汽采暖方法的步骤图。

本发明水变汽采暖方法，主要是针对如何提取温度低于100℃的工业废水的热量,对建筑物进行供热的问题。从根本上解决了利用中低温废水供热常见的三个弊端，即传热系数小，易污染，耗功大等。

水变汽采暖方法的步骤为：

1，温度低于100℃中低温废水，通过进水管进入蒸发器100，蒸发器100内的绝对压力低于大气压，而且低于中低温废水温度对应的饱和压力，于是，中低温废水发生闪蒸，产生的蒸汽通过蒸汽管210流出；

2，闪蒸蒸汽进入散热器300；

3，蒸汽在散热器300内流动凝结，同时向外散热；

4，散热器300内产生的凝结水，以及蒸汽中携带的不凝气体，一起通过散热器300的出口流出，并进入到凝结水回收装置400；

5，凝结水回收装置400有两个出口：真空泵抽气口和凝结水出口，前者通过真空泵抽出凝结水回收装置中的不凝气体，后者通过水泵抽出凝结水回收装置中的凝结水。

图2给出了本发明蒸汽直热机实施例的总体结构图。

本发明蒸汽直热机实施例的总体结构在硬件上分为四大块：一是蒸发器100，二是供热管系统，三是散热器300，四是凝结水回收装置400。蒸发器100是一个立放的压力容器，上面有几个进出口；供热管系统连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置，它主要有蒸汽管210和凝结水管260组成；凝结水回收装置400是一个立放的压力容器，上面有几个进出口。

温度低于100℃中低温废水，通过进水管110进入蒸发器100，中低温废水发生闪蒸，产生的蒸汽通过蒸发器的出汽管140流出，剩余的废水通过出水管130流出；

闪蒸蒸汽通过蒸汽管210分别进入多个散热器300，在散热器300内流动凝结，同时向外散热。在各个散热器中积累的凝结水，以及蒸汽中携带的不凝气体，都向下流动，并汇聚到凝结水管260，并进入到凝结水回收装置400；

凝结水回收装置400上有真空泵抽气口，通过真空泵抽出凝结水回收装置中的不凝气体；还有一个凝结水出口，通过水泵抽出凝结水回收装置中的凝结水。

图3给出了本发明蒸汽直热机实施例的蒸发器结构图。

本发明蒸汽直热机实施例的蒸发器100，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：筒体115、进水管110、喷头125、进水调节阀120、挡水板150、出汽管140、水位传感器160、出水管130和抽水泵135。

中低温废水经过进水调节阀120，通过进水管110，经过喷头125将水雾化，进入蒸发器100，由上向下喷洒。蒸发器100内的压力低于进口中低温废水温度对应的饱和压力，所以，中低温废水进入蒸发器后，部分中低温废水立刻闪蒸成蒸汽。中低温废水产生的蒸汽，绕过挡水板150，通过出汽管140输出。

蒸发器100内剩余的饱和废水，从下部的出水管130经抽水泵135排出。

蒸发器100内，有一个水位传感器160，它给出的信号用于控制进水管100上的进水调节阀120，保证在蒸发器内积水的水面在规定的高度范围内。

图4给出了本发明蒸汽直热机实施例的供热管系统结构图。

本发明蒸汽直热机实施例的供热管系统连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置，它由蒸汽管210、蒸汽支管220、凝结水支管240、蒸汽疏水器250、空气阀230和凝结水管260组成。

从蒸发器来的闪蒸蒸汽，通过蒸汽管210到达采暖用户，再经过多个蒸汽支管220，分别进入多个散热器300。蒸汽在散热器300内流动，同时与散热器内壁进行热交换，蒸汽在内壁面凝结，同时向外传热。在各个散热器中积累的凝结水，通过凝结水支管240和蒸汽疏水器250，蒸汽中携带的不凝气体，通过空气阀230。凝结水和不凝气汇聚到凝结水管260，最后流到凝结水回收装置。

某些种类的蒸汽疏水器250具有通过不凝气功能，可以省去空气阀230。

图5给出了本发明蒸汽直热机实施例的凝结水回收装置结构图。

本发明蒸汽直热机实施例的凝结水回收装置400，它的外形是一个立式的压力容器，它的结构包括：筒体410、凝结水管260、抽气管430、真空泵420、水位传感器440、出水管460抽水泵450和底座470。

凝结水和不凝气的两相流通过凝结水管260，进入凝结水回收装置400，在重力作用下，凝结水在凝结水回收装置400的底部积聚，不凝气占据上部空间。

在凝结水回收装置400的筒体410的上部有一个抽气管430，抽气管430上有一个真空泵420。启动真空泵420，可以将凝结水回收装置400的筒体410内的不凝气抽出，从而保证凝结水回收装置400的筒体410内的压力为对应凝结水温度的饱和压力。

凝结水回收装置内积聚的凝结水，从下部的出水管460经抽水泵450排出。

凝结水回收装置内，有一个水位传感器440，它给出的信号用于控制出水管460上的抽水泵450，保证在凝结水回收装置内积水的水面在规定的高度范围内。

图6给出了本发明蒸汽直热机实施例的散热器结构图。

散热器300为钢串片对流散热器，它的结构包括钢管320、钢片330、联箱350及管接头310。钢片330垂直穿在钢管320外表面，二者紧密接触，钢片间距均相同。钢管320水平安置，上下多排钢管的两端，分别由联箱350进行固定和连通内部流道，上下的多排钢管可以并联，也可以串联。

Claims (4)

1.一种蒸汽直热机，它的结构包括：蒸发器、供热管系统、散热器和凝结水回收装置；蒸发器是压力容器，上面有几个进出口；供热管系统包括蒸汽管和凝结水管，它连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置；凝结水回收装置是压力容器，上面有几个进出口；温度低于100℃的中低温废水，通过进水管进入蒸发器并发生闪蒸，产生的蒸汽通过蒸汽管进入散热器，蒸汽在散热器内凝结，同时向外散热；散热器中积累的凝结水和不凝气体，通过凝结水管进入凝结水回收装置；凝结水回收装置上有出水口，利用水泵抽出凝结水回收装置中的凝结水，其特征在于：凝结水回收装置上还有抽气口连接真空泵，用于抽出凝结水回收装置中的不凝气体，所述蒸发器，它的外形是立式的压力容器，它的结构包括：筒体、进水管、喷头、进水调节阀、挡水板、出汽管、水位传感器、出水管和抽水泵；中低温废水经过进水调节阀，通过进水管，经过喷头将水雾化，进入蒸发器，由上向下喷洒；蒸发器内的压力低于进口中低温废水温度对应的饱和压力，部分中低温废水立刻闪蒸成蒸汽；中低温废水产生的蒸汽，绕过挡水板，通过出汽管输出，蒸发器内剩余废水，从下部的出水管，经抽水泵排出；蒸发器上有一个水位传感器，它给出的信号用于控制进水调节阀。

2.按照权利要求1所述的蒸汽直热机，其特征在于：所述供热管系统，它由蒸汽管、蒸汽支管、凝结水支管、蒸汽疏水器、空气阀和凝结水管组成；它连接蒸发器，散热器和凝结水回收装置；蒸发器的闪蒸蒸汽，通过蒸汽管到达采暖用户，再经过多个蒸汽支管，分别进入多个散热器；散热器中积累的凝结水流过蒸汽疏水器，散热器中积累的不凝气体流过空气阀，凝结水和不凝气通过凝结水支管汇聚到凝结水管，最后流入凝结水回收装置。

3.按照权利要求1或2所述的蒸汽直热机，其特征在于：所述凝结水回收装置，它的外形是立式的压力容器，它的结构包括：筒体、凝结水管、抽气管、真空泵、水位传感器、出水管、抽水泵和底座；凝结水和不凝气的两相流，通过凝结水管进入凝结水回收装置；在凝结水回收装置的筒体的上部有一个抽气管，抽气管上有一个真空泵，用以抽出凝结水回收装置内的不凝气体；凝结水回收装置内积聚的凝结水，通过下部的出水管，用抽水泵抽出；凝结水回收装置内，有一个水位传感器，它给出的信号用于控制出水管上的抽水泵。

4.按照权利要求1或2所述的蒸汽直热机，其特征在于：所述散热器为钢串片对流散热器，它的结构包括钢管、钢片、联箱及管接头；钢片垂直穿在钢管外表面，二者紧密接触，钢片间距均相同，钢管水平安置，上下多排钢管的两端，分别由联箱进行固定和连通内部流道，上下的多排钢管可以并联，也可以串联。