CN103185369A

CN103185369A - 直热机

Info

Publication number: CN103185369A
Application number: CN2012103136112A
Authority: CN
Inventors: 尚德敏; 李金峰; 李伟
Original assignee: HIT (HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY) KINT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HIT (HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY) KINT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-07-03

Abstract

本发明给出一种直热机，它的结构包括：蒸发器、冷凝器、除空气装置和防空化装置。中高温废水在蒸发器里闪蒸产生蒸汽，蒸发器与冷凝器间有蒸汽通道，蒸汽在冷凝器中凝结放热。除空气装置从冷凝器上方接出，防空化装置接在蒸发器下方出水口上。蒸发器是卧式压力容器，冷凝器是卧式壳管式换热器。除空气装置结构包括：集气罐、真空泵。防空化装置结构包括：抽水泵、喷水泵、喷嘴和扩压管。蒸发器内闪蒸剩余的饱和废水流入增压器内，增压器内一个喷嘴，它连接喷水管和喷水泵；增压器内一个扩压管，它连接出水管和抽水泵。增压器内喷嘴高速喷射，射水流与饱和废水混合并一起流动，进入扩压管减速增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出。

Description

直热机

技术领域

本发明涉及热交换技术，特别是涉及一种直热机。

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，其中一部分是温度为50-100℃中高温废水，例如冲渣水。由于中高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，换热器可能很快就被污染而不能正常工作。到目前为止，中高温废水热能的回收问题，还没有得到很好的解决。

中高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，不能用于中高温废水换热器。尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都很成熟，但是，中高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、赵军，戴传山主编，地源热泵技术与建筑节能应用，北京：中国建筑工业出版社，2009。

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

为了解决中高温废水热能的回收问题，本发明给出一种直热机，它的主要结构包括：蒸发器、冷凝器、除空气装置和防空化装置，中高温废水在蒸发器里闪蒸产生蒸汽，蒸发器与冷凝器间有蒸汽通道，蒸汽在冷凝器中凝结放热，除空气装置从冷凝器上方接出，防空化装置接在蒸发器下方出水口上，其特征在于：

(1)所说蒸发器是卧式蒸发器；

(2)所说防空化装置包括：喷水泵、增压器和抽水泵。

所述蒸发器是卧式的压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、折流板、积水室、水位传感器和出水口；中高温废水通过进水管进入蒸发器，沿着多级折流板的曲折通道，逐级向下滑落，同时闪蒸产生的蒸汽，通过蒸汽通道，向上进入冷凝器，蒸发器内剩余的饱和废水，从下部的排水口进入增压器增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出；蒸发器内，有一个水位传感器，它给出的信号用于控制进水管上的一个进水调节阀，保证在蒸发器内积水室水面在规定的高度范围内。

所述冷凝器是卧式的壳管式换热器，它是压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道、集气管、进水管、热水管、折流板、凝结水管和出水管；供暖循环水通过给水泵，由进水管进入冷凝器，流入水平的多个热水管管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，经过两个流程被加热后，通过出水管流出；从蒸汽通道进来的蒸汽，在热水管外流动，绕过多个折流板，同时凝结放热，凝结水通过凝结水管流入蒸发器中；在冷凝器的末端上方，有一个集气管，它连接集气罐和真空泵，不断地抽出系统中的不凝气体。

所述除空气装置的结构包括：集气罐、逆止阀、真空泵、温度传感器和控制器；集气罐通过集气管，连接在冷凝器的顶部，集气罐的出气管连接真空泵，真空泵前有逆止阀，真空泵抽出系统中的不凝气体，真空泵的开闭受控制器控制，控制器采集集气罐和冷凝器的温度传感器的数值，当两者温差大于规定值时，就启动真空泵，没有温差就停。

所述防空化装置的结构包括：增压器、出水管、抽水泵、喷水管、喷水泵，其中增压器包括喷嘴、扩压管和筒体；蒸发器内闪蒸剩余的饱和废水，从下部的排水口流入增压器的筒体内，增压器内的一侧有一个喷嘴，它连接喷水管和喷水泵；增压器内的另一侧，与喷嘴相对，有一个扩压管，它连接出水管和抽水泵；喷水管和喷水泵内的水流来自出水管的抽水泵的出水口后边，它是不饱和水，经过喷水管和喷水泵加压，再通过增压器内喷嘴高速喷射，射水流与饱和废水混合并一起流动，进入扩压管减速增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出。

附图说明

图1是本发明直热机实施例的系统图；

图2是本发明直热机实施例的蒸发器结构图；

图3是本发明直热机实施例的冷凝器结构图；

图4是本发明直热机实施例的除空气装置结构图；

图5是本发明直热机实施例的防空化装置结构图；

图6是本发明直热机实施例的总体结构图。

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给出了本发明直热机实施例的系统图，按流程说明直热机系统如下：

1，中高温废水通过进水管道进入蒸发器30，在进水管道上有进水调节阀31；

2，蒸发器30内的压力低于进来的中高温废水温度对应的饱和压力，所以，中高温废水进入蒸发器后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容；

3，蒸发器30内产生的蒸汽，通过蒸汽输送通道34，进入冷凝器20；

4，蒸发器30内剩余的饱和废水，从下部的排水口流出，进入增压器40，压力升高，变成不饱和水，再经抽水泵45排出；

5，供暖循环水通过进水管上的给水泵46，进入冷凝器20；

6，冷凝器20为间壁式换热器，间壁的一侧是中高温废水产生的蒸汽，另一侧是供暖循环水，蒸汽放热，通过间壁加热供暖循环水，蒸汽的热量提高了循环水温度；

7，在冷凝器20内被加热了的供暖循环水，通过出水管21流出；

8，在冷凝器20的上方，有一个集气罐10和真空泵12。真空泵12不断地抽出集气罐10内积存的包括蒸发器和冷凝器在内的系统中的不凝气体，主要就是中高温废水析出的溶解气体，以及系统内漏入的空气，从而可以保证系统内的真空度；

9，在冷凝器20内的蒸汽加热循环水后产生的凝结水，通过凝结水管35流出。

图2给出了本发明直热机实施例的蒸发器结构图。

本发明直热机实施例的蒸发器30，它的外形是一个卧式的压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道34、进水管36、折流板39、积水室38、水位传感器33、凝结水管35和出水口37。

中高温废水通过进水管36进入蒸发器30，在进水管上有进水调节阀。中高温废水进入蒸发器30后，沿着多级折流板39的曲折通道，逐级向下滑落。蒸发器30内的压力低于进口中高温废水温度对应的饱和压力，所以，中高温废水进入蒸发器后立刻蒸发。中高温废水产生的蒸汽，通过蒸汽通道34，向上进入冷凝器。冷凝器产生的凝结水沿着凝结水管35直接流入蒸发器30的积水室38。蒸发器30内剩余的饱和废水，从下部的排水口37流出，进入增压器增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出。

蒸发器30内，有一个水位传感器33，它给出的信号用于控制进水管36上的进水调节阀，保证在蒸发器内积水室38水面在规定的高度范围内。

图3给出了本发明直热机实施例的冷凝器结构图。

本发明直热机实施例的冷凝器20结构，它是一个卧式的壳管式换热器，它的外形是一个压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道34、集气管22、进水管26、热水管28、折流板27、凝结水管35和出水管21。

供暖循环水通过给水泵，由进水管26进入卧式壳管式冷凝器20，进入水平的多个热水管28管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，蒸汽放热，通过管壁加热供暖循环水，蒸汽的热量提高了循环水温度。在冷凝器20内供暖循环水，经过两个流程被加热后，通过出水管21流出。

从蒸汽通道34进来的蒸发器内产生的蒸汽，在冷凝器20内，绕过多个折流板27，曲线流动，同时凝结放热。冷凝器20底部的积聚的凝结水，通过凝结水管35流入蒸发器中。

在冷凝器20的末端上方，有一个集气管22，它连接集气罐和真空泵。通过集气管22，真空泵不断地抽出包括蒸发器和冷凝器在内的系统中的不凝气体，主要就是中高温废水析出的溶解气体，以及系统内漏入的空气，从而可以保证系统内的真空度。

图4给出了本发明直热机实施例的除空气装置结构图。

本发明直热机实施例的除空气装置包括：集气罐10、逆止阀11、真空泵12、温度传感器14、15和控制器16。

在冷凝器20的上方，通过集气管22连接集气罐10，集气罐10的出气管连接逆止阀11和真空泵12，不断地抽出包括蒸发器和冷凝器在内的系统中的不凝气体，主要就是中高温废水析出的溶解气体，以及系统内漏入的空气，从而可以保证系统内的真空度。

真空泵12的开闭受控制器16控制，控制器16随时采集集气罐10上的温度传感器14和冷凝器20上的温度传感器15的数值。当两者温差大于规定值，控制器16就启动真空泵12，抽出集气罐10中的不凝气体，没有温差就停。其原理是，集气罐内蒸汽凝结，空气积聚越多，累积空气分压升高，蒸汽分压下降，集气罐壁温就下降。

图5给出了本发明直热机实施例的防空化装置结构图。

本发明直热机实施例的防空化装置包括：增压器40、出水管47、抽水泵45、喷水管44、喷水泵41，其中增压器40包括喷嘴42、扩压管43和一个筒体。

蒸发器30内剩余的饱和废水，从下部的排水口37流出，进入增压器40的筒体内。增压器40内的一侧有一个喷嘴42，它连接喷水管44和喷水泵41；增压器40内的另一侧，与喷嘴42相对，有一个扩压管43，它连接出水管47和抽水泵45。

喷水管44和喷水泵41内的水流来自出水管47的抽水泵45的出水口后边，它是不饱和水，经过喷水管44和喷水泵41加压，再通过增压器40内喷嘴42高速喷射，由于粘性携带作用，射水流与排水口37流下来的饱和废水混合并一起流动，进入扩压管43减速增压，变成不饱和水，再经抽水泵45排出，可以保证抽水泵45内不产生空化，确保抽水泵45可以正常工作。

图6给出了本发明直热机实施例的总体结构图。

本发明直热机实施例的总体结构，如图所示。

本发明直热机实施例的总体结构在外形上分为上下两大块：下方是卧式的蒸发器30和增压器40，上方是卧式的冷凝器20和集气罐10，中间有蒸汽通道34。

中高温废水通过进水管进入蒸发器30，在进水管上有进水调节阀31。蒸发器30内的压力低于进口中高温废水温度对应的饱和压力，所以，中高温废水进入蒸发器后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容。蒸发器30内产生的蒸汽，通过蒸汽通道34，从冷凝器20的前端底部进入冷凝器20。

蒸发器30内闪蒸剩余的饱和废水，从下部的排水口流进增压器40，由于喷水泵41的射流裹挟和增压器内的减速增压作用，饱和废水压力升高，变成不饱和水，再经抽水泵45排出。

供暖循环水通过给水泵46，由进水管进入卧式壳管式冷凝器20，进入水平的多个热水管管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，蒸汽放热，通过管壁加热供暖循环水，蒸汽的热量提高了循环水温度。经过两个流程后，在冷凝器20内被加热了的供暖循环水，通过出水管21流出。

蒸发器30内产生的蒸汽，从蒸汽通道34向上进入冷凝器20后，由于多个折流板的阻挡，水平波浪形前进，扫过众多热水管外壁面，同时凝结放热。

在冷凝器20的后端上方，有一个集气罐10和真空泵12。真空泵12不断地抽出集气罐10内包括蒸发器和冷凝器在内的系统中的不凝气体，主要就是中高温废水析出的溶解气体，以及系统内漏入的空气，从而可以保证系统内的真空度。

冷凝器20底部的积聚的凝结水，通过凝结水管35流入蒸发器30的排水口中。

Claims

1.一种直热机，它的主要结构包括：蒸发器、冷凝器、除空气装置和防空化装置，中高温废水在蒸发器里闪蒸产生蒸汽，蒸发器与冷凝器间有蒸汽通道，蒸汽在冷凝器中凝结放热，除空气装置从冷凝器上方接出，防空化装置接在蒸发器下方出水口上，其特征在于：

(1)所说蒸发器是卧式蒸发器；

(2)所说防空化装置包括：喷水泵、增压器和抽水泵。

2.按照权利要求1所述的直热机，其特征在于：所述蒸发器是卧式的压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、折流板、积水室、水位传感器和出水口；中高温废水通过进水管进入蒸发器，沿着多级折流板的曲折通道，逐级向下滑落，同时闪蒸产生的蒸汽，通过蒸汽通道，向上进入冷凝器，蒸发器内剩余的饱和废水，从下部的排水口进入增压器增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出；蒸发器内，有一个水位传感器，它给出的信号用于控制进水管上的一个进水调节阀，保证在蒸发器内积水室水面在规定的高度范围内。

3.按照权利要求1所述的直热机，其特征在于：所述冷凝器是卧式的壳管式换热器，它是压力容器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道、集气管、进水管、热水管、折流板、凝结水管和出水管；供暖循环水通过给水泵，由进水管进入冷凝器，流入水平的多个热水管管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，经过两个流程被加热后，通过出水管流出；从蒸汽通道进来的蒸汽，在热水管外流动，绕过多个折流板，同时凝结放热，凝结水通过凝结水管流入蒸发器中；在冷凝器的末端上方，有一个集气管，它连接集气罐和真空泵，不断地抽出系统中的不凝气体。

4.按照权利要求1所述的直热机，其特征在于：所述除空气装置的结构包括：集气罐、逆止阀、真空泵、温度传感器和控制器；集气罐通过集气管，连接在冷凝器的顶部，集气罐的出气管连接真空泵，真空泵前有逆止阀，真空泵抽出系统中的不凝气体，真空泵的开闭受控制器控制，控制器采集集气罐和冷凝器的温度传感器的数值，当两者温差大于规定值时，就启动真空泵，没有温差就停。

5.按照权利要求1所述的直热机，其特征在于：所述防空化装置的结构包括：增压器、出水管、抽水泵、喷水管、喷水泵，其中增压器包括喷嘴、扩压管和筒体；蒸发器内闪蒸剩余的饱和废水，从下部的排水口流入增压器的筒体内，增压器内的一侧有一个喷嘴，它连接喷水管和喷水泵；增压器内的另一侧，与喷嘴相对，有一个扩压管，它连接出水管和抽水泵；喷水管和喷水泵内的水流来自出水管的抽水泵的出水口后边，它是不饱和水，经过喷水管和喷水泵加压，再通过增压器内喷嘴高速喷射，射水流与饱和废水混合并一起流动，进入扩压管减速增压，变成不饱和水，再经抽水泵排出。