CN104515408B - 多效直热机 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种从中高温废水中回收余热的多效直热机，它的结构包括：蒸发器，蒸汽通道，冷凝器，底座与排水机构。多效直热机主体结构分为左右两大块：一侧是的蒸发器，蒸发器内上下分成多个蒸发室；另一侧是的冷凝器，冷凝器内上下分成多个冷凝室；蒸发器与冷凝器中间有多个条蒸汽通道。中高温废水通过进水管，进入蒸发器，通过筛板进入蒸发室，蒸发产生的蒸汽通过出汽口，经过风机推动，通过蒸汽通道，进入冷凝器的冷凝室；蒸发器内的中高温废水，通过多级蒸发降温；冷凝器内的供暖循环水，通过多级蒸汽凝结加热升温。蒸发器内的中高温废水与冷凝器内的供暖循环水，二者通过蒸发凝结，实现逆流相变换热。

Description

多效直热机

技术领域

本发明涉及热工技术，特别是涉及一种多效直热机。

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／1。

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，换热器间壁很快就被结垢污染而不能正常工作。

目前，为了解决包括冲渣水在内的中高温废水热能的回收问题，出现了一种直热机，它的特点是中高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，从而避免了中高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，它的蒸发器产生的蒸汽向冷凝器扩散的速度较慢，因此，这种直热机的传热功率较小，这种相变传热的传热系数，甚至小于板式换热器。因此。这种直热机的体积较大，成本较高，市场竞争力大打折扣。

包括冲渣水在内的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。

上述有关中高温废水换热器的背景技术，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。

发明内容

为了解决各行业中高温废水热能的回收问题，本发明给出一种多效直热机，它的结构包括：蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、底座与排水机构，蒸发器和冷凝器呈左右直立设置，中高温废水在蒸发器里蒸发产生蒸汽，蒸汽通过蒸发器与冷凝器间的蒸汽通道，进入冷凝器凝结放热，其特征在于：

(1)所说的蒸发器和冷凝器，其内部上下均分为多室，二者室数相等；

(2)所说的蒸汽通道有多条，与蒸发器或冷凝器室数相等，每条蒸汽通道内部均设有风机。

所述蒸发器，它的结构包括：筒体、上封头、下封头、进水管、排水管、多个蒸发室、每个蒸发室一个筛板和一个出汽口；中高温废水通过上封头进水管，进入蒸发器第一蒸发室，通过多孔的筛板形成密集向下的细水流，中高温废水部分蒸发，产生的蒸汽通过出汽口输出；然后再向下进入第二蒸发室，通过筛板又形成密集向下的细水流，中高温废水部分蒸发，产生的蒸汽通过出汽口输出；同样地经过多个蒸发室后，蒸发降温了的剩余废水到达下封头，通过排水管排出。

所述冷凝器，它的结构包括：简体、上封头、下封头、进水管、排水管、真空泵、多个冷凝室、每个冷凝室一个进汽口和一个筛板、每个筛板上一个通气管；供暖回水通过上封头进水管，进入冷凝器第一冷凝室，通过筛板形成密集向下的细水流，通过进汽口输入的蒸汽，在密集细水流的表面凝结放热；然后供暖回水再向下进入第二冷凝室，通过筛板又形成密集向下的细水流，通过进汽口输入的蒸汽，在密集细水流的表面凝结放热；同样地流过多个冷凝室后，被加热了的供暖回水到达下封头，通过排水管排出；在上封头上，设有真空泵，它通过抽气管和各级筛板上的通气管，连续地抽出冷凝器内的不凝气体。

所述蒸汽通道，它的结构包括风机和蒸汽管，它是连接蒸发器的蒸发室与冷凝器的冷凝室间蒸汽传输通道，一个蒸发室与一个冷凝室间有一个蒸汽通道，蒸发器各室与冷凝器各室之间的蒸汽通道的连接顺序相反，第一蒸发室产生的蒸汽，通过出汽口，经过风机加压推动，通过蒸汽管，进入冷凝器的最后的一个冷凝室；蒸发器最后一个蒸发室产生的蒸汽，通过出汽口，经过风机加压推动，通过蒸汽管，进入冷凝器的第一冷凝室；中间几个蒸汽通道连接方法以此类推。

所述底座与排水机构，它的结构包括：底座，蒸发器排水管，蒸发器排水泵，冷凝器排水管，冷凝器排水泵；底座的高度不低于2.5米，排水泵电机转数不高于1450转／分钟；蒸发器内蒸发剩余废水，从下部的蒸发器排水管流下，再经蒸发器排水泵排出；冷凝器内被蒸汽凝结加热的供暖水，从下部的冷凝器排水管流下，再经冷凝器排水泵排出。

所说风机，它可以是通风机，鼓风机，或气体压缩机。

附图说明

图1是本发明多效直热机实施例结构图；

图2是本发明多效直热机实施例的蒸发器结构图；

图3是本发明多效直热机实施例的冷凝器结构图；

图4是本发明多效直热机实施例的蒸汽通道结构图；

图5是本发明多效直热机实施例的底座与排水机构图。

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给出了本发明多效直热机实施例结构图。

本发明多效直热机实施例结构，它包括：蒸发器100，蒸汽通道，冷凝器200和底座与排水机构等四部分。本图1给出了多效直热机实施例主体结构的蒸发器100，蒸汽通道和冷凝器200等三部分。

多效直热机实施例主体结构分为左右两大块：左侧是的蒸发器100，蒸发器100内上下分成三个蒸发室；右侧是的冷凝器200，冷凝器200内上下分成三个冷凝室；蒸发器与冷凝器中间有三条蒸汽通道。

中高温废水通过进水管105，进入蒸发器100，通过筛板107进入第一蒸发室115，蒸发室115内的压力低于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室115后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容。蒸发室115内产生的蒸汽，通过蒸发室115的出汽口，经过风机310推动，通过蒸汽通道315，进入冷凝器200的第三冷凝室235。

蒸发器100的第一蒸发室115内蒸发剩余水，经过筛板，向下进入第二蒸发室。第二蒸发室蒸发产生的蒸汽，通过第二蒸发室出汽口，经过风机推动，通过蒸汽通道，进入冷凝器200的第二冷凝室。

蒸发器100的第二蒸发室内的蒸发剩余水，经过筛板，向下进入第三蒸发室，第三蒸发室蒸发产生的蒸汽，通过第三蒸发室出汽口，经过风机推动，通过蒸汽通道，进入冷凝器200的第一冷凝室215。

蒸发器100内，三级蒸发剩余废水，从下部的排水管150，经排水泵排出。

即，蒸发器100内，上下三级蒸发室产生的蒸汽，分别通过风机加压，分别通过蒸汽通道，按照上下相反顺序进入冷凝器200的三个冷凝室。

供暖循环水的回水从冷凝器的进水管205，进入冷凝器200。通过筛板207，进入冷凝器的第一冷凝室215。被蒸汽加热后，再通过筛板向下进入第二冷凝室。再次被蒸汽加热后，再通过筛板向下进入第三冷凝室235。最后，被加热的供暖循环水从冷凝器的出水管250，经排水泵排出。

在冷凝器200的上方，有一个真空泵201。真空泵201通过抽气管，不断地抽出不凝气体，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，从而可以保证蒸发器和冷凝器系统内的真空度。

蒸发器内的中高温废水，通过三级蒸发降温；冷凝器内的供暖循环水，通过三级蒸汽凝结加热。蒸发器内的中高温废水，与冷凝器内的供暖循环水，二者通过蒸发凝结相变，实现逆流换热。

本发明多效直热机实施例，本图给出三级三效直热机，实际上，可以是任意多级。比如5级5效，即，蒸发器有5个蒸发室，冷凝器有5个冷凝室，蒸发器与冷凝器之间有五个蒸汽通道。

图2给出了本发明多效直热机实施例的蒸发器结构图。

本发明多效直热机实施例的蒸发器，它是一个压力容器，它的结构包括：简体108、上封头106、下封头149、进水管105、第一筛板107、第一蒸发室115、第一出汽口110、第二筛板117、第二蒸发室125、第二出汽口120、第三筛板127、第三蒸发室135、第三出汽口130和排水管150。

中高温废水通过进水管105，进入蒸发器100，通过第一筛板107进入第一蒸发室115，由于第一出汽口110外接风机的抽力作用，蒸发室115内的压力低于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室115后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容。第一蒸发室115内产生的蒸汽，通过第一蒸发室115的出汽口110，经过风机推动，通过蒸汽通道，送往冷凝器。

筛板是一个多孔板，其作用有两个：1，中高温废水通过筛板后，形成众多细水条向下流淌，扩大了蒸发面积，有利于产生蒸汽；2，筛板上表面能保持有一薄层水，对上下两个蒸发室起到水封作用，上下两个蒸发室中的蒸发是在不同的压力下进行的，上下两个蒸发室产生不同温度的蒸汽。

蒸发器的第一蒸发室115内蒸发剩余水，经过筛板117，向下进入第二蒸发室125，第二蒸发室125蒸发产生的蒸汽，通过第二蒸发室出汽口120，经过风机推动，通过蒸汽通道，送往冷凝器。

蒸发器的第二蒸发室125内的蒸发剩余水，经过筛板127，向下进入第三蒸发室135，第三蒸发室135蒸发产生的蒸汽，通过第三蒸发室的出汽口130，经过风机推动，通过蒸汽通道，送往冷凝器。

蒸发器内，三级蒸发剩余废水，从下部的排水管150，经排水泵排出。

图3给出了本发明多效直热机实施例的冷凝器结构图。

本发明多效直热机实施例的冷凝器结构，它是一个压力容器，它的结构包括：筒体208、上封头206、下封头249、进水管205、第一筛板207、通气管202、第一冷凝室215、第一进汽口210、第二筛板217、通气管203、第二冷凝室225、第二进汽口220、第三筛板227、通气管204、第三冷凝室235、第三进汽口230、排水管250。

供暖循环水的回水从冷凝器的上封头206上的进水管205，经过第一筛板207，进入冷凝器的第一冷凝室215，被从第一进汽口210进来的蒸汽凝结加热后，通过筛板217，向下进入第二冷凝室225，再被从第二进汽口220进来的蒸汽凝结加热后，通过筛板227，向下进入第三冷凝室235，再被从第三进汽口230进来的蒸汽凝结加热后，从冷凝器下封头249的出水管250，经排水泵排出。

冷凝器的筛板与蒸发器的筛板作用相似，它也是一个多孔板，其作用有两个：1，供暖循环水通过筛板后，形成众多细水条向下流淌，扩大了冷凝面积，有利于凝结蒸汽；2，筛板上表面能保持有一薄层水，对上下两个冷凝室起到水封作用，上下两个冷凝室中的蒸汽冷凝是在不同的压力下进行的，上下两个冷凝室产生不同温度的供暖循环水。

在冷凝器的每层筛板上，有一个通气管。进入冷凝器的第三冷凝室235的不凝气体，通过筛板227上的通气管204，向上进入第二冷凝室225；第二冷凝室225内的不凝气体，通过筛板217上的通气管203，向上进入第一冷凝室215；第一冷凝室215内的不凝气体，通过筛板207上的通气管202，向上进入上封头206。

在冷凝器的上封头206上方，有一个真空泵201，它通过抽气管，不断地抽出冷凝器内的不凝气体，主要就是中高温废水在蒸发器和冷凝器中析出的溶解气体，以及系统内漏入的空气，排到大气中，从而可以保证系统内的真空度，即保证蒸发器蒸发温度，又保证冷凝器凝结传热。

图4是本发明多效直热机实施例的蒸汽通道结构图。

本发明多效直热机实施例的蒸汽通道的结构包括风机310和蒸汽管315，它是连接蒸发器100与冷凝器200的蒸汽传热通道，共有三条：蒸发器100第一蒸发室内产生的蒸汽，通过第一蒸发室的出汽口110，经过风机310推动，通过第一蒸汽通道的蒸汽管315，进入冷凝器200的第三冷凝室的蒸汽进口230；蒸发器100第二蒸发室内产生的蒸汽，通过第二蒸发室的出汽口，经过风机推动，通过第二蒸汽通道，进入冷凝器200的第二冷凝室的蒸汽进口；蒸发器100第三蒸发室内产生的蒸汽，通过第三蒸发室的出汽口，经过风机推动，通过第三蒸汽通道，进入冷凝器200的第一冷凝室的蒸汽进口。

风机310用于对蒸汽施压，推动蒸汽流动，克服蒸汽流动过程的阻力，使蒸发器内产生的蒸汽快速通过蒸汽通道，进入冷凝器，以提高换热量。风机310可以是通风机，鼓风机或气体压缩机，根据是否需要大幅提高蒸汽压力或温度，综合考虑能耗，确定采用何种风机。

蒸汽通道的蒸汽管315的设计要考虑强度，还要考虑蒸汽流速，蒸汽流速不宜大于40米／秒。蒸汽流速过大时，除了阻力大，功耗大外，蒸发器内蒸汽进入蒸汽通道时，可能带有大量水滴，随着蒸汽一起进入冷凝器，使供暖循环水受到污染。

图5是本发明多效直热机实施例的底座与排水机构图。

本发明多效直热机实施例的底座与排水机构包括：底座400，蒸发器排水管151，蒸发器排水泵152，冷凝器排水管251，冷凝器排水泵252。

蒸发器100内蒸发剩余的饱和废水，从下部的蒸发器排水管151流下，流到底部，由于底座400的高度差产生的静压力，饱和废水压力升高，变成不饱和水，再经电机转数每分钟为1450转的蒸发器排水泵152排出，在蒸发器排水泵152内不会发生汽蚀。

冷凝器内被蒸汽凝结加热的供暖循环水接近饱和水，从下部的冷凝器排水管251流下，流到底部，由于底座400的高度差产生的静压力，排水压力升高，变成不饱和水，再经电机转数每分钟为1450转的冷凝器排水泵252排出，在冷凝器排水泵252内不会发生汽蚀。

为防止蒸发器和冷凝器排水时，在排水泵内发生汽蚀，影响正常排水，底座400的高度不能低于2.5米，蒸发器和冷凝器排水泵电机转数不能高于1450转／分钟。

Claims (1)

1.一种多效直热机，它的结构包括：蒸发器、冷凝器、蒸汽通道、底座与排水机构，蒸发器和冷凝器呈左右直立设置，中高温废水在蒸发器里蒸发产生蒸汽，蒸汽通过蒸发器与冷凝器间的蒸汽通道，进入冷凝器凝结放热，其特征在于：

(1)所述的蒸发器和冷凝器，其内部上下均分为多室，二者室数相等；

(2)所述的蒸汽通道有多条，与蒸发器或冷凝器室数相等，每条蒸汽通道内部均设有风机；

所述蒸发器，它的结构包括：筒体、上封头、下封头、进水管、排水管、多个蒸发室、每个蒸发室一个筛板和一个出汽口；中高温废水通过上封头进水管，进入蒸发器第一蒸发室，通过多孔的筛板形成密集向下的细水流，中高温废水部分蒸发，产生的蒸汽通过出汽口输出；然后再向下进入第二蒸发室，通过筛板又形成密集向下的细水流，中高温废水部分蒸发，产生的蒸汽通过出汽口输出；同样地经过多个蒸发室后，蒸发降温了的剩余废水到达下封头，通过排水管排出；

所述冷凝器，它的结构包括：筒体、上封头、下封头、进水管、排水管、真空泵、多个冷凝室、每个冷凝室一个进汽口和一个筛板、每个筛板上一个通气管；供暖回水通过上封头进水管，进入冷凝器第一冷凝室，通过筛板形成密集向下的细水流，通过进汽口输入的蒸汽，在密集细水流的表面凝结放热；然后供暖回水再向下进入第二冷凝室，通过筛板又形成密集向下的细水流，通过进汽口输入的蒸汽，在密集细水流的表面凝结放热；同样地流过多个冷凝室后，被加热了的供暖回水到达下封头，通过排水管排出；在上封头上，设有真空泵，它通过抽气管和各级筛板上的通气管，连续地抽出冷凝器内的不凝气体；

所述蒸汽通道，它的结构包括风机和蒸汽管，它是连接蒸发器的蒸发室与冷凝器的冷凝室间蒸汽传输通道，一个蒸发室与一个冷凝室间有一个蒸汽通道，蒸发器各室与冷凝器各室之间的蒸汽通道的连接顺序相反，第一蒸发室产生的蒸汽，通过出汽口，经过风机加压推动，通过蒸汽管，进入冷凝器的最后的一个冷凝室；蒸发器最后一个蒸发室产生的蒸汽，通过出汽口，经过风机加压推动，通过蒸汽管，进入冷凝器的第一冷凝室；中间几个蒸汽通道连接方法以此类推；

所述底座与排水机构，它的结构包括：底座，蒸发器排水管，蒸发器排水泵，冷凝器排水管，冷凝器排水泵；底座的高度不低于2.5米，排水泵电机转数不高于1450转/分钟；蒸发器内蒸发剩余废水，从下部的蒸发器排水管流下，再经蒸发器排水泵排出；冷凝器内被蒸汽凝结加热的供暖水，从下部的冷凝器排水管流下，再经冷凝器排水泵排出。