專利名稱：低位直熱機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換技術(shù)，特別是涉及一種低位直熱機(jī)。
背景技術(shù)：
我國已經(jīng)是鋼鐵生產(chǎn)的大國，鋼鐵的年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的40%。無論是煉鋼還是煉鐵，都要產(chǎn)生大量的爐渣。爐渣是和鋼鐵相伴隨生成，它是鋼鐵冶煉的副產(chǎn)品，又是一系列重要冶金反應(yīng)的基本條件，它直接參與鋼鐵冶煉過程的物理化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)傳熱過程，它不僅影響到鋼鐵產(chǎn)量、質(zhì)量，而且與原材料、能量的消耗都有密切的關(guān)系。鋼鐵冶金爐內(nèi)，產(chǎn)生1400-1500°C的高溫爐渣，經(jīng)渣口流出后，再經(jīng)渣溝進(jìn)入沖渣流槽時(shí)，以一定的水量、水壓及流槽坡度，使水與熔渣流成一定的交角，熔渣受冷沖擊，炸裂成一定粒度的合格的水渣。渣水分離后，爐渣用作建筑材料；與高溫爐渣進(jìn)行熱交換的沖渣水，進(jìn)入沖渣水池。沖渣水池通常占地幾千平方米，沖渣水池上方熱汽騰空，沖渣水溫度常年保持在60-80°C，是一個(gè)巨大的潛在的熱能能源，如果能有效地加以利用，比如說利用沖渣水的熱能，冬天為居民區(qū)供暖，不僅可以為國家節(jié)約大量燃料，而且減少了碳排放，保護(hù)了環(huán)境。沖渣水的熱能回收利用問題，至今還沒有得到很好的解決。由于沖渣水反復(fù)使用，沖渣水中溶進(jìn)了爐渣中含有的多種無機(jī)鹽和氧化物，形成了幾乎是飽和的鹽堿水溶液。當(dāng)爐渣受冷沖擊炸裂成水渣過程中,還有一部分細(xì)小的爐渣進(jìn)入水中懸浮。經(jīng)實(shí)際檢測，沖渣水濁度為60-80mg/l。某供暖企業(yè)，通過間壁式換熱器，將沖渣水的熱量傳遞給循環(huán)水，利用循環(huán)水向居民區(qū)供暖。僅僅一個(gè)冬天，不到4個(gè)月的供暖時(shí)間，間壁式換熱器的沖渣水側(cè)，結(jié)垢達(dá)3-5厘米，垢層堅(jiān)硬，風(fēng)化后變松散。經(jīng)分析后認(rèn)為，沖渣水在換熱器內(nèi)結(jié)垢的成份為多種含結(jié)晶水的無機(jī)鹽，例如含結(jié)晶水的硅酸鹽。沖渣水堅(jiān)硬的結(jié)晶水垢，使間壁式換熱器幾乎完全報(bào)廢。有人試圖有過濾器過濾沖渣水，以解決沖渣水在換熱器上結(jié)水垢問題。沖渣水是多種成分的鹽堿水，對于鹽堿水，過濾器完全沒有用。鹽堿水可以順利通過任何過濾器，而到了換熱器內(nèi)部，遇到冷的換熱器壁面，鹽堿水降溫，過飽和，立刻在冷壁面上結(jié)晶。鹽堿水溶液中，晶體形成的過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶的方法一般有兩種:一種是蒸發(fā)溶劑法，它適用于溫度對溶解度影響不大的物質(zhì)。沿海地區(qū)生產(chǎn)曬鹽就是利用的這種方法。另一種是冷卻熱飽和溶液法，此法適用于溫度升高，溶解度也增加的物質(zhì)。如北方地區(qū)的鹽湖，夏天溫度高，湖面上無晶體出現(xiàn)；每到冬季，氣溫降低，石堿(Na2C03.10H20)、芒硝(Na2S04.10H20)等物質(zhì)就從鹽湖里析出來。沖渣水結(jié)垢，正是由于在換熱器壁面上，冷卻了鹽堿水熱飽和溶液，產(chǎn)生的結(jié)晶。在工農(nóng)業(yè)和人民生活中，排放各種各樣的污水，其中一部分是溫度為50-100°C中高溫廢水，例如沖渣水。由于中高溫廢水中含有的雜質(zhì)成分復(fù)雜，若利用通常的間壁式換熱器回收熱能，換熱器間壁很快就被結(jié)垢污染而不能正常工作。
目前，為了解決中高溫廢水熱能的回收問題，出現(xiàn)了一種直熱機(jī)，它的特點(diǎn)是中高溫廢水不是通過間壁換熱，而是在飽和壓力下蒸發(fā)汽化，產(chǎn)生的蒸汽與低溫流體進(jìn)行熱交換，從而避免了中高溫廢水直接與冷流體間壁接觸，防止了因?yàn)殚g壁結(jié)垢，而造成換熱器失效。但這種直熱機(jī)有一個(gè)問題，它的蒸發(fā)器在冷凝器下邊，為了將蒸發(fā)器中的飽和廢熱水用水泵排出蒸發(fā)器而不發(fā)生汽化，不得不把蒸發(fā)器抬高幾米，利用熱水靜壓克服汽化。這樣就造成了整個(gè)直熱機(jī)高達(dá)數(shù)米，在通常的機(jī)房空間條件下無法安置。中高溫廢水換熱器與普通換熱器工作條件有很大的區(qū)別，普通換熱器的設(shè)計(jì)方法，使用經(jīng)驗(yàn)，不能用于中高溫廢水換熱器。盡管普通換熱器的設(shè)計(jì)方法與制造工藝，都很成熟，但是，中高溫廢水換熱器科學(xué)設(shè)計(jì)方法，至今，還沒有很好解決。上述有關(guān)污水換熱器與鹽堿水結(jié)晶的背景技術(shù)，在以下專著中有詳細(xì)描述:1、余建祖編著，換熱器原理與設(shè)計(jì)，北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2010。2、(美)沙拉,塞庫利克著,程林譯，換熱器設(shè)計(jì)技術(shù),北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010。3、辛劍，王慧龍主編，高等無機(jī)化學(xué)，北京:高等教育出版時(shí)，2010。4、何鳳嬌主編，無機(jī)化學(xué)，北京:科學(xué)出版社,2007。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決中高溫廢水熱能的回收問題，本發(fā)明給出一種低位直熱機(jī),它的主要結(jié)構(gòu)包括:蒸發(fā)器、冷凝器和除空氣裝置，蒸發(fā)器和冷凝器呈上下設(shè)置，蒸發(fā)器在上，冷凝器在下。中高溫廢水在蒸發(fā)器里閃蒸產(chǎn)生蒸汽，蒸發(fā)器與冷凝器間有蒸汽通道，蒸汽進(jìn)入冷凝器凝結(jié)放熱，除空氣裝置從冷凝器上方接出。蒸發(fā)器是臥式壓力容器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體、封頭、蒸汽通道、進(jìn)水管、噴水管、淋水盤、積水室、排水管和支架；中高溫廢水通過進(jìn)水管進(jìn)入蒸發(fā)器，從噴水管的狹長噴口向下噴出，沿著淋水盤表面流動(dòng)，并在淋水盤邊緣向下流淌，同時(shí)閃蒸蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽通道進(jìn)入冷凝器，閃蒸剩余的廢水，進(jìn)入排水管，再經(jīng)抽水泵排出。噴水管為水平設(shè)置，其長度約為蒸發(fā)器筒體長度的三分之二，噴水管沿全長向下開有狹長噴口，狹長噴口分為幾段:始段水壓高時(shí)的窄細(xì)噴口，中段中水壓時(shí)的噴口，末段低水壓時(shí)寬噴口，噴水管終端是敞口的，能排出中高溫廢水中的較大雜物。 淋水盤的主體是水平設(shè)置的矩形的底板，它的長度約為蒸發(fā)器筒體長度的四分之三，它的寬度約為蒸發(fā)器筒體直徑的三分之二，它的始端彎曲向上部分為端板，端板上有一孔，為支撐噴水管的貫穿孔，底板的其它三個(gè)邊緣為裸邊。冷凝器是一個(gè)臥式的殼管式換熱器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體、蒸汽通道、抽氣管、支架、進(jìn)水管、出水管、熱水管、折流板、凝結(jié)水管和底座；供暖循環(huán)水由進(jìn)水管進(jìn)入冷凝器，流入水平的多個(gè)熱水管內(nèi)，通過管壁與管外的蒸汽換熱，經(jīng)過幾個(gè)流程被加熱后，通過出水管流出；從蒸汽通道進(jìn)來的蒸汽，繞過折流板，曲線流動(dòng)凝結(jié)放熱；冷凝器底部的積聚的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管流出；在冷凝器末端上方，有一個(gè)抽氣管，它連接真空泵，抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體。除空氣裝置是一個(gè)水環(huán)式真空泵，它的抽氣口連接在冷凝器末端上方的抽氣管出 口，能持續(xù)抽出冷凝器內(nèi)含有蒸汽的不凝氣體。


圖1是本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例蒸發(fā)器的噴水管結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例蒸發(fā)器的淋水盤結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的冷凝器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1給出了本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)，在外形上分為上下兩大塊:上方是臥式的蒸發(fā)器100，下方是臥式的冷凝器300和真空泵200，中間有蒸汽通道150。中高溫廢水通過進(jìn)水管105進(jìn)入蒸發(fā)器100，蒸發(fā)器100內(nèi)的壓力低于進(jìn)口中高溫廢水溫度對應(yīng)的飽和壓力，所以，中高溫廢水進(jìn)入蒸發(fā)器100后立刻部分蒸發(fā)，也稱作是閃蒸或擴(kuò)容。蒸發(fā)器100內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸汽通道150，從冷凝器300的前端上部進(jìn)入冷凝器300。蒸發(fā)器100內(nèi)閃蒸剩余的飽和廢水，從下部的排水管130流下，由于高度差，流到底部，飽和廢水壓力升高，變成不飽和水，再經(jīng)抽水泵140排出。供暖循環(huán)水通過給水泵，由進(jìn)水管320進(jìn)入臥式殼管式冷凝器300，進(jìn)入水平的多個(gè)熱水管340管內(nèi)，通過管壁與管外的蒸汽換熱，蒸汽放熱，通過管壁加熱供暖循環(huán)水，蒸汽的熱量提高了循環(huán)水溫度。經(jīng)過幾個(gè)流程后，在冷凝器300內(nèi)被加熱了的供暖循環(huán)水，通過出水管310流出。蒸發(fā)器100內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，從蒸汽通道150向下進(jìn)入冷凝器300后，由于折流板330的阻擋，水平凹弧形前進(jìn)，掃過眾多熱水管外壁面，同時(shí)凝結(jié)放熱。在冷凝器300的后端上方，有一個(gè)真空泵200。真空泵200不斷地抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體，主要就是中高溫廢水析出的溶解氣體，以及系統(tǒng)內(nèi)漏入的空氣，從而可以保證系統(tǒng)內(nèi)的真空度。冷凝器300底部的積聚的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管350，經(jīng)冷凝水泵360，流入蒸發(fā)器100的排水管130中。低位直熱機(jī)工作流程如下:1，中高溫廢水通過進(jìn)水管道進(jìn)入蒸發(fā)器100 ；2，蒸發(fā)器100內(nèi)的壓力低于進(jìn)來的中高溫廢水溫度對應(yīng)的飽和壓力，所以，中高溫廢水進(jìn)入蒸發(fā)器后立刻部分蒸發(fā)，也稱作是閃蒸或擴(kuò)容；3，蒸發(fā)器100內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸汽通道150，進(jìn)入冷凝器300 ；4，蒸發(fā)器100內(nèi)剩余的飽和廢水，從下部的排水管130向下流出，壓力升高，變成不飽和水,再經(jīng)抽水泵140排出；5，供暖循環(huán)水通過冷凝器300進(jìn)水管320上的給水泵，進(jìn)入冷凝器300 ；
6，冷凝器300為間壁式換熱器，間壁的一側(cè)是中高溫廢水產(chǎn)生的蒸汽，另一側(cè)是供暖循環(huán)水，蒸汽放熱，通過間壁加熱供暖循環(huán)水，蒸汽的熱量提高了循環(huán)水溫度；7，在冷凝器300內(nèi)被加熱了的供暖循環(huán)水，通過出水管310流出；8，在冷凝器300的上方，有一個(gè)真空泵200。真空泵200不斷地抽出冷凝器中的不凝氣體，主要就是中高溫廢水析出的溶解氣體，以及系統(tǒng)內(nèi)漏入的空氣，從而可以保證系統(tǒng)內(nèi)的真空度；9，在冷凝器300內(nèi)的蒸汽加熱循環(huán)水后產(chǎn)生的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管350和凝結(jié)水泵360流出。圖2給出了本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖。本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的蒸發(fā)器100，它的外形是一個(gè)臥式的壓力容器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體102、封頭115、蒸汽通道150、進(jìn)水管105、噴水管110、淋水盤120、積水室125、排水管130和支架135。中高溫廢水通過進(jìn)水管105進(jìn)入蒸發(fā)器100后，從噴水管110的狹長噴口向下噴出后，沿著淋水盤120的平展表面，形成薄層流水，向左右兩側(cè)滑落。蒸發(fā)器100內(nèi)的壓力低于進(jìn)口中高溫廢水溫度對應(yīng)的飽和壓力，所以，中高溫廢水的薄層流水立刻閃蒸蒸發(fā)。中高溫廢水產(chǎn)生的蒸汽，通過蒸汽通道150，向下進(jìn)入冷凝器。蒸發(fā)器100內(nèi)閃蒸剩余的廢水，從下部的排水管130流出，再經(jīng)抽水泵排出?？刂七M(jìn)水管105上的進(jìn)水閥，保證在蒸發(fā)器內(nèi)積水室125水面在規(guī)定的高度范圍內(nèi)。圖3給出了本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例蒸發(fā)器的噴水管結(jié)構(gòu)圖。中高溫廢水首先通過進(jìn)水管105，進(jìn)水管105是完整的管子，斷面106是封閉的。進(jìn)入蒸發(fā)器100后進(jìn)入一個(gè)有向下開口的噴水管110，中高溫廢水從噴水管110的狹長噴口向下噴出后，垂直地直擊淋水盤，并沿著淋水盤的平展表面形成薄層流水，向左右兩側(cè)流動(dòng)。蒸發(fā)器內(nèi)的壓力低于中高溫廢水溫度對應(yīng)的飽和壓力，所以，中高溫廢水形成的薄層流水立刻閃蒸蒸發(fā)。噴水管110的結(jié)構(gòu)就是為了使中高溫廢水形成充分的擴(kuò)展表面，中高溫廢水能進(jìn)行徹底地閃蒸?？紤]到中高溫廢水在噴水管110內(nèi)流動(dòng)中水壓減少的變化，為此，噴水管110的狹長噴口分為幾段:斷面107表示的水壓高時(shí)的窄細(xì)噴口，斷面108表示的是中水壓時(shí)的噴口，斷面109表示的是低水壓時(shí)寬噴口。還可以分成更多段，各段長度大致相等，目的就是為了在噴水管全長方向噴水均勻。此外，噴水管終端111是開口的，目的是能排出中高溫廢水中的較大雜物。圖4給出了本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例蒸發(fā)器的淋水盤結(jié)構(gòu)圖。淋水盤120的主體是水平設(shè)置的矩形的底板，它的長度約為蒸發(fā)器筒體長度的四分之三，它的寬度約為蒸發(fā)器筒體直徑的三分之二。它的始端彎曲向上部分為端板121，端板121上有一孔122，該孔為支撐噴水管的貫穿孔。端板121的另一個(gè)功能是防止噴水管所噴水流從始端的端部濺出。底板123的其它三個(gè)邊緣為裸邊，噴水管所噴水流在底板123上充分伸展攤平，形成一薄層水，然后向前向左向右，流向三個(gè)沒有任何阻擋的裸邊緣處，形成很簿的水幕，向下噴灑。淋水盤與噴水管的配合，目的就是充分的將中高溫廢水的水流展開，以便進(jìn)行徹底的閃蒸。圖5給出了本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的冷凝器結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明低位直熱機(jī)實(shí)施例的冷凝器300結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)臥式的殼管式換熱器,它的外形是一個(gè)壓力容器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體305、蒸汽通道150、抽氣管302、支架301、進(jìn)水管320、出水管310、熱水管340、折流板330、凝結(jié)水管350和底座355。供暖循環(huán)水通過給水泵，由進(jìn)水管320進(jìn)入臥式殼管式冷凝器300，進(jìn)入水平的多個(gè)熱水管340管內(nèi)，通過管壁與管外的蒸汽換熱，蒸汽放熱，通過管壁加熱供暖循環(huán)水，蒸汽的熱量提高了循環(huán)水溫度。在冷凝器300內(nèi)供暖循環(huán)水，經(jīng)過幾個(gè)流程被加熱后，通過出水管310流出。從蒸汽通道150進(jìn)來的從蒸發(fā)器來的蒸汽，在冷凝器300內(nèi)，繞過折流板330，曲線流動(dòng)，同時(shí)在熱水管340外壁面凝結(jié)放熱。冷凝器300底部的積聚的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管350流出。在冷凝器300的末端上方，有一個(gè)抽氣管302，它連接真空泵。通過抽氣管302，真空泵不斷地抽出冷凝器300內(nèi)的不凝氣體，主要就是中高溫廢水析出的溶解氣體，以及系統(tǒng)內(nèi)漏入的空氣，從而可以保證系統(tǒng)內(nèi)的真空度，保證蒸發(fā)器閃蒸溫度，保證冷凝換熱器高效傳熱。
權(quán)利要求
1.一種低位直熱機(jī)，它的主要結(jié)構(gòu)包括:蒸發(fā)器、冷凝器和除空氣裝置，蒸發(fā)器和冷凝器呈上下設(shè)置，中高溫廢水在蒸發(fā)器里閃蒸產(chǎn)生蒸汽，蒸發(fā)器與冷凝器間有蒸汽通道，蒸汽進(jìn)入冷凝器凝結(jié)放熱，除空氣裝置從冷凝器上方接出，其特征在于:所說的呈上下設(shè)置的蒸發(fā)器和冷凝器，其中，蒸發(fā)器在上，冷凝器在下。
2.按照權(quán)利要求1所述的低位直熱機(jī)，其特征在于:所述蒸發(fā)器是臥式壓力容器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體、封頭、蒸汽通道、進(jìn)水管、噴水管、淋水盤、積水室、排水管和支架；中高溫廢水通過進(jìn)水管進(jìn)入蒸發(fā)器，從噴水管的狹長噴口向下噴出，沿著淋水盤表面流動(dòng)，并在淋水盤邊緣向下流淌，同時(shí)閃蒸蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽通道進(jìn)入冷凝器，閃蒸剩余的廢水，進(jìn)入排水管，再經(jīng)抽水泵排出。
3.按照權(quán)利要求2所述的低位直熱機(jī)，其特征在于:所述的噴水管為水平設(shè)置，其長度約為蒸發(fā)器筒體長度的三分之二，噴水管沿全長向下開有狹長噴口，狹長噴口分為幾段:始段水壓高時(shí)的窄細(xì)噴口，中段中水壓時(shí)的噴口，末段低水壓時(shí)寬噴口，噴水管終端是敞口的，能排出中高溫廢水中的較大雜物。
4.按照權(quán)利要求2所述的低位直熱機(jī)，其特征在于:所述的淋水盤，它的主體是水平設(shè)置的矩形的底板，它的長度約為蒸發(fā)器筒體長度的四分之三，它的寬度約為蒸發(fā)器筒體直徑的三分之二，它的始端彎曲向上部分為端板，端板上有一孔，為支撐噴水管的貫穿孔，底板的其它三個(gè)邊緣為裸邊。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的低位直熱機(jī)，其特征在于:所述冷凝器，它是一個(gè)臥式的殼管式換熱器，它的結(jié)構(gòu)包括:筒體、蒸汽通道、抽氣管、支架、進(jìn)水管、出水管、熱水管、折流板、凝結(jié)水管和底座；供暖循環(huán)水由進(jìn)水管進(jìn)入冷凝器，流入水平的多個(gè)熱水管內(nèi)，通過管壁與管外的蒸汽換熱，經(jīng)過幾個(gè)流程被加熱后，通過出水管流出；從蒸汽通道進(jìn)來的蒸汽，繞過折流板，曲線流動(dòng)凝結(jié)放熱；冷凝器底部的積聚的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管流出；在冷凝器末端上方，有一個(gè)抽氣管，它連接真空泵，抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體。
6.按照權(quán)利要求1所述的低位直熱機(jī)，其特征在于:所述除空氣裝置，它是一個(gè)水環(huán)式真空泵，它的抽氣口連接在冷凝器末端上方的抽氣管出口，能持續(xù)抽出冷凝器內(nèi)含有蒸汽的不凝氣體。
全文摘要
本發(fā)明給出一種低位直熱機(jī)，它的結(jié)構(gòu)包括蒸發(fā)器、冷凝器和除空氣裝置，蒸發(fā)器和冷凝器呈上下設(shè)置，蒸發(fā)器在上，冷凝器在下。蒸發(fā)器是臥式壓力容器，中高溫廢水通過進(jìn)水管進(jìn)入蒸發(fā)器，從噴水管的狹長噴口向下噴出，沿著淋水盤表面流動(dòng)，并在淋水盤邊緣向下流淌，同時(shí)閃蒸蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽通道進(jìn)入冷凝器，閃蒸剩余的廢水，經(jīng)抽水泵排出。冷凝器為殼管式換熱器，供暖循環(huán)水進(jìn)入冷凝器的熱水管內(nèi)，通過管壁與管外的蒸汽換熱，經(jīng)過幾個(gè)流程被加熱后，通過出水管流出；從蒸汽通道進(jìn)來的蒸汽，繞過折流板，曲線流動(dòng)凝結(jié)放熱；冷凝器底部的積聚的凝結(jié)水，通過凝結(jié)水管流。在冷凝器末端上方，有一個(gè)抽氣管，它連接真空泵，抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體。
文檔編號(hào)F22B3/04GK103185362SQ20121039810
公開日2013年7月3日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者尚德敏, 李金峰, 李偉 申請人:哈爾濱工大金濤科技股份有限公司