直通式熱泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱工技術(shù)，特別是涉及一種直通式熱泵。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)已經(jīng)是鋼鐵和化工生產(chǎn)的大國(guó)。
[0003]鋼鐵的年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的40%。無(wú)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(guò)程的物理化學(xué)反應(yīng)和傳質(zhì)傳熱過(guò)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。
[0004]鋼鐵冶金爐內(nèi)，產(chǎn)生1400-200(TC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,這樣的沖渣水，是溫度常年保持在60-70°C的中溫廢水，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(shuō)利用沖渣水的熱能，冬天為居民區(qū)供暖，不僅可以為國(guó)家節(jié)約大量燃料，而且減少了碳排放，保護(hù)了環(huán)境。
[0005]沖渣水的熱能回收利用問(wèn)題，至今還沒(méi)有得到很好的解決。
[0006]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(wú)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(guò)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(cè)，沖渣水濁度為60-80mg/l。
[0007]某供暖企業(yè)，通過(guò)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(wú)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。
[0008]有人試圖有過(guò)濾器過(guò)濾沖渣水，以解決沖渣水在換熱器上結(jié)水垢問(wèn)題。沖渣水是多種成分的鹽堿水，對(duì)于鹽堿水，過(guò)濾器完全沒(méi)有用。鹽堿水可以順利通過(guò)任何過(guò)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(guò)飽和，立刻在冷壁面上結(jié)晶。
[0009]化工化肥生產(chǎn)企業(yè)，分布在很多縣市中，在其生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量中低溫廢水。例如，利用半水煤氣方法生產(chǎn)氨氣和氮肥的化工廠，在高溫水煤氣通過(guò)噴淋塔清洗過(guò)程中，產(chǎn)生大量40-70°C很臟的中低溫廢水，利用普通換熱器回收廢水熱量時(shí)，換熱器受污染，降低傳熱能力，還經(jīng)常堵塞，不能工作。尤其是，當(dāng)水溫低于50°C，利用換熱器換熱，對(duì)于供暖已經(jīng)沒(méi)有價(jià)值。
[0010]如上所述，在工農(nóng)業(yè)和人民生活中，排放各種各樣的中低溫廢水，由于這些中低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；而當(dāng)廢水溫度較低時(shí)，利用換熱器回收熱量，不能滿足用戶對(duì)于供熱溫度的要求。
[0011]上述有關(guān)污水熱能回收的【背景技術(shù)】，在以下專著中有詳細(xì)描述:
[0012]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。
[0013]2、陳東主編，熱泵技術(shù)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]為了解決中低溫廢水熱能的回收問(wèn)題，本發(fā)明給出一種直通式熱泵。
[0015]一種直通式熱泵，它的主要結(jié)構(gòu)包括:蒸發(fā)器、冷凝器和蒸汽增壓通道。
[0016]蒸發(fā)器和冷凝器呈左右設(shè)置，蒸發(fā)器與冷凝器間有蒸汽增壓通道，中低溫廢水在蒸發(fā)器里蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽，通過(guò)蒸汽增壓通道進(jìn)入冷凝器凝結(jié)放熱，其特征在于:所說(shuō)的冷凝器，它是由三個(gè)間壁式換熱器上下串聯(lián)構(gòu)成。
[0017]蒸發(fā)器是立式壓力容器，它是由三個(gè)蒸發(fā)室上下串聯(lián)構(gòu)成，它的結(jié)構(gòu)包括:進(jìn)水管、上封頭、筒體、第一篩板、第一蒸發(fā)室、第一蒸汽出口、第二篩板、第二蒸發(fā)室、第二蒸汽出口、第三篩板、第三蒸發(fā)室、第三蒸汽出口、下封頭和排水管。
[0018]中低溫廢水通過(guò)進(jìn)水管進(jìn)入蒸發(fā)器，通過(guò)第一篩板，進(jìn)入蒸發(fā)器第一蒸發(fā)室，部分蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽，通過(guò)第一蒸汽出口流出；第一蒸發(fā)室蒸發(fā)剩余廢水，進(jìn)入第二蒸發(fā)室，第二蒸發(fā)室蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)第二蒸汽出口流出；第二蒸發(fā)室蒸發(fā)剩余廢水，進(jìn)入第三蒸發(fā)室，第三蒸發(fā)室蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)第三蒸汽出口流出；第三蒸發(fā)室內(nèi)最終剩余廢水，從下部的排水管流出。
[0019]冷凝器是立式壓力容器，它的結(jié)構(gòu)包括:上封頭、筒體、第一蒸汽進(jìn)口、第一冷凝室、第一間壁式換熱器、第一底板、第一疏水孔、第一連接水管、第二蒸汽進(jìn)口、第二冷凝室、第二間壁式換熱器、第二底板、第二疏水孔、第二連接水管、第三蒸汽進(jìn)口、第三冷凝室、第三間壁式換熱器、進(jìn)水管、出水管、下封頭、真空抽氣管和凝結(jié)水管。
[0020]供暖循環(huán)水回水，從下部進(jìn)水管進(jìn)入冷凝器，進(jìn)入第三間壁式換熱器，通過(guò)間壁與蒸汽換熱，蒸汽凝結(jié)向下流淌，供暖循環(huán)水再通過(guò)第二連接水管，向上進(jìn)入第二間壁式換熱器，繼續(xù)通過(guò)間壁與蒸汽換熱，再通過(guò)第一連接水管，向上進(jìn)入第一間壁式換熱器，通過(guò)間壁與蒸汽換熱，最后，被蒸汽加熱了的供暖循環(huán)水，通過(guò)出水管流出。
[0021]通過(guò)第一蒸汽進(jìn)口，進(jìn)入冷凝器的第一冷凝室的蒸汽，向下豎直流入第一間壁式換熱器的上下通透的蒸汽流道，通過(guò)間壁向供暖循環(huán)水傳熱，蒸汽放熱后凝結(jié)，沿著換熱壁面向下流淌，流到第一底板，通過(guò)第一疏水孔，向下流到第二間壁式換熱器的蒸汽側(cè)；通過(guò)第二和第三蒸汽進(jìn)口，進(jìn)入冷凝器第二和第三冷凝室的蒸汽，通過(guò)第二和第三間壁式換熱器向供暖循環(huán)水傳熱，蒸汽放熱凝結(jié)；全部蒸汽凝結(jié)產(chǎn)生的凝結(jié)水，通過(guò)下封頭底部的凝結(jié)水管排出。
[0022]在冷凝器底部的側(cè)壁上，接出真空抽氣管，抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體。
[0023]蒸汽增壓通道，它的結(jié)構(gòu)包括筒體和筒體上的壓縮機(jī)。
[0024]筒體是一個(gè)圓形的蒸汽管道，通過(guò)法蘭盤連接在蒸發(fā)器蒸發(fā)室的蒸汽出口和冷凝器冷凝室的蒸汽進(jìn)口之間；筒體上的壓縮機(jī)包括:電機(jī)、傳動(dòng)帶、傳動(dòng)軸和葉輪，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶和傳動(dòng)軸，帶動(dòng)葉輪在筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，壓縮并推動(dòng)蒸汽流動(dòng)，從蒸發(fā)器流向冷凝器。壓縮機(jī)通常為多級(jí)壓縮機(jī)，對(duì)蒸汽進(jìn)行壓縮升溫。
[0025]所述蒸汽增壓通道共有三條:第一條蒸汽增壓通道連接蒸發(fā)器的第一蒸汽出口和冷凝器的第一蒸汽進(jìn)口，第二條蒸汽增壓通道連接蒸發(fā)器的第二蒸汽出口和冷凝器的第二蒸汽進(jìn)口，第三條蒸汽增壓通道連接蒸發(fā)器的第三蒸汽出口和冷凝器的第三蒸汽進(jìn)口。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2是本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖3是本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的冷凝器結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖4是本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的蒸汽增壓通道結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0031]圖1給出了本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0032]本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)，在外形上分為左右兩大塊:左方是立式的蒸發(fā)器100，右方是立式的冷凝器300，中間有蒸汽增壓通道200。
[0033]中低溫廢水通過(guò)進(jìn)水管110進(jìn)入蒸發(fā)器100，通過(guò)第一篩板130進(jìn)入蒸發(fā)器100內(nèi)的第一蒸發(fā)室135，蒸發(fā)室135內(nèi)的壓力低于進(jìn)口中低溫廢水溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力，所以，中低溫廢水進(jìn)入蒸發(fā)室135后立刻部分蒸發(fā)，也稱作是閃蒸或擴(kuò)容。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽，通過(guò)第一蒸汽增壓通道200，壓縮升溫后，進(jìn)入冷凝器300的第一冷凝室305。
[0034]蒸發(fā)器100第二、第三蒸發(fā)室蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽，依次通過(guò)第二、第三蒸汽增壓通道，壓縮升溫后，進(jìn)入冷凝器300的第二、第三冷凝室。
[0035]蒸發(fā)器100第一、第二和第三蒸發(fā)室閃蒸剩余的飽和廢水，通過(guò)各級(jí)篩板，依次向下流淌。最終閃蒸剩余的飽和廢水，從下部的排水管170向下流出。由于下降高度差產(chǎn)生靜壓，廢水壓力升高，變成不飽和水，再經(jīng)抽水泵排出。
[0036]供暖循環(huán)水的回水，通過(guò)給水泵，從冷凝器300下部的進(jìn)水管345進(jìn)入立式殼管式冷凝器300，從下向上，依次通過(guò)三個(gè)間壁式換熱器。通過(guò)三個(gè)間壁式換熱器后，在冷凝器300內(nèi)被加熱了的供暖循環(huán)水，通過(guò)冷凝器300上部出水管325，向外給出供暖熱水。
[0037]蒸發(fā)器100第一蒸發(fā)室135內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，從第一蒸汽增壓通道200水平進(jìn)入冷凝器300的第一冷凝室305后，向下流入第一間壁式換熱器320，通過(guò)間壁與循環(huán)水換熱，蒸汽放熱并凝結(jié)，向下流淌。
[0038]同樣，蒸發(fā)器100第二、第三蒸發(fā)室內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，從第二、第三蒸汽增壓通道水平進(jìn)入冷凝器300的第二、第三冷凝室后，向下流入第二、第三間壁式換熱器，通過(guò)間壁與循環(huán)水換熱，蒸汽放熱并凝結(jié)，向下流淌。
[0039]最后，流到冷凝器300底部的積聚的凝結(jié)水，通過(guò)凝結(jié)水管365，經(jīng)冷凝水泵排出。
[0040]在冷凝器300的下部側(cè)壁上，有一個(gè)真空抽氣管355。真空泵通過(guò)真空抽氣管355不斷地抽出冷凝器內(nèi)的不凝氣體，主要就是中低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。
[0041]本發(fā)明直通式熱泵實(shí)施例中蒸發(fā)器和冷凝器均為上下三級(jí)，也可以上下均為兩級(jí)，或四、五級(jí)。
[0042]直通式熱泵工作流程簡(jiǎn)述如下:
[0043]1，中低溫廢水通過(guò)進(jìn)水管道從上部進(jìn)入蒸發(fā)器100 ；
[0044]2，蒸發(fā)器100內(nèi)的壓力低，中低溫廢水進(jìn)入蒸發(fā)器后立刻部分蒸發(fā)；
[0045]3，蒸發(fā)器100內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽，通過(guò)蒸汽增壓通道200，進(jìn)入冷凝器300 ；
[0046]4，蒸發(fā)器100內(nèi)剩余的飽和廢水，從下部的排水管170向下流出；
[0047]5，供暖循環(huán)水通過(guò)