申请日2012.11.21
公开(公告)日2015.04.15
IPC分类号F28D7/00; F28F17/00; F28F1/00; F24J3/00
摘要
本发明给出一种废水热能回收方法，它的步骤如下：(1)利用真空泵，将废水热能回收装置内的空气抽出;(2)废水沿着蒸发器的明渠流道流动，同时闪蒸产生蒸汽;(3)在蒸发器流道围绕空间，蒸汽在冷凝器管外凝结放热，管内流动的供暖循环水被加热，该方法的特征在于：废水热能采用阶梯形的多级回收方法，即废水和供暖循环水彼此逆向依次流过多个上述废水热能回收装置。本发明给出一种多级直热机，它的结构包括：第一、第二和第三级直热机、抽空气装置和防汽化排水装置;其特征在于：(1)所说第一、第二和第三级直热机，从上到下，依次叠落布置，级间由隔板分开;(2)多级直热机结构还包括：几个废水疏水器和凝结水疏水器。
权利要求书
1.一种废水热能回收方法，它的步骤如下：(1)利用真空泵，通过抽气管，将废水热能回收装置内的空气等不凝气体抽出;(2)废水进入废水热能回收装置，沿着蒸发器的紧贴器壁盘旋向下的明渠流道流动，同时闪蒸蒸发产生蒸汽，闪蒸剩余废水从下方流出;(3)在蒸发器流道围绕空间，由传热管组成的竖直管束构成冷凝器，蒸汽在冷凝器管外凝结放热，管内流动的供暖循环水被加热，该方法的特征在于：废水热能采用阶梯形的多级回收方法，即废水和供暖循环水彼此逆向依次流过多个上述废水热能回收装置。
2.一种多级直热机，利用废水多级向供暖循环水传热，多级直热机结构包括：第一、第二和第三级直热机、抽空气装置和防汽化排水装置;在每一级直热机里，设有蒸发器和冷凝器;废水进入多级直热机后，依次流过第一、第二和第三级直热机的蒸发器，闪蒸蒸发产生蒸汽;供暖循环水进入多级直热机后，依次流过第三、第二和第一级直热机的冷凝器;蒸汽在冷凝器外表面凝结放热，产生的凝结水依次流过第一、第二和第三级直热机，其特征在于：
(1)所说第一、第二和第三级直热机，从上到下，依次叠落布置，级间由隔板分开;
(2)多级直热机结构还包括：几个废水疏水器和凝结水疏水器;
所述蒸发器，它的构造为紧贴直热机四周内侧壁盘旋向下的明渠流道，蒸发器空间与上下级间由隔板分开，废水在蒸发器的明渠流道流动，同时闪蒸蒸发，蒸发剩余废水通过底部的废水积水室排出;
所述冷凝器，它的构造为蒸发器流道所围起来空间中的竖直传热管构成的管束，冷凝器空间与上下级间由隔板分开，蒸发器产生的蒸汽在冷凝器的管束表面凝结，产生的凝结水沿管束表面向下流动，通过底部的凝结水积水室排出。
3.按照权利要求2所述的多级直热机，其特征在于：所述抽空气装置，它的结构包括：抽气管和真空泵;抽气管的一端，端部封堵，靠近端部的管壁上，开有几个抽气孔，竖直深入到直热机的中部，即冷凝器管束中心;抽气管的另一端，水平穿过直热机壁面到直热机外，与真空泵相连，利用真空泵连续不断地抽取冷凝器管束中心积聚的空气和少量蒸汽，然后排到大气中。
4.按照权利要求2所述的多级直热机，其特征在于：所述废水疏水器和凝结水疏水器，它们的结构是相同的，具体包括：阀体、阀瓣、阀孔、进水管、出水管、进水室和出水室;当废水或凝结水依靠重力和压力，从上一级直热机流出，通过阀体上的进水管进入进水室，进水室内比水轻的阀瓣向上浮起，水向下流过阀孔到达出水室，再通过出水管流出疏水器，进入下一级直热机;当没有废水或凝结水进入，进水室内无水，阀瓣向下降落，盖住阀孔，进水室内的蒸汽不能到达出水室。
5.按照权利要求2所述的多级直热机，其特征在于：所述防汽化排水装置，它的结构包括：废水积水室、出水管、抽水泵和支架;直热机第三级蒸发剩余废水，流入废水积水室，通过出水管，利用抽水泵抽出;为防止抽水泵抽水汽化，采用低转速抽水泵，采用高位废水积水室，对于摄氏70度废水，支架高度应该不低于3米。
说明书
废水热能回收方法与多级直热机
技术领域
本发明涉及热交换技术，特别是涉及废水热能回收方法与多级直热机。
背景技术
在我国工农业生产中，排放着大量的50-100℃的废水，由于废水含有杂质，其热能难以 回收利用，都废弃排放了。其中，钢铁企业的冲渣水，就是一个典型例子。
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℃废水，例 如冲渣水。由于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，废水热能的回收问题，还没有得到很好的 解决。
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，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
为了解决废水热能的回收问题，本发明给出一种废水热能回收方法与多级直热机。
本发明给出一种废水热能回收方法，它的步骤如下：(1)利用真空泵，通过抽气管，将 废水热能回收装置内的空气等不凝气体抽出;(2)废水进入废水热能回收装置，沿着蒸发器 的紧贴器壁盘旋向下的明渠流道流动，同时闪蒸蒸发产生蒸汽，闪蒸剩余废水从下方流出; (3)在蒸发器流道围绕空间，由传热管组成的竖直管束构成冷凝器，蒸汽在冷凝器管外凝结 放热，管内流动的供暖循环水被加热。废水热能采用阶梯形的多级回收方法，即废水和供暖 循环水彼此逆向依次流过多个上述废水热能回收装置。
本发明给出一种多级直热机，利用废水多级向供暖循环水传热，多级直热机结构包括： 第一、第二和第三级直热机、抽空气装置和防汽化排水装置;在每一级直热机里，设有蒸发 器和冷凝器;废水进入多级直热机后，依次流过第一、第二和第三级直热机的蒸发器，闪蒸 蒸发产生蒸汽;供暖循环水进入多级直热机后，依次流过第三、第二和第一级直热机的冷凝 器;蒸汽在冷凝器外表面凝结放热，产生的凝结水依次流过第一、第二和第三级直热机。
其中：
(1)第一、第二和第三级直热机，从上到下，依次叠落布置，级间由隔板分开;
(2)多级直热机结构还包括：几个废水疏水器和凝结水疏水器。
所述蒸发器，它的构造为紧贴直热机四周内侧壁盘旋向下的明渠流道，蒸发器空间与上 下级间由隔板分开，废水在蒸发器的明渠流道流动，同时闪蒸蒸发，蒸发剩余废水通过底部 的废水积水室排出。
所述冷凝器，它的构造为蒸发器流道所围起来空间中的竖直传热管构成的管束，冷凝器 空间与上下级间由隔板分开，蒸发器产生的蒸汽在冷凝器的管束表面凝结，产生的凝结水沿 管束表面向下流动，通过底部的凝结水积水室排出。
所述抽空气装置，它的结构包括：抽气管和真空泵;抽气管的一端，端部封堵，靠近端 部的管壁上，开有几个抽气孔，竖直深入到直热机的中部，即冷凝器管束中心;抽气管的另 一端，水平穿过直热机壁面到直热机外，与真空泵相连，利用真空泵连续不断地抽取冷凝器 管束中心积聚的空气和少量蒸汽，然后排到大气中。
所述废水疏水器和凝结水疏水器，它们的结构是相同的，具体包括：阀体、阀瓣、阀孔、 进水管、出水管、进水室和出水室;当废水或凝结水依靠重力和压力，从上一级直热机流出， 通过阀体上的进水管进入进水室，进水室内比水轻的阀瓣向上浮起，水向下流过阀孔到达出 水室，再通过出水管流出疏水器，进入下一级直热机;当没有废水或凝结水进入，进水室内 无水，阀瓣向下降落，盖住阀孔，使进水室内的蒸汽不能到达出水室。
所述防汽化排水装置，它的结构包括：废水积水室、出水管、抽水泵和支架;直热机第 三级蒸发剩余废水，流入废水积水室，通过出水管，利用抽水泵抽出;为防止抽水泵抽水汽 化，应该采用低转速抽水泵，同时采用高位废水积水室，对于摄氏70度废水，废水积水室的 支架高度应该不低于3米。