技术领域
[0001] 本
发明涉及热交换技术，特别是涉及一种低位直热机。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 冲渣水的热能
回收利用问题，至今还没有得到很好的解决。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 目前，为了解决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。
[0011] 但这种直热机有一个问题，它的
蒸发器在
冷凝器下边，为了将蒸发器中的饱和废热水用水
泵排出蒸发器而不发生汽化，不得不把蒸发器抬高几米，利用热水静压克服汽化。这样就造成了整个直热机高达数米，在通常的机房空间条件下无法安置。
[0012] 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。
[0013] 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：
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 3、辛剑，王慧龙主编，高等无机化学，北京：高等教育出版时，2010。
[0017] 4、何凤娇主编，无机化学，北京：科学出版社，2007。
发明内容
[0018] 为了解决中高温废水热能的回收问题，本发明给出一种低位直热机，它的主要结构包括：蒸发器、冷凝器和除空气装置，蒸发器和冷凝器呈上下设置，蒸发器在上，冷凝器在下。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，蒸汽进入冷凝器
凝结放热，除空气装置从冷凝器上方接出。
[0019] 蒸发器是卧式
压力容器，它的结构包括：筒体、封头、蒸汽通道、进水管、喷水管、淋水盘、积水室、
排水管和
支架；中高温废水通过进水管进入蒸发器，从喷水管的狭长喷口向下喷出，沿着淋水盘表面流动，并在淋水盘边缘向下流淌，同时闪蒸蒸发，产生的蒸汽通过蒸汽通道进入冷凝器，闪蒸剩余的废水，进入排水管，再经抽水泵排出。
[0020] 喷水管为水平设置，其长度约为蒸发器筒体长度的三分之二，喷水管沿全长向下开有狭长喷口，狭长喷口分为几段：始段水压高时的窄细喷口，中段中水压时的喷口，末段低水压时宽喷口，喷水管终端是敞口的，能排出中高温废水中的较大杂物。
[0021] 淋水盘的主体是水平设置的矩形的
底板，它的长度约为蒸发器筒体长度的四分之三，它的宽度约为蒸发器筒体直径的三分之二，它的始端弯曲向上部分为端板，端板上有一孔，为
支撑喷水管的贯穿孔，底板的其它三个边缘为裸边。
[0022] 冷凝器是一个卧式的壳
管式换热器，它的结构包括：筒体、蒸汽通道、抽气管、支架、进水管、出水管、热水管、折流板、凝结水管和底座；供暖循环水由进水管进入冷凝器，流入水平的多个热水管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，经过几个流程被加热后，通过出水管流出；从蒸汽通道进来的蒸汽，绕过折流板，曲线流动凝结放热；冷凝器底部的积聚的凝结水，通过凝结水管流出；在冷凝器末端上方，有一个抽气管，它连接
真空泵，抽出冷凝器内的不凝气体。
[0023] 除空气装置是一个水环式
真空泵，它的抽气口连接在冷凝器末端上方的抽气管出口，能持续抽出冷凝器内含有蒸汽的不凝气体。
附图说明
[0024] 图1是本发明低位直热机
实施例的总体结构图；
[0025] 图2是本发明低位直热机实施例的蒸发器结构图；
[0026] 图3是本发明低位直热机实施例蒸发器的喷水管结构图；
[0027] 图4是本发明低位直热机实施例蒸发器的淋水盘结构图；
[0028] 图5是本发明低位直热机实施例的冷凝器结构图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
[0030] 图1给出了本发明低位直热机实施例的总体结构图。
[0031] 本发明低位直热机实施例的总体结构，在外形上分为上下两大
块：上方是卧式的蒸发器100，下方是卧式的冷凝器300和真空泵200，中间有蒸汽通道150。
[0032] 中高温废水通过进水管105进入蒸发器100，蒸发器100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100后立刻部分蒸发，也称作是闪蒸或扩容。蒸发器100内产生的蒸汽，通过蒸汽通道150，从冷凝器300的前端上部进入冷凝器300。
[0033] 蒸发器100内闪蒸剩余的饱和废水，从下部的排水管130流下，由于高度差，流到底部，饱和废水压力升高，变成不饱和水，再经抽水泵140排出。
[0034] 供暖循环水通过给水泵，由进水管320进入卧式壳管式冷凝器300，进入水平的多个热水管340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。经过几个流程后，在冷凝器300内被加热了的供暖循环水，通过出水管310流出。
[0035] 蒸发器100内产生的蒸汽，从蒸汽通道150向下进入冷凝器300后，由于折流板330的阻挡，水平凹弧形前进，扫过众多热水管外壁面，同时凝结放热。
[0036] 在冷凝器300的后端上方，有一个真空泵200。真空泵200不断地抽出冷凝器内的不凝气体，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。
[0037] 冷凝器300底部的积聚的凝结水，通过凝结水管350，经冷凝水泵360，流入蒸发器100的排水管130中。
[0038] 低位直热机工作流程如下：
[0039] 1，中高温废水通过进水管道进入蒸发器100；
[0040] 2，蒸发器100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；
[0041] 3，蒸发器100内产生的蒸汽，通过蒸汽通道150，进入冷凝器300；
[0042] 4，蒸发器100内剩余的饱和废水，从下部的排水管130向下流出，压力升高，变成不饱和水，再经抽水泵140排出；
[0043] 5，供暖循环水通
过冷凝器300进水管320上的给水泵，进入冷凝器300；
[0044] 6，冷凝器300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；
[0045] 7，在冷凝器300内被加热了的供暖循环水，通过出水管310流出；
[0046] 8，在冷凝器300的上方，有一个真空泵200。真空泵200不断地抽出冷凝器中的不凝气体，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；
[0047] 9，在冷凝器300内的蒸汽加热循环水后产生的凝结水，通过凝结水管350和凝结水泵360流出。
[0048] 图2给出了本发明低位直热机实施例的蒸发器结构图。
[0049] 本发明低位直热机实施例的蒸发器100，它的外形是一个卧式的压力容器，它的结构包括：筒体102、封头115、蒸汽通道150、进水管105、喷水管110、淋水盘120、积水室125、排水管130和支架135。
[0050] 中高温废水通过进水管105进入蒸发器100后，从喷水管110的狭长喷口向下喷出后，沿着淋水盘120的平展表面，形成薄
层流水，向左右两侧滑落。蒸发器100内的压力低于进口中高温废水温度对应的饱和压力，所以，中高温废水的薄层流水立刻闪蒸蒸发。中高温废水产生的蒸汽，通过蒸汽通道150，向下进入冷凝器。蒸发器100内闪蒸剩余的废水，从下部的排水管130流出，再经抽水泵排出。控制进水管105上的进水
阀，保证在蒸发器内积水室125水面在规定的高度范围内。
[0051] 图3给出了本发明低位直热机实施例蒸发器的喷水管结构图。
[0052] 中高温废水首先通过进水管105，进水管105是完整的管子，断面106是封闭的。进入蒸发器100后进入一个有向下开口的喷水管110，中高温废水从喷水管110的狭长喷口向下喷出后，垂直地直击淋水盘，并沿着淋水盘的平展表面形成薄层流水，向左右两侧流动。蒸发器内的压力低于中高温废水温度对应的饱和压力，所以，中高温废水形成的薄层流水立刻闪蒸蒸发。
[0053] 喷水管110的结构就是为了使中高温废水形成充分的扩展表面，中高温废水能进行彻底地闪蒸。考虑到中高温废水在喷水管110内流动中水压减少的变化，为此，喷水管110的狭长喷口分为几段：断面107表示的水压高时的窄细喷口，断面108表示的是中水压时的喷口，断面109表示的是低水压时宽喷口。还可以分成更多段，各段长度大致相等，目的就是为了在喷水管全长方向喷水均匀。此外，喷水管终端111是开口的，目的是能排出中高温废水中的较大杂物。
[0054] 图4给出了本发明低位直热机实施例蒸发器的淋水盘结构图。
[0055] 淋水盘120的主体是水平设置的矩形的底板，它的长度约为蒸发器筒体长度的四分之三，它的宽度约为蒸发器筒体直径的三分之二。它的始端弯曲向上部分为端板121，端板121上有一孔122，该孔为支撑喷水管的贯穿孔。端板121的另一个功能是防止喷水管所喷水流从始端的端部溅出。底板123的其它三个边缘为裸边，喷水管所喷水流在底板123上充分伸展摊平，形成一薄层水，然后向前向左向右，流向三个没有任何阻挡的裸边缘处，形成很簿的水幕，向下喷洒。淋水盘与喷水管的配合，目的就是充分的将中高温废水的水流展开，以便进行彻底的闪蒸。
[0056] 图5给出了本发明低位直热机实施例的冷凝器结构图。
[0057] 本发明低位直热机实施例的冷凝器300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305、蒸汽通道150、抽气管302、支架301、进水管320、出水管310、热水管340、折流板330、凝结水管350和底座355。
[0058] 供暖循环水通过给水泵，由进水管320进入卧式壳管式冷凝器300，进入水平的多个热水管340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300内供暖循环水，经过几个流程被加热后，通过出水管310流出。
[0059] 从蒸汽通道150进来的从蒸发器来的蒸汽，在冷凝器300内，绕过折流板330，曲线流动，同时在热水管340外壁面凝结放热。冷凝器300底部的积聚的凝结水，通过凝结水管350流出。
[0060] 在冷凝器300的末端上方，有一个抽气管302，它连接真空泵。通过抽气管302，真空泵不断地抽出冷凝器300内的不凝气体，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，保证蒸发器闪蒸温度，保证冷凝换热器高效传热。
