專利名稱：水變汽采暖方法與蒸汽直熱機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熱交換技術，特別是涉及一種水變汽采暖方法與蒸汽直熱機。
背景技術：
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的基本條件，它直接參與鋼鐵冶煉過程的物理化學反應和傳質傳熱過程，它不僅影響到鋼鐵產(chǎn)量、質量，而且與原材料、能量的消耗都有密切的關系。鋼鐵冶金爐內，產(chǎn)生1400-1500°C的高溫爐渣，經(jīng)渣口流出后，再經(jīng)渣溝進入沖渣流槽時，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；與高溫爐渣進行熱交換的沖渣水，進入沖渣水池。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。由于沖渣水反復使用，沖渣水中溶進了爐渣中含有的多種無機鹽和氧化物，形成了幾乎是飽和的鹽堿水溶液。當爐渣受冷沖擊炸裂成水渣過程中,還有一部分細小的爐渣進入水中懸浮。經(jīng)實際檢測，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。僅僅一個冬天，不到4個月的供暖時間，間壁式換熱器的沖渣水側，結垢達3-5厘米，垢層堅硬，風化后變松散。經(jīng)分析后認為，沖渣水在換熱器內結垢的成份為多種含結晶水的無機鹽，例如含結晶水的硅酸鹽。沖渣水堅硬的結晶水垢，使間壁式換熱器幾乎完全報廢。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，立刻在冷壁面上結晶。鹽堿水溶液中，晶體形成的過程稱為結晶。結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。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。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)等物質就從鹽湖里析出來。沖渣水結垢，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，其中一部分是溫度低于100°C中低溫廢水，例如沖渣水。利用中低溫廢水對建筑供熱，有三個問題:
1，由于中低溫廢水中含有的雜質成分復雜，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垢污染而不能正常工作；2，間壁式換熱器傳熱系數(shù)較低；3，對高層供熱，水泵耗功較大。目前，為了解決中低溫廢水熱能的回收問題，出現(xiàn)了一種對供暖循環(huán)水進行加熱的直熱機，它的特點是中低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行熱交換，從而避免了中低溫廢水直接與冷流體間壁接觸，防止了因為間壁結垢，而造成換熱器失效。但這種直熱機有一個問題，在通過間壁對供暖循環(huán)水進行加熱時，它的熱阻較大，影響了直熱機總的傳熱系數(shù)。中低溫廢水換熱器與普通換熱器工作條件有很大的區(qū)別，普通換熱器的設計方法，使用經(jīng)驗，不能用于中低溫廢水換熱器。盡管普通換熱器的設計方法與制造工藝，都很成熟，但是，中低溫廢水換熱器科學設計方法，至今，還沒有很好解決。上述有關污水換熱器與鹽堿水結晶的背景技術，在以下專著中有詳細描述:1、余建祖編著，換熱器原理與設計，北京:北京航空航天大學出版社，2010。2、(美)沙拉,塞庫利克著,程林譯，換熱器設計技術,北京:機械工業(yè)出版社，2010。3、辛劍，王慧龍主編，高等無機化學，北京:高等教育出版時，2010。4、何鳳嬌主編，無機化學，北京:科學出版社,2007。

發(fā)明內容
為了解決中低溫廢水熱能的回收問題，本發(fā)明給出水變汽采暖方法與蒸汽直熱機。本發(fā)明給出水變汽采暖方法的步驟為:(I)溫度低于100°C的中低溫廢水進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內的絕對壓力低于中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，中低溫廢水發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生蒸汽；(2)蒸發(fā)器的閃蒸蒸汽流入散熱器，在散熱器內凝結，向外散熱；(3)散熱器內的凝結水和不凝氣體，流入到密閉的凝結水回收裝置；(4)利用水泵，抽出凝結水回收裝置中的凝結水；(5)利用真空泵，抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體。本發(fā)明給出蒸汽直熱機，它的結構包括:蒸發(fā)器、供熱管系統(tǒng)、散熱器和凝結水回收裝置；蒸發(fā)器是壓力容器，上面有幾個進出口 ；供熱管系統(tǒng)包括蒸汽管和凝結水管，它連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置；凝結水回收裝置是壓力容器，上面有幾個進出口 ；溫度低于100°C的中低溫廢水，通過進水管進入蒸發(fā)器并發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽管進入散熱器，蒸汽在散熱器內凝結，同時向外散熱；散熱器中積累的凝結水和不凝氣體，通過凝結水管進入凝結水回收裝置；凝結水回收裝置上有出水口，利用水泵抽出凝結水回收裝置中的凝結水，凝結水回收裝置上還有抽氣口連接真空泵，用于抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體。所述蒸發(fā)器，它的外形是立式的壓力容器，它的結構包括:筒體、進水管、噴頭、進水調節(jié)閥、擋水板、出汽管、水位傳感器、出水管和抽水泵；中低溫廢水經(jīng)過進水調節(jié)閥，通過進水管，經(jīng)過噴頭將水霧化，進入蒸發(fā)器，由上向下噴灑；蒸發(fā)器內的壓力低于進口中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，部分中低溫廢水立刻閃蒸成蒸汽；中低溫廢水產(chǎn)生的蒸汽，繞過擋水板，通過出汽管輸出，蒸發(fā)器內剩余廢水，從下部的出水管，經(jīng)抽水泵排出；蒸發(fā)器上有一個水位傳感器，它給出的信號用于控制進水調節(jié)閥。所述供熱管系統(tǒng)，它由蒸汽管、蒸汽支管、凝結水支管、蒸汽疏水器、空氣閥和凝結水管組成；它連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置；蒸發(fā)器的閃蒸蒸汽，通過蒸汽管到達采暖用戶，再經(jīng)過多個蒸汽支管，分別進入多個散熱器；散熱器中積累的凝結水流過蒸汽疏水器，散熱器中積累的不凝氣體流過空氣閥，凝結水和不凝氣通過凝結水支管匯聚到凝結水管，最后流入凝結水回收裝置。所述凝結水回收裝置，它的外形是立式的壓力容器，它的結構包括:筒體、凝結水管、抽氣管、真空泵、水位傳感器、出水管、抽水泵和底座；凝結水和不凝氣的兩相流，通過凝結水管進入凝結水回收裝置；在凝結水回收裝置的筒體的上部有一個抽氣管，抽氣管上有一個真空泵，用以抽出凝結水回收裝置內的不凝氣體；凝結水回收裝置內積聚的凝結水，通過下部的出水管，用抽水泵抽出；凝結水回收裝置內，有一個水位傳感器，它給出的信號用于控制出水管上的抽水泵。所述散熱器為鋼串片對流散熱器，它的結構包括鋼管、鋼片、聯(lián)箱、放氣閥及管接頭；鋼片垂直穿在鋼管外表面，二者緊密接觸，鋼片間距均相同，鋼管水平安置，上下多排鋼管的兩端，分別由聯(lián)箱進行固定和連通內部流道，上下的多排鋼管可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)，放氣閥用于啟動時排氣，和盡可能地放出蒸汽凝結時析出的不凝氣體。


圖1是本發(fā)明水變汽采暖方法的步驟圖；圖2是本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的總體結構圖；圖3是本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的蒸發(fā)器結構圖；圖4是本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的供熱管系統(tǒng)結構圖；圖5是本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的凝結水回收裝置結構圖。圖6是本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的散熱器結構具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。圖1給出了本發(fā)明水變汽采暖方法的步驟圖。本發(fā)明水變汽采暖方法，主要是針對如何提取溫度低于100°C的工業(yè)廢水的熱量，對建筑物進行供熱的問題。從根本上解決了利用中低溫廢水供熱常見的三個弊端，即傳熱系數(shù)小，易污染，耗功大等。水變汽采暖方法的步驟為:1，溫度低于100°C中低溫廢水，通過進水管進入蒸發(fā)器100，蒸發(fā)器100內的絕對壓力低于大氣壓，而且低于中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，于是，中低溫廢水發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽管210流出；
2，閃蒸蒸汽進入散熱器300 ；3，蒸汽在散熱器300內流動凝結，同時向外散熱；4，散熱器300內產(chǎn)生的凝結水，以及蒸汽中攜帶的不凝氣體，一起通過散熱器300的出口流出，并進入到凝結水回收裝置400 ；5，凝結水回收裝置400有兩個出口:真空泵抽氣口和凝結水出口，前者通過真空泵抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體，后者通過水泵抽出凝結水回收裝置中的凝結水。圖2給出了本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的總體結構圖。本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的總體結構在硬件上分為四大塊:一是蒸發(fā)器100，二是供熱管系統(tǒng)，三是散熱器300，四是凝結水回收裝置400。蒸發(fā)器100是一個立放的壓力容器，上面有幾個進出口 ；供熱管系統(tǒng)連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置，它主要有蒸汽管210和凝結水管260組成；凝結水回收裝置400是一個立放的壓力容器，上面有幾個進出口。溫度低于100°C中低溫廢水，通過進水管110進入蒸發(fā)器100，中低溫廢水發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸發(fā)器的出汽管140流出，剩余的廢水通過出水管130流出；閃蒸蒸汽通過蒸汽管210分別進入多個散熱器300，在散熱器300內流動凝結，同時向外散熱。在各個散熱器中積累的凝結水，以及蒸汽中攜帶的不凝氣體，都向下流動，并匯聚到凝結水管260，并進入到凝結水回收裝置400 ；凝結水回收裝置400上有真空泵抽氣口，通過真空泵抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體；還有一個凝結水出口，通過水泵抽出凝結水回收裝置中的凝結水。圖3給出了本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的蒸發(fā)器結構圖。本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的蒸發(fā)器100，它的外形是一個立式的壓力容器，它的結構包括:筒體115、進水管110、噴頭125、進水調節(jié)閥120、擋水板150、出汽管140、水位傳感器160、出水管130和抽水泵135。中低溫廢水經(jīng)過進水調節(jié)閥120，通過進水管110，經(jīng)過噴頭125將水霧化，進入蒸發(fā)器100，由上向下噴灑。蒸發(fā)器100內的壓力低于進口中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，所以，中低溫廢水進入蒸發(fā)器后，部分中低溫廢水立刻閃蒸成蒸汽。中低溫廢水產(chǎn)生的蒸汽，繞過擋水板150，通過出汽管140輸出。蒸發(fā)器100內剩余的飽和廢水，從下部的出水管130經(jīng)抽水泵135排出。蒸發(fā)器100內，有一個水位傳感器160，它給出的信號用于控制進水管100上的進水調節(jié)閥120，保證在蒸發(fā)器內積水的水面在規(guī)定的高度范圍內。圖4給出了本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的供熱管系統(tǒng)結構圖。本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的供熱管系統(tǒng)連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置，它由蒸汽管210、蒸汽支管220、凝結水支管240、蒸汽疏水器250、空氣閥230和凝結水管260組成。從蒸發(fā)器來的閃蒸蒸汽，通過蒸汽管210到達采暖用戶，再經(jīng)過多個蒸汽支管220，分別進入多個散熱器300。蒸汽在散熱器300內流動，同時與散熱器內壁進行熱交換，蒸汽在內壁面凝結，同時向外傳熱。在各個散熱器中積累的凝結水，通過凝結水支管240和蒸汽疏水器250，蒸汽中攜帶的不凝氣體，通過空氣閥230。凝結水和不凝氣匯聚到凝結水管260，最后流到凝結水回收裝置。
某些種類的蒸汽疏水器250具有通過不凝氣功能，可以省去空氣閥230。圖5給出了本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的凝結水回收裝置結構圖。本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的凝結水回收裝置400，它的外形是一個立式的壓力容器，它的結構包括:筒體410、凝結水管260、抽氣管430、真空泵420、水位傳感器440、出水管460抽水泵450和底座470。凝結水和不凝氣的兩相流通過凝結水管260，進入凝結水回收裝置400，在重力作用下，凝結水在凝結水回收裝置400的底部積聚，不凝氣占據(jù)上部空間。在凝結水回收裝置400的筒體410的上部有一個抽氣管430，抽氣管430上有一個真空泵420。啟動真空泵420，可以將凝結水回收裝置400的筒體410內的不凝氣抽出，從而保證凝結水回收裝置400的筒體410內的壓力為對應凝結水溫度的飽和壓力。凝結水回收裝置內積聚的凝結水，從下部的出水管460經(jīng)抽水泵450排出。凝結水回收裝置內，有一個水位傳感器440，它給出的信號用于控制出水管460上的抽水泵450，保證在凝結水回收裝置內積水的水面在規(guī)定的高度范圍內。圖6給出了本發(fā)明蒸汽直熱機實施例的散熱器結構圖。散熱器300為鋼串片對流散熱器，它的結構包括鋼管320、鋼片330、聯(lián)箱350及管接頭310。鋼片330垂直穿在鋼管320外表面，二者緊密接觸，鋼片間距均相同。鋼管320水平安置，上下多排鋼管的兩端，分別由聯(lián)箱350進行固定和連通內部流道，上下的多排鋼管可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。
權利要求
1.一種水變汽采暖方法，該方法的步驟為: (1)溫度低于100°c的中低溫廢水進入蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內的絕對壓力低于中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，中低溫廢水發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生蒸汽； (2)蒸發(fā)器的閃蒸蒸汽流入散熱器，在散熱器內凝結，向外散熱； (3)散熱器內的凝結水和不凝氣體，流入到密閉的凝結水回收裝置； (4)利用水泵，抽出凝結水回收裝置中的凝結水； 該方法的特征在于:還要利用真空泵，抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體。
2.一種蒸汽直熱機，它的結構包括:蒸發(fā)器、供熱管系統(tǒng)、散熱器和凝結水回收裝置；蒸發(fā)器是壓力容器，上面有幾個進出口 ；供熱管系統(tǒng)包括蒸汽管和凝結水管，它連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置；凝結水回收裝置是壓力容器，上面有幾個進出口 ；溫度低于100°C的中低溫廢水，通過進水管進入蒸發(fā)器并發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽管進入散熱器，蒸汽在散熱器內凝結，同時向外散熱；散熱器中積累的凝結水和不凝氣體，通過凝結水管進入凝結水回收裝置；凝結水回收裝置上有出水口，利用水泵抽出凝結水回收裝置中的凝結水，其特征在于:凝結水回收裝置上還有抽氣口連接真空泵，用于抽出凝結水回收裝置中的不凝氣體。
3.按照權利要求2所述的蒸汽直熱機，其特征在于:所述蒸發(fā)器，它的外形是立式的壓力容器，它的結構包括:筒體、進水管、噴頭、進水調節(jié)閥、擋水板、出汽管、水位傳感器、出水管和抽水泵；中低溫廢水經(jīng)過進水調節(jié)閥，通過進水管，經(jīng)過噴頭將水霧化，進入蒸發(fā)器，由上向下噴灑；蒸發(fā)器內的壓力低于進口中低溫廢水溫度對應的飽和壓力，部分中低溫廢水立刻閃蒸成蒸汽；中低溫廢水產(chǎn)生的蒸汽，繞過擋水板，通過出汽管輸出，蒸發(fā)器內剩余廢水，從下部的出水管，經(jīng)抽水泵排出；蒸發(fā)器上有一個水位傳感器，它給出的信號用于控制進水調節(jié)閥。
4.按照權利要求2所述的蒸汽直熱機，其特征在于:所述供熱管系統(tǒng)，它由蒸汽管、蒸汽支管、凝結水支管、蒸汽疏水器、空氣閥和凝結水管組成；它連接蒸發(fā)器，散熱器和凝結水回收裝置；蒸發(fā)器的閃蒸蒸汽，通過蒸汽管到達采暖用戶，再經(jīng)過多個蒸汽支管，分別進入多個散熱器；散熱器中積累的凝結水流過蒸汽疏水器，散熱器中積累的不凝氣體流過空氣閥，凝結水和不凝氣通過凝結水支管匯聚到凝結水管，最后流入凝結水回收裝置。
5.按照權利要求2或4所述的蒸汽直熱機，其特征在于:所述凝結水回收裝置，它的外形是立式的壓力容器，它的結構包括:筒體、凝結水管、抽氣管、真空泵、水位傳感器、出水管、抽水泵和底座；凝結水和不凝氣的兩相流，通過凝結水管進入凝結水回收裝置；在凝結水回收裝置的筒體的上部有一個抽氣管，抽氣管上有一個真空泵，用以抽出凝結水回收裝置內的不凝氣體；凝結水回收裝置內積聚的凝結水，通過下部的出水管，用抽水泵抽出；凝結水回收裝置內，有一個水位傳感器，它給出的信號用于控制出水管上的抽水泵。
6.按照權利要求2或4所述的蒸汽直熱機，其特征在于:所述散熱器為鋼串片對流散熱器，它的結構包括鋼管、鋼片、聯(lián)箱及管接頭；鋼片垂直穿在鋼管外表面，二者緊密接觸，鋼片間距均相同，鋼管水平安置，上下多排鋼管的兩端，分別由聯(lián)箱進行固定和連通內部流道，上下的多排鋼管可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明給出水變汽采暖方法，該方法的步驟為(1)溫度低于100℃的中低溫廢水進入蒸發(fā)器，閃蒸產(chǎn)生蒸汽；(2)蒸汽流入散熱器，凝結并向外散熱；(3)散熱器內的凝結水和不凝氣體流入到密閉的凝結水回收裝置；(4)利用水泵，抽出凝結水回收裝置中的凝結水；(5)利用真空泵抽出不凝氣體。本發(fā)明給出蒸汽直熱機，它的結構包括蒸發(fā)器、供熱管系統(tǒng)、散熱器和凝結水回收裝置；溫度低于100℃的中低溫廢水，進入蒸發(fā)器并發(fā)生閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽流入散熱器，在散熱器內凝結，同時向外散熱；散熱器中積累的凝結水和不凝氣體，進入凝結水回收裝置；利用水泵抽出凝結水回收裝置中的凝結水，利用真空泵，用于抽出不凝氣體。
文檔編號F28B9/08GK103185332SQ20121039854
公開日2013年7月3日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權日2012年10月8日
發(fā)明者李金峰, 李偉, 尚德敏 申請人:哈爾濱工大金濤科技股份有限公司