申请日2012.08.06
公开(公告)日2013.07.03
IPC分类号F22B3/04; F28F27/00; F28B1/02
摘要
本发明给出一种中高温废水热能回收方法，它包括：1)中高温废水池流入热能回收装置中闪蒸产生蒸汽;(2)在热能回收装置中，中高温废水蒸汽向低温的供热循环水传热，该方法的特征在于：中高温废水闪蒸产生的蒸汽与供热循环水通过间壁传热。本发明给出一种中高温废水热能回收装置，它的主要结构包括：中高温废水放热器、循环水吸热器、除空气装置、防汽蚀装置和抽水泵，中高温废水在中高温废水放热器里闪蒸，供热循环水在循环水吸热器中吸热，除空气装置从循环水吸热器上方接出，防汽蚀装置接在中高温废水放热器出水管上抽水泵的前面，其特征在于：所说循环水吸热器是间壁式换热器，一侧为蒸汽凝结放热，另一侧是循环水吸热升温。
权利要求书
1.一种中高温废水热能回收方法，它由下列步骤组成：
(1)中高温废水池流入热能回收装置中闪蒸产生蒸汽;(2)低温的供热循环水流入热能 回收装置;(3)在热能回收装置中，中高温废水蒸汽向低温的供热循环水传热;(4)已升温 的供热循环水流出热能回收装置，向用户供热;(5)已降温的中高温废水流出热能回收装置， 该方法的特征在于：中高温废水闪蒸产生的蒸汽与供热循环水通过间壁换热，蒸汽凝结放热， 循环水吸热升温。
2.一种中高温废水热能回收装置，它的主要结构包括：中高温废水放热器、循环水吸热 器、除空气装置、防汽蚀装置和抽水泵，中高温废水在中高温废水放热器里放热降温，供热 循环水在循环水吸热器中吸热升温，除空气装置从循环水吸热器上方接出，防汽蚀装置接在 中高温废水放热器出水管上抽水泵的前面，其特征在于：所说循环水吸热器是间壁式换热器， 一侧为蒸汽凝结放热，另一侧是循环水吸热升温。
3.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述中高温废水放热 器的结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、折流板、积水室、水位传感器、凝结水管和出水 管，中高温废水通过进水管进入中高温废水放热器，沿着多级折流板的曲折通道，逐级向下流 动，同时闪蒸产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽通道向上进入循环水吸热器，蒸汽放热后产生的凝结 水通过凝结水管向下流入积水室，闪蒸剩余的饱和废水从底部的出水管流出，中高温废水放 热器内，有一个水位传感器，它给出的信号传到进水管的自动调节阀，控制积水室水面在规 定的高度范围内。
4.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述中高温废水放热 器的结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、淋水盘、积水室、水位传感器、凝结水管和出水 管，中高温废水通过进水管进入中高温废水放热器，沿着多级淋水盘的千百个漏水孔的曲折通 道，逐级向下洒落，同时闪蒸产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽通道向上进入循环水吸热器，蒸汽放 热后产生的凝结水通过凝结水管向下流入积水室，闪蒸剩余的饱和废水从底部的出水管流出， 中高温废水放热器内，有一个水位传感器，它给出的信号传到进水管的自动调节阀，控制积 水室水面在规定的高度范围内。
5.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述循环水吸热器是 直立的壳管式换热器，管内是蒸汽，管外是水，它的结构包括：筒体、集气管、进水管、蒸 汽管、挡水盖和出水管，循环水吸热器在中高温废水放热器上方，下部有进水管，上部有出 水管，中高温废水放热器产生的蒸汽，通过蒸汽通道，绕过挡水盖，进入循环水吸热器，分 别进入多个直立的蒸汽管，循环水从下部进入循环水吸热器，充满蒸汽管外壳侧，横扫众多 蒸汽管外表面，沿着曲折通道向上流动，蒸汽在管内凝结放热，循环水在管外吸热升温，被 加热的循环水从出水管流出，蒸汽管内的凝结水向下滴落，在底部积聚，通过凝结水管流出， 循环水吸热器内积累的不凝气体，经过集气管，由真空泵抽出，排到大气中。
6.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述循环水吸热器是 卧式的壳管式换热器，管外是蒸汽，管内是水，它的结构包括：筒体、集气管、进水管、热 水管、挡水盖和出水管，循环水吸热器在中高温废水放热器上方，一侧有进水管，另一侧有 出水管，中高温废水放热器产生的蒸汽，通过蒸汽通道，绕过挡水盖，从下部进入循环水吸 热器，并弥漫在水管外壳侧，横扫众多水管外表面，沿着曲折通道向上流动，沿途在管外凝 结放热，循环水在管内吸热升温，被加热的循环水从出水管流出，在蒸汽管外的凝结水向下 滴落，在底部积聚，通过凝结水管流出，循环水吸热器内积累的不凝气体，经过集气管，由 真空泵抽出，排到大气中。
7.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述除空气装置的结 构包括：集气罐、逆止阀、真空泵、温度传感器和控制器，除空气装置的集气罐通过集气管， 连接在循环水吸热器的顶部，集气罐的出气管连接真空泵，真空泵前有逆止阀，真空泵抽出 包括中高温废水放热器和循环水吸热器在内的系统中的不凝气体，真空泵的开闭受控制器控 制，控制器随时采集集气罐和循环水吸热器上的温度传感器的数值，当两者温差大于规定值 时，就启动真空泵，没有温差就停。
8.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述防汽蚀装置的结 构包括：凉水池、进水管、出水管、自动调节阀、温度传感器和抽水泵，中高温废水放热器 的饱和废水从排水管流出，与从凉水池出水管来的凉水混合，降温变成不饱和水，再经抽水 泵抽出，在凉水池的出水管上，有自动调节阀，它采集排水管上两点的温度传感器信号，自 动调节凉水管流通截面，控制排水管内中高温废水在进入抽水泵前，掺混凉水降温3-5℃， 保证中高温废水在抽水泵不产生汽蚀。
9.按照权利要求2所述的中高温废水热能回收装置，其特征在于：所述中高温废水放热 器和循环水吸热器采用分体结构，中高温废水放热器为立式闪蒸器，循环水吸热器为卧式壳 管式换热器，中高温废水进入中高温废水放热器后，立刻部分蒸发，剩余的饱和废水，从下 部排水管流出，产生的蒸汽通过蒸汽管道，从循环水吸热器内折流板前上部进入循环水吸热 器，供暖循环水进入循环水吸热器，流入水平的多个热水管内，通过管壁与管外的蒸汽换热， 然后通过出水管流出，一部分中高温废水蒸汽绕过折流板，从下向上流动放热，在折流板后 上方，有一个集气罐和真空泵，不断地抽出系统中的不凝气体。
说明书
中高温废水热能回收方法与装置
技术领域
本发明涉及热交换技术，特别是涉及中高温废水热能回收方法与装置。
背景技术
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℃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，换热器可能很快就被污染而不能正常工作。到目前为止，中高温废水热能的回收问题， 还没有得到很好的解决。
包括中高温废水在内的污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，不能用于污水换热器。尽管普通换热器的设计方法与制造工艺，都很 成熟，但是，污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
本发明给出一种中高温废水热能回收方法，它由下列步骤组成：
(1)中高温废水池流入热能回收装置中闪蒸产生蒸汽;(2)低温的供热循环水流入热能 回收装置;(3)在热能回收装置中，中高温废水蒸汽向低温的供热循环水传热;(4)已升温 的供热循环水流出热能回收装置，向用户供热;(5)已降温的中高温废水流出热能回收装置。
其中：中高温废水闪蒸产生的蒸汽与供热循环水通过间壁换热，蒸汽凝结放热，循环水 吸热升温。
本发明给出一种中高温废水热能回收装置，它的主要结构包括：中高温废水放热器、循 环水吸热器、除空气装置、防汽蚀装置和抽水泵，中高温废水在中高温废水放热器里放热降 温，供热循环水在循环水吸热器中吸热升温，除空气装置从循环水吸热器上方接出，防汽蚀 装置接在中高温废水放热器出水管上抽水泵的前面。
其中：循环水吸热器是间壁式换热器，一侧为蒸汽凝结放热，另一侧是循环水吸热升温。
中高温废水放热器的一种结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、折流板、积水室、水位 传感器、凝结水管和出水管，中高温废水通过进水管进入中高温废水放热器，沿着多级折流板 的曲折通道，逐级向下流动，同时闪蒸产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽通道向上进入循环水吸热器， 蒸汽放热后产生的凝结水通过凝结水管向下流入积水室，闪蒸剩余的饱和废水从底部的出水 管流出，中高温废水放热器内，有一个水位传感器，它给出的信号传到进水管的自动调节阀， 控制积水室水面在规定的高度范围内。
中高温废水放热器的另一种结构包括：筒体、蒸汽通道、进水管、淋水盘、积水室、水 位传感器、凝结水管和出水管，中高温废水通过进水管进入中高温废水放热器，沿着多级淋水 盘的千百个漏水孔的曲折通道，逐级向下洒落，同时闪蒸产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽通道向上 进入循环水吸热器，蒸汽放热后产生的凝结水通过凝结水管向下流入积水室，闪蒸剩余的饱 和废水从底部的出水管流出，中高温废水放热器内，有一个水位传感器，它给出的信号传到 进水管的自动调节阀，控制积水室水面在规定的高度范围内。
循环水吸热器可以是直立的壳管式换热器，管内是蒸汽，管外是水，它的结构包括：筒 体、集气管、进水管、蒸汽管、挡水盖和出水管，循环水吸热器在中高温废水放热器上方， 下部有进水管，上部有出水管，中高温废水放热器产生的蒸汽，通过蒸汽通道，绕过挡水盖， 进入循环水吸热器，分别进入多个直立的蒸汽管，循环水从下部进入循环水吸热器，充满蒸 汽管外壳侧，横扫众多蒸汽管外表面，沿着曲折通道向上流动，蒸汽在管内凝结放热，循环 水在管外吸热升温，被加热的循环水从出水管流出，蒸汽管内的凝结水向下滴落，在底部积 聚，通过凝结水管流出，循环水吸热器内积累的不凝气体，经过集气管，由真空泵抽出，排 到大气中。
循环水吸热器可以是卧式的壳管式换热器，管外是蒸汽，管内是水，它的结构包括：筒 体、集气管、进水管、热水管、挡水盖和出水管，循环水吸热器在中高温废水放热器上方， 一侧有进水管，另一侧有出水管，中高温废水放热器产生的蒸汽，通过蒸汽通道，绕过挡水 盖，从下部进入循环水吸热器，并弥漫在水管外壳侧，横扫众多水管外表面，沿着曲折通道 向上流动，沿途在管外凝结放热，循环水在管内吸热升温，被加热的循环水从出水管流出， 在蒸汽管外的凝结水向下滴落，在底部积聚，通过凝结水管流出，循环水吸热器内积累的不 凝气体，经过集气管，由真空泵抽出，排到大气中。
除空气装置的结构包括：集气罐、逆止阀、真空泵、温度传感器和控制器，除空气装置 的集气罐通过集气管，连接在循环水吸热器的顶部，集气罐的出气管连接真空泵，真空泵前 有逆止阀，真空泵抽出包括中高温废水放热器和循环水吸热器在内的系统中的不凝气体，真 空泵的开闭受控制器控制，控制器随时采集集气罐和循环水吸热器上的温度传感器的数值， 当两者温差大于规定值时，就启动真空泵，没有温差就停。
防汽蚀装置的结构包括：凉水池、进水管、出水管、自动调节阀、温度传感器和抽水泵， 中高温废水放热器的饱和废水从排水管流出，与从凉水池出水管来的凉水混合，降温变成不 饱和水，再经抽水泵抽出，在凉水池的出水管上，有自动调节阀，它采集排水管上两点的温 度传感器信号，自动调节凉水管流通截面，控制排水管内中高温废水在进入抽水泵前，掺混 凉水降温3-5℃，保证中高温废水在抽水泵不产生汽蚀。
中高温废水放热器和循环水吸热器可以采用分体结构，中高温废水放热器为立式闪蒸器， 循环水吸热器为卧式壳管式换热器，中高温废水进入中高温废水放热器后，立刻部分蒸发， 剩余的饱和废水，从下部排水管流出，产生的蒸汽通过蒸汽管道，从循环水吸热器内折流板 前上部进入循环水吸热器，供暖循环水进入卧式壳管式循环水吸热器，流入水平的多个热水 管内，通过管壁与管外的蒸汽换热，然后通过出水管流出，一部分中高温废水蒸汽绕过折流 板，从下向上流动放热，在折流板后上方，有一个集气罐和真空泵，不断地抽出系统中的不 凝气体。
