本发明涉及化工技术领域，特别是涉及一种利用废热的换热装置。
背景技术
相关技术中，有色冶炼废水具有含盐量高、硬度大、含有机物、微生物、悬浮物、重金属离子的复杂成分废水。国内常采用膜法+mvr(mechanicalvaporrecompression，蒸汽机械再压缩技术)技术处理废水。然而，膜法存在预处理复杂、投资高，产水量低，膜寿命短的问题；mvr技术主要缺点是能耗高，成本高，易结垢等问题。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种利用废热的换热装置，所述利用废热的换热装置的结构简单且有利于降低成本。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置，包括：壳体，所述壳体的一端设有新蒸汽入口，且所述壳体的另一端设有冷却水入口、冷却水出口以及成品液出口；多级蒸发器，所述多级蒸发器串联设置在所述壳体内，每级所述蒸发器的蒸发侧均设有蒸发侧缓冲罐，且所述蒸发侧缓冲罐上设有循环水泵；可拆卸喷头，所述可拆卸喷头设在所述壳体的顶部并与所述循环水泵相连，以向所述壳体内喷洒废液；二次加热组件，所述二次加热组件设在所述壳体的顶部且具有二次蒸汽入口和二次蒸汽出口；冷凝器，所述冷凝器设在所述壳体内，在蒸汽的流动方向上，所述冷凝器位于所述蒸发器的下游。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置，可实现废水的预热，多效蒸发和冷凝，利用低温余热，实现废水蒸发净化。
另外，根据本发明上述实施例的利用废热的换热装置还具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述二次加热组件包括：加热管本体，所述加热管本体与所述壳体相连，所述加热管本体连通所述壳体的一端形成所述二次蒸汽出口，且所述加热管本体连通所述壳体的另一端形成所述二次蒸汽入口；捕沫器，所述捕沫器可拆卸地设在所述加热管本体和所述壳体中的至少一个上，所述捕沫器上设有观察窗口。
根据本发明的一些实施例，所述壳体的另一端的底部设有与所述冷凝器对应的蒸发侧缓冲罐，所述壳体的内底壁上设有朝向所述蒸发侧缓冲罐倾斜的导流板，以将所述蒸发器或所述冷凝器产生的污水导流至所述蒸发侧缓冲罐内。
进一步地，所述导流板的导流面与水平面之间的夹角为10°-15°。
可选地，所述导流板包括多个，且多个所述导流板沿周向间隔开；或所述导流板被构造成由上至下朝向蒸发侧缓冲罐向内收缩的锥形。
根据本发明的一些实施例，所述可拆卸喷头的至少一部分伸入所述壳体内并与所述蒸发器的上表面间隔开。
进一步地，所述壳体上设有多个可拆卸喷头，所述多个可拆卸喷头在所述壳体的顶部间隔布置。
根据本发明的一些实施例，所述换热装置还包括冷凝侧缓冲罐，所述冷凝侧缓冲罐设在所述壳体的底部并与所述二次蒸汽入口相对，所述冷凝侧缓冲罐上设有冷凝水泵以泵送冷凝水；其中，所述壳体的底部还设有排污口以及二次蒸汽冷凝液出口。
根据本发明的一些实施例，所述壳体上设有抽真空口、温度/压力测量口以及检修孔，所述抽真空口和所述温度/压力测量口设在所述壳体的中上部，所述检修孔设在所述壳体的下部；所述新蒸汽入口和所述冷却水出口设在所述壳体的顶部，所述冷却水入口和所述成品液出口设在所述壳体的底部。
根据本发明的一些实施例，所述换热装置还包括多个支座，所述多个所述支座设在所述壳体的外底壁上。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的利用废热的换热装置的正视图；
图2是根据本发明实施例的利用废热的换热装置的侧视图。
附图标记：
100-利用废热的换热装置，
1-壳体，11-新蒸汽入口，12-冷却水入口，13-冷却水出口，14-成品液出口，15-导流板，16-排污口，17-二次蒸汽冷凝液出口，18-抽真空口，19-温度/压力测量口，20-检修孔，
2-蒸发器，21-蒸发侧缓冲罐，22-可视窗口，
3-可拆卸喷头，
4-二次加热组件，41-二次蒸汽入口，42-二次蒸汽出口，43-加热管本体，44-捕沫器，
5-冷凝器，6-冷凝侧缓冲罐，7-支座，8-法兰。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
相关技术中，随着节能减排的大力倡导，低温蒸馏技术在近年发展迅速，尤其是在海水淡化领域，以低压蒸汽作为热源，在多个串联的蒸发器中加热海水蒸发，最终冷凝成为淡水。防止处理的海水或废水在换热管外表面结垢，提高操作温度和提高传热装置的热效率，是发展趋势。
膜法(ro)是一种海水淡化的方法，利用了渗透压的原理。即当用渗透膜将淡水和海水(盐水)隔开时，在正常的情况下，淡水中的水分子会在渗透压的作用下向海水一侧渗透。而当海水一侧施加大于渗透压的压力时，可以使海水中的水分子通过渗透膜像淡水一侧渗透，而海水中的盐产生的离子由于体积较大无法通过渗透膜，从而使水分子和盐分子分离，得到淡水，膜法又称为反渗透法,它是利用了渗透压的原理。
mvr是蒸汽机械再压缩技术(mechanicalvaporrecompression)的简称。mvr是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。早在60年代，德国和法国已成功的将该技术用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。蒸发器其工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽。
将低温多效蒸发器应用于有色冶炼废水处理，耐腐蚀、防结垢是需要重点解决的技术难题。
下面结合附图描述根据本发明实施例的利用废热的换热装置100。利用废热的换热装置100为利用废热的蒸发冷凝装置，处理的溶液可以为高盐废水等。
如图1-图2所示，根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，包括：壳体1、多级蒸发器2、可拆卸喷头3、二次加热组件4以及冷凝器5。
这里，需要说明书的是，图1中示出的蒸发器2为蒸发器对应的换热管区域。图1中示出的冷凝器5为冷凝器对应的换热管区域。
具体而言，壳体1的一端(例如，图1中壳体1的右端)设有新蒸汽入口11，并且壳体1的另一端(例如，图1中壳体1的左端)设有冷却水入口12、冷却水出口13以及成品液出口14。壳体1可以被构造成两端封闭且内部中空的筒状。
其中，通过新蒸汽入口11可以向壳体1内注入新蒸汽，冷却水可以经由冷却水入口12进入壳体1内，换热后的冷却水可以经由冷却水出口13排出，净化后的废液可以由成品液出口14排出。
新蒸汽入口11和冷却水出口13设在壳体1的顶部，冷却水入口12和成品液出口14设在壳体1的底部。
例如，在图1的示例中，新蒸汽入口11可以形成在第一级蒸发器上(例如端部、顶部等)。优选地，新蒸汽入口11可以设在壳体1的顶部，便于新蒸汽与蒸发器进行充分换热，有利于提高换热效率。
当然，在本发明的一些实施例中，也可以在每一级蒸发器2上均设有新蒸汽入口11。
多级蒸发器2串联设置在壳体1内，每级蒸发器2的蒸发侧均设有蒸发侧缓冲罐21，蒸发侧缓冲罐21与壳体1连通，并且蒸发侧缓冲罐21上设有循环水泵(未示出)。相邻两级蒸发器2可拆卸地(例如通过法兰8等)相连。
可拆卸喷头3设在壳体1的顶部，并且可拆卸喷头3与所述循环水泵相连(例如，通过管路相连等)，通过所述循环水泵以及可拆卸喷头3可以向壳体1内喷洒废液，从而为废液的进一步净化处理提供有利条件。
蒸发侧缓冲罐21可以呈由上至下向内收缩的形状，且蒸发侧缓冲罐21上设有可视窗口22，可视窗口22可拆卸地设在蒸发侧缓冲罐21上。通过可视窗口22便于观察蒸发侧缓冲罐21内的情况，方便操作人员采取相应的应对措施。
二次加热组件4设在壳体1的顶部，并且二次加热组件4具有二次蒸汽入口41和二次蒸汽出口42，二次蒸汽出口42可以与邻近新蒸汽入口11的一级蒸发器2连通，二次蒸汽入口41可以与下一级蒸发器2连通。由此，使得废液与换热管内的新蒸汽换热后产生的二次蒸汽可以经由二次蒸汽出口42排出壳体1，经由二次加热组件4，再经二次蒸汽入口41进入壳体1内进一步换热。
例如，在图1的示例中，二次蒸汽出口42可以与第一级蒸发器2连通，二次蒸汽入口41与第二级蒸发器2连通。二次蒸汽入口41和二次蒸汽出口42在左右方向上间隔开。二次加热组件4与蒸发器2的级数一一对应。
冷凝器5设在壳体1内，在蒸汽的流动方向上，冷凝器5位于蒸发器2的下游。例如，冷凝器5可以设在最后一级蒸发器2的下游，冷凝器5可以设在壳体1内的左端。蒸发器2与冷凝器5可拆卸地(通过法兰8等)相连。
壳体1设置冷凝器5的一端(例如，图1中壳体1的左端)设有冷却水入口12、冷却水出口13以及成品液出口14，冷却水入口12和成品液出口14间隔布置在壳体1的底部，冷却水出口13设在壳体1的顶部。
利用废热的换热装置100由自由组装的多段壳体和若干换热管组成，利用换热管两头的端板将每段蒸发或冷凝装置分成两个换热空间，两种不同介质分别流经换热管内和在换热管外冲刷。
具体地，新蒸汽流经换热管内，废液在换热管外冲刷，通过换热管壁换热。在预热蒸发段中，新蒸汽由新蒸汽入口11进入换热管区，流经管内加热由可拆卸喷头3喷入的废液，废液在换热管区的管外均匀布液，外掠换热管外壁，废液被加热后，水蒸发形成二次蒸汽，由二次蒸汽出口42，再由二次蒸汽入口41进入下一级蒸发器2的换热管区，在换热管内流动作为加热蒸汽使用，用来加热下一级由可拆卸喷头3喷入的在换热管外均匀分布的废液。如此反复，直到最后一级蒸发出的二次蒸汽由二次蒸汽出口42，再由二次蒸汽入口41进入冷凝器5，在换热管区的管外冲刷，由管内流动的冷却水冷却，冷却水由冷却水入口12，进入换热管区在管内流动，换热后由冷却水出口13排出。最终经过多级蒸发净化的成品水，由成品液出口14流出。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，可实现废水的预热，多效(或多级)蒸发和冷凝，利用低温余热，实现废水蒸发净化。
根据本发明的一些实施例，二次加热组件4包括：加热管本体43和捕沫器44。参照图2，加热管本体43可以被构造成矩形通道。
具体地，加热管本体43与壳体1相连，加热管本体43连通壳体1的一端可以形成二次蒸汽出口42，且加热管本体43连通壳体1的另一端可以形成二次蒸汽入口41。
例如，在图1的示例中，以最右边的第一级蒸发器2为例，加热管本体43设在壳体1的顶部并与壳体1相连，加热管本体43连通壳体1的右端可以形成为二次蒸汽出口42，并且加热管本体43连通壳体1的左端可以形成为二次蒸汽入口41。上述描述仅是示例性的，不能理解为对本发明的限制。
捕沫器44可拆卸地设在加热管本体43和壳体1中的至少一个上，捕沫器44上设有观察窗口(未示出)。使得二次蒸汽可以经由二次蒸汽出口42进入加热管本体43内，经由捕沫器44例如捕沫网等过滤净化后再由二次蒸汽入口41进入冷凝器5或下一级蒸发器2，如此，可以对蒸汽进行净化处理，有利于保证蒸汽的品质。
在效间(相邻两级蒸发器2之间)布置二次蒸汽矩形通道，二次蒸汽由设备顶部引出，与污水喷头(即前述的可拆卸喷头3)拉开距离，减少污水和蒸汽流动的相互影响，有利于相互换热，提高换热效率，避免局部过热，表面结垢。
缓冲罐上布置液位计，利用水位作为反馈信号控制泵的运行，提高水泵运行可靠性，液位控制在缓冲罐内，有利于换热管区的换热，必然提高换热效率。
解决二次蒸汽带水问题，捕沫器44可拆卸反洗，保障产品水品质。反洗指的是用流体(水或空气)反向流动清洗滤池或填充层的操作过程。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，二次蒸汽由设备顶部引出，减少污水和蒸汽流动的相互影响，并在二次蒸汽引出的矩形通道竖直段设置捕沫网，有效阻隔了蒸汽带水，水滴收受捕沫网阻隔会自流回蒸发器内部，大大减少二次蒸汽的带水率，捕沫网做成可拆卸型，并留有观察视窗，能根据可视的结构情况，定期冲洗，保证蒸汽品质。
参照图1，根据本发明的一些实施例，壳体1的另一端(例如，图1中壳体1的左端)的底部设有蒸发侧缓冲罐21，蒸发侧缓冲罐21可以与冷凝器5对应，壳体1的内底壁上设有朝向蒸发侧缓冲罐21倾斜的导流板15，以将蒸发器2或冷凝器5产生的污水导流至蒸发侧缓冲罐21内。换言之，壳体1的内底壁上设有导流板15，导流板15可以朝向蒸发侧缓冲罐21倾斜，由此，便于将蒸发器2或冷凝器5产生的污水导流至蒸发侧缓冲罐21内，从而有利于减少污垢的产生。
进一步地，导流板15的导流面(例如，图1中导流板15的倾斜面)与水平面之间的夹角可以为10°-15°。通过将导流板15的导流面相对于水平面倾斜，有利于更好地将蒸发器2或冷凝器5产生的污水导流至蒸发侧缓冲罐21内，从而减少污垢的产生。
其中，导流板15的导流面与水平面之间的夹角可以为10°、13°或15°等。导流板15的导流面与水平面之间的夹角可以根据实际需要适应性设置。
可选地，参照图1，导流板15包括多个，且多个导流板15沿周向间隔开。导流板15也可以包括一个，优选地，导流板15被构造成由上至下朝向蒸发侧缓冲罐21向内收缩的锥形。便于将污水导出，有利于减少污垢的产生。
根据本发明的一些实施例，可拆卸喷头3的至少一部分(例如可拆卸喷头的下端)伸入壳体1内，并且可拆卸喷头3与蒸发器2的上表面间隔开。由此，通过可拆卸喷头3便于向壳体1内喷入废液，且喷头可拆卸，方便维修及更换。
这里，可拆卸喷头3与蒸发器2的上表面间隔开的距离可以根据实际需要适应性设置。
进一步地，壳体1上设有多个可拆卸喷头3，多个可拆卸喷头3在壳体1的顶部间隔布置。由此，有利于解决废水喷洒均匀性问题，有效解决换热管结垢问题，提高换热装置100的换热效率。
例如，多个可拆卸喷头3可以沿壳体1的轴向间隔布置、和/或多个可拆卸喷头3可以沿壳体1的周向间隔布置、多个可拆卸喷头3可以沿壳体1的周向呈螺旋形间隔布置等。
具体地，参照图1和图2，可拆卸喷头3可以包括多行和多列，对应每一级蒸发器2的壳体1上可以设有9个可拆卸喷头3，其中，9个可拆卸喷头3可以布置呈三行三列的结构，三行可拆卸喷头3沿壳体1的轴向间隔布置，三列可拆卸喷头3沿壳体1的周向间隔布置。这里的行指的是沿壳体1的轴向，即图1中所示的左右方向，列指的是沿壳体1的周向。
本发明通过合理布置可拆卸喷头3的安装位置，解决废水喷洒均匀性问题，一旦发生堵塞，便于维修或更换。
参照图1，根据本发明的一些实施例，换热装置100还包括冷凝侧缓冲罐6，冷凝侧缓冲罐6设在壳体1的底部，并且冷凝侧缓冲罐6与二次蒸汽入口41可以在上下方向上至少部分相对或径向方向上至少部分相对，冷凝侧缓冲罐6上还设有冷凝水泵(未示出)以泵送冷凝水。
例如在图1中，二次蒸汽入口41可以形成于壳体1的顶部，冷凝侧缓冲罐6可以设于壳体1的底部。
这里，相对包括冷凝侧缓冲罐6与二次蒸汽入口41位于同一平面(例如同一竖直平面)内，或者冷凝侧缓冲罐6与二次蒸汽入口41错开的情形，这对本领域技术人员来说是可以理解的。其中，壳体1的底部还设有排污口16以及二次蒸汽冷凝液出口17，二次蒸汽冷凝液出口17与邻近冷凝器5的冷凝侧缓冲罐6连通。
例如，新蒸汽可以经由新蒸汽入口11进入壳体1内的第一级蒸发器2，与蒸发器2的换热管区域换热后经由二次蒸汽冷凝液出口17排出，收集干净的蒸汽，返回至热源再进一步回收利用。
位于壳体1中部的二次蒸汽冷凝液出口17可以与邻近冷凝器5的冷凝侧缓冲罐6连通，二次蒸汽冷凝液出口17可以通过管路连接到最后一级蒸发器2的冷凝侧缓冲罐6中，汇集后再回收。
在预热蒸发段，新蒸汽经过换热管区冷凝后，被收集到冷凝侧缓冲罐6，由连接在其上的冷凝水泵抽走。在每一个蒸发器2的蒸发侧均设置蒸发侧缓冲罐21，连接在其上的循环水泵会抽取其中的冷凝液送入本级可拆卸喷头3，作为换热管区的管外布液。
每一级蒸发器2的二次蒸汽冷凝液出口17处，可结合工艺要求，设置或者不设置冷凝侧缓冲罐6，如不设置缓冲罐，则将接入集中的缓冲罐内，由连接在缓冲罐上的中间水泵送入最后一级蒸发器可拆卸喷头3，作为换热管区管外布液。
在换热装置100下部设置缓冲罐(包括蒸发侧缓冲罐21和冷凝侧缓冲罐6)，解决换热装置100底部沉积污垢，维持缓冲罐内水位，为效间泵和循环泵为各效配置喷洒水提供保障。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，在蒸发侧和冷凝侧均设置缓冲罐，根据工艺要求，设置接口，便于布置效间泵(相邻两级蒸发器之间的泵)和循环泵，缓冲罐也解决了换热装置底部污垢沉积问题，在缓冲罐底部设置空气管，用压缩空气搅动沉淀物。
参照图2并结合图1，根据本发明的一些实施例，壳体1上设有抽真空口18、温度/压力测量口19以及检修孔20，抽真空口18和温度/压力测量口19设在壳体1的中上部，检修孔20设在壳体1的下部。保障各效低温蒸发效率，实现工艺流程。设置可视窗口，实现蒸发空间和捕沫网的可视化，便于观察换热管情况及捕沫网结垢状态，及时检修。设备实现可拆卸，并设置检修孔20，方便维护和维修。
如图1和图2所示，根据本发明的一些实施例，换热装置100还包括多个支座7，多个支座7设在壳体1的外底壁上。通过多个支座7便于实现对壳体1的平稳支撑。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，可根据规模大小分成多段组装形式，每一段设置支座7，在段间采用可拆卸的法兰8连接形式。为保证设备在低温下蒸发，设置抽真空口18，和相应的温度/压力测量口19。每一个蒸发器2蒸发侧筒体、缓冲罐底部以及捕沫器44(例如捕沫网等)上均设置可视窗口，用于观察换热管、捕沫网等的运行情况，一旦需要清洗和维修可以随时拆卸，换热管区可以通过设置在筒体上的检修孔20和拆卸筒体分段处的法兰8，进入设备，进行维修。在每一段蒸发器底部设置导流板15，将污水导引至蒸发侧缓冲罐21，为了减少蒸发器2底部积存污垢。
此外，处理不同的溶液，根据溶液内部成分在高温下析出特性的不同，在换热管外表面结垢情况有差异，这是影响换热装置热效率的重要因素，也是换热装置需要重点解决的技术难题。
根据工艺流程，配置所需的蒸汽和废水进出口，也是多效蒸发冷凝设备的难题之一，设备要做到紧凑，便于安装，符合工艺要求。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100，为集预热、蒸发及冷凝功能于一个设备，根据规模大小实现分段组装，便于拆卸检修。多喷头布液，可拆卸和可更换；蒸发侧和冷凝侧均设置缓冲罐，便于设置水泵，满足工艺要求，蒸发器2底部设置导流板15，导引废液流入缓冲罐，有效解决换热装置底部沉积污垢问题。捕沫器44设置在二次蒸汽管道(加热管本体43)上，捕沫器44上设置可视窗口，实现捕沫网状态可视化，捕沫器44可拆卸可更换。蒸发器和缓冲罐均设置可视窗口，可观察换热管状态和缓冲罐底部流动状态，可根据情况决定是否清洗和维修。两段或多段蒸发器做成一个筒体时，在连接段设置检修孔20，便于换热管及端板清理或维修。
根据本发明实施例的换热装置100，解决废水喷洒均匀性问题，有效解决管外及换热器内部结垢问题，有效提高装置换热效率，并实现喷头可拆卸，设置可视窗口，便于维护及检修。用于保证蒸汽质量的捕沫器44(例如捕沫网等)，可以安装在矩形管道垂直段或者坡向二次蒸汽入口的水平段，保证污水内盐分不被带出捕沫网，确保蒸汽品质。底部安装导流板15，导引污水进入缓冲罐，有效解决底部积存污垢问题。
根据本发明实施例的利用废热的换热装置100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。