一种蒸汽冷凝装置的制作方法

1.本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种蒸汽冷凝装置。


背景技术：

2.石油化工、煤化工、冶金、制药、印染、造纸等行业在生产过程中排放的废水具有高盐、高有机物等特点，通常含盐量在3000mg/l以上，cod在2000mg/l以上，并且温度较高，含有大量的芳香族化合物、杂环化合物、烃类化合物等有毒有害的有机物，即使经过处理以后排放到水体中仍然会对水环境造成安全隐患。因此，要求这类企业必须做到零液体排放，简称零排放。
3.目前，对高盐高有机物废水的零排放处理工艺主要是蒸发结晶工艺，该工艺具有流程简洁、操作方便、产水回收率高、占地面积省等优点，因此备受各大企业青睐。在当前的蒸发结晶工艺中，所采用的蒸汽冷凝装置的结构通常仅在内部设置平行管束、上下管板及中间挡板，流体由封头的连接管处进入后在管中流动，从封头另一端的出口管流出。上述现有蒸汽冷凝装置普遍存在换热面积偏大、冷凝效率偏低等缺点，进而导致存在设备投资增大、系统处理能力不高等一系列问题。
4.鉴于此，特提出本实用新型。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种蒸汽冷凝装置，其具有换热面积小、设备投资省、冷凝效率高等优势。
6.本实用新型提供一种蒸汽冷凝装置，包括蒸汽室、物料水室、循环水室、物料水换热管束和循环水换热管束，蒸汽室、物料水室和循环水室相互隔离，物料水室包括固定设置在蒸汽室上下两端的下物料水室和上物料水室，循环水室包括固定设置在蒸汽室上下两端的下循环水室和上循环水室，在蒸汽室上设有蒸汽进口、不凝气出口和冷凝水出口，在物料水室上设有物料水进口和物料水出口，在循环水室上设有循环水进口和循环水出口，物料水换热管束和循环水换热管束设置在蒸汽室的内部，物料水换热管束的两端分别与下物料水室和上物料水室连通，循环水换热管束的两端分别与下循环水室和上循环水室连通。
7.在一实施方式中，蒸汽室由壳体、上管板和下管板围设而成，上管板和下管板密封固定在壳体的上端和下端，蒸汽进口设置在壳体的中部且靠近物料水换热管束，不凝气出口包括设置在壳体上部的上不凝气出口和设置在壳体下部的下不凝气出口，冷凝水出口设置在壳体的底部。
8.进一步地，上不凝气出口与上管板之间的距离为1
‑
20mm，下不凝气出口与下管板之间的距离为200
‑
400mm，冷凝水出口与下管板之间的距离为1
‑
5mm。
9.进一步地，在蒸汽室的内部沿高度方向间隔交错地设置有多个折流板，相邻折流板之间的距离为300
‑
1000mm，设置在蒸汽室最底部的折流板与下不凝气出口之间的距离为10
‑
100mm。
10.在一实施方式中，下物料水室包括相互隔离的a室、b室和c室，上物料水室包括相互隔离的d室和e室，物料水换热管束包括第一管束、第二管束、第三管束和第四管束，第一管束的进口端和出口端分别与a室和d室连通，第二管束的进口端和出口端分别与d室和c室连通，第三管束的进口端和出口端分别与c室和e室连通，第四管束的进口端和出口端分别与e室和b室连通，物料水进口设置在a室上，物料水出口设置在b室上。
11.进一步地，第一管束、第二管束、第三管束和第四管束各自包括多个物料水换热管，物料水换热管之间的排列方式为正三角形，多个物料水换热管整体呈等腰梯形排列。
12.在一实施方式中，下物料水室和下循环水室共同构成下水室，下水室由下端盖和设置在下端盖顶端的下端盖法兰围设而成，下端盖法兰固定在蒸汽室的下端，在下水室中设有下隔板，下隔板将下水室分隔成相互隔离的a室、b室、c室和下循环水室。
13.在一实施方式中，上物料水室和上循环水室共同构成上水室，上水室由上端盖和设置在上端盖底端的上端盖法兰围设而成，上端盖法兰固定在蒸汽室的上端，在上水室中设有上隔板，上隔板将上水室分隔成相互隔离的d室、e室和上循环水室。
14.进一步地，循环水进口设置在下循环水室上，循环水出口设置在上循环水室上，循环水换热管束的进口端与下循环水室连通，循环水换热管束的出口端与上循环水室连通。
15.进一步地，循环水换热管束包括多个循环水换热管，循环水换热管之间的排列方式为正三角形，且多个循环水换热管整体呈w形排列。
16.本实用新型的实施，至少具有以下优势：
17.1、本实用新型的蒸汽冷凝装置既能充分利用蒸汽热量预热物料水，又能利用循环冷却水将多余蒸汽及时冷凝为冷凝水，不但保证了工艺运行稳定，而且有效节约了热量消耗，降低了循环冷却水使用量；
18.2、本实用新型的蒸汽冷凝装置，进一步通过合理排布蒸汽进口的位置、折流板的排布方式、不凝气出口的数量及位置、物料水换热管束和循环水换热管束的形状及设置方式、冷凝水出口的位置等，大大提高了蒸汽冷凝装置的传热系数；
19.3、与一般蒸汽冷凝装置相比，本实用新型的蒸汽冷凝装置实现了在冷凝等量同条件蒸汽情况下换热面积大大减小等目的，其能够有效冷凝蒸汽为冷凝水，具有换热面积小、设备投资省、占地面积小、冷凝效率高等特点。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的主视图；
22.图2为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的上部端盖侧的俯视图；
23.图3为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的上部管壳侧的俯视图；
24.图4为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的下部端盖侧的仰视图；
25.图5为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的下部管壳侧的仰视图；
26.图6为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的物料水换热管之间的排列结构示
意图；
27.图7为本实用新型一实施方式的蒸汽冷凝装置的循环水换热管之间的排列结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1：下物料水室；2：下循环水室；3：上物料水室；4：上循环水室；5：上密封垫；6：上管板；7：右折流板；8：上不凝气出口；9：下不凝气出口；10：蒸汽进口；11：蒸汽室；12：物料水换热管束；13：夹套；14：平衡口；15：冷凝水出口；16：支耳；17：下管板；18：循环水出口；19：下密封垫；20：物料水出口；21：物料水进口；22：循环水进口；23：左折流板；24：铭牌；25：下端盖法兰；26：上端盖法兰；27：下端盖；28：上端盖；29：循环水换热管束；30：壳体；31：下隔板；32：上隔板；33：a室；34：b室；35：c室；36：d室；37：e室；38：物料水换热管；39：循环水换热管。
具体实施方式
30.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.实施例1
34.结合图1至图7所示，本实施例的蒸汽冷凝装置，包括蒸汽室11、物料水室、循环水室、物料水换热管束12和循环水换热管束29，蒸汽室11、物料水室和循环水室相互隔离，物料水室包括固定设置在蒸汽室11上下两端的下物料水室1和上物料水室3，循环水室包括固定设置在蒸汽室11上下两端的下循环水室2和上循环水室4，在蒸汽室11上设有蒸汽进口10、不凝气出口和冷凝水出口15，在物料水室上设有物料水进口21和物料水出口20，在循环水室上设有循环水进口22和循环水出口18，物料水换热管束12和循环水换热管束29设置在蒸汽室11的内部，物料水换热管束12的两端分别与下物料水室1和上物料水室3连通，循环水换热管束29的两端分别与下循环水室2和上循环水室4连通。
35.在本实施例的蒸汽冷凝装置中，蒸汽室11主要是利用通入的蒸汽对物料水进行换热的场所，物料水室是用于贮存物料水的场所，循环水室是用于贮存循环冷却水(简称为循环水)的场所；可以理解，上述蒸汽室11与下物料水室1、下循环水室2、上物料水室3和上循环水室4均为相互隔离且彼此独立的封闭区域。在蒸汽室11中设置物料水换热管束12和循环水换热管束29，从而使得该蒸汽冷凝装置既能充分利用蒸汽热量预热物料水，又能利用循环冷却水将多余蒸汽及时冷凝为冷凝水，不但保证了工艺运行稳定，而且有效节约了热量消耗，降低了循环冷却水使用量。
36.对蒸汽室11的具体结构不作严格限制，其只要具有一定的容腔以便于安装物料水换热管束12和循环水换热管束29并且容纳通入的蒸汽即可；可以理解，在安装物料水换热管束12和循环水换热管束29之后，在蒸汽室11内还应当具有一定的空腔以便于蒸汽流通。
37.在一实施方式中，蒸汽室11可以由壳体30、上管板6和下管板17围设而成，其中上管板6和下管板17可以常规方式密封固定在壳体30的上端和下端，从而与壳体30围设形成一个相对封闭的独立空间；对壳体30的具体形状及结构不作严格限制，壳体30例如可以采用圆柱形壳体等常规结构。
38.在壳体30上设置有蒸汽进口10、不凝气出口和冷凝水出口15，其中蒸汽进口10用于使蒸汽进入蒸汽室11，不凝气出口用于将不凝气抽出蒸汽室11，冷凝水出口15用于使换热形成的冷凝水流出蒸汽室11；对蒸汽进口10、不凝气出口和冷凝水出口15的具体设置位置不作严格限制，可以根据实际需要合理设置。
39.在一实施方式中，蒸汽进口10可以设置在壳体30的中部且靠近物料水换热管束12，不凝气出口可以设置两个，即上不凝气出口8和下不凝气出口9，其中上不凝气出口8设置在壳体30的上部，下不凝气出口9设置在壳体30的下部，冷凝水出口15可以设置在壳体30的底部；可以理解，冷凝水出口15位于下不凝气出口9的下方。更具体地，蒸汽进口10和冷凝水出口15可以设置在靠近物料水换热管束12的一侧，而上不凝气出口8和下不凝气出口9可以设置在靠近循环水换热管束29的一侧。上述设置方式既便于蒸汽对物料水进行预热，同时还能利用循环水将多余的蒸汽及时冷凝为冷凝水。
40.特别是，还可以在蒸汽室11的内部沿高度方向间隔交错地设置多个折流板，其中第一折流板可以是水平固定在壳体30内壁右侧的右流板7，第二折流板可以是间隔且水平固定在壳体30内壁左侧的左折流板23，第三折流板可以间隔且水平固定在壳体30内壁右侧的右流板7，以此类推。对折流板的设置数量以及具体设置位置不作严格限制，可以根据实际需要合理设置。
41.在上述蒸汽室11中，上不凝气出口8与上管板6之间的距离可以设置为1
‑
20mm，下不凝气出口9与下管板17之间的距离可以设置为200
‑
400mm，冷凝水出口15与下管板17之间的距离可以设置为1
‑
5mm。此外，相邻折流板之间的距离可以设置为300
‑
1000mm，设置在蒸汽室11最底部的折流板与下不凝气出口9之间的距离可以设置为10
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100mm。通过上述方式合理排布蒸汽进口10的位置、折流板的排布方式、不凝气出口的数量及位置以及冷凝水出口15的位置等，从而大大提高了蒸汽冷凝装置的传热系数。
42.在上述蒸汽冷凝装置中，蒸汽从蒸汽入口进入管程，并且在折流板的导流作用下从上至下运动；同时，液体分两部分进入管程，其中一部分是循环冷却水(简称为循环水)，其从循环水进口22进入蒸汽冷凝装置中，并且最终由循环水出口18排出；另一部分是物料水，其从物料水进口21进入蒸汽冷凝装置中，并且最终由物料水出口20排出。蒸汽在蒸汽室11中间接接触物料水与循环水并冷凝为冷凝水，由冷凝水出口15排出壳体30，蒸汽冷凝过程中将热量传递至物料水与循环冷却水，物料水温度升高，从而达到预热目的；同时，蒸汽中的不凝气由上不凝气出口8和下不凝气出口9经真空泵抽出排至大气。
43.在本实施例的蒸汽冷凝装置中，物料水换热管束12用于物料水的流通及换热；物料水在流经物料水换热管束12时，在蒸汽室11中被蒸汽加热，从而实现换热目的。对物料水换热管束12的管程不作严格限制，例如可以设置为四管程加热方式，从而有利于提高换热
效率。
44.如图5所示，下物料水室1可以包括相互隔离的a室33、b室34和c室35；如图3所示，上物料水室3可以包括相互隔离的d室36和e室37。物料水换热管束12可以包括第一管束、第二管束、第三管束和第四管束；其中，第一管束的进口端和出口端分别与a室33和d室36连通，第二管束的进口端和出口端分别与d室36和c室35连通，第三管束的进口端和出口端分别与c室35和e室37连通，第四管束的进口端和出口端分别与e室37和b室34连通。如图4、图5所示，物料水进口21可以设置在a室33上，物料水出口20可以设置在b室34上。
45.在上述设置方式下，物料水经物料水进口21进入a室33，通过第一管束被蒸汽室11内的蒸汽第一次加热后进入d室36，然后通过第二管束被蒸汽第二次加热后进入c室35，接着通过第三管束被蒸汽第三次加热后进入e室37，再通过第四管束被蒸汽第四次加热后进入b室34，最后经物料水出口20排出，即形成四管程加热；该方式大大提高了换热效率。
46.可以理解，上述第一管束、第二管束、第三管束和第四管束各自包括多个物料水换热管38；对物料水换热管38之间的排列方式以及多个物料水换热管38整体排列方式不作严格限制，如图6所示，物料水换热管38之间的排列方式可以为正三角形；如图5所示，多个物料水换热管38整体可以呈等腰梯形排列。通过上述方式对物料水换热管束12的形状进行优化，进一步提高了蒸汽冷凝装置的传热系数。
47.在本实施例的蒸汽冷凝装置中，下物料水室1和下循环水室2共同构成下水室；对下水室的具体结构不作严格限制，其只要能够形成相互隔离的下物料水室1和下循环水室2即可，可以根据实际情况合理设置。在一实施方式中，下水室可以由下端盖27和设置在下端盖27顶端的下端盖法兰25围设而成；下端盖法兰25可以通过与下管板17法兰连接等方式固定在蒸汽室11的下端，从而与蒸汽室11形成一整体结构；如图4、图5所示，在下水室中可以设置下隔板31，下隔板31用于将下水室分隔成相互隔离的a室33、b室34、c室35和下循环水室2。更具体地，下物料水室1和下循环水室2可以左右均布在下水室的左右两侧，其中a室33和b室34可以上下均布地设置在下物料水室1的左侧，c室35可以设置在下物料水室1的右侧。
48.同时，上物料水室3和上循环水室4共同构成上水室，上水室可以由上端盖28和设置在上端盖28底端的上端盖法兰26围设而成，上端盖法兰26可以通过与上管板6法兰连接等方式固定在蒸汽室11的上端；如图2、图3所示，在上水室中可以设置上隔板32，上隔板32用于将上水室分隔成相互隔离的d室36、e室37和上循环水室4。更具体地，上物料水室3和上循环水室4可以左右均布在上水室的左右两侧，其中d室36和e室37可以上下均布地设置在上物料水室3。
49.在本实施例的蒸汽冷凝装置中，循环水换热管束29用于循环冷却水的流通；循环冷却水在流经循环水换热管束29时在蒸汽室11将蒸汽冷凝为冷凝水。对循环水换热管束29的管程不作严格限制，例如可以设置为单管程。
50.如图2、图4所示，循环水进口22可以设置在下循环水室2上，循环水出口18可以设置在上循环水室4上；其中，循环水换热管束29的进口端与下循环水室2连通，循环水换热管束29的出口端与上循环水室4连通。可以理解，循环水换热管束29包括多个循环水换热管39，对循环水换热管39之间的排列方式以及多个循环水换热管39整体排列方式不作严格限制，如图7所示，循环水换热管39之间的排列方式可以为正三角形，如图5所示，多个循环水
换热管39整体可以呈w形排列。通过上述方式对循环水换热管束29的形状进行优化，进一步提高了蒸汽冷凝装置的传热系数。
51.在本实施例的蒸汽冷凝装置中，还可以包括其它辅助部件，例如设置在壳体30上的夹套13、支耳16、铭牌24、平衡口14等，其均以常规方式设置即可；此外，在上端盖法兰26与上管板6之间可以设置上密封垫5，在下端盖法兰25与下管板17之间可以设置下密封垫19，以提高蒸汽冷凝装置的密封性能。
52.本实施例的蒸汽冷凝装置通过在蒸汽室11内设置物料水换热管束12和循环水换热管束29，既能充分利用蒸汽热量预热物料水，又能利用循环冷却水将多余蒸汽及时冷凝为冷凝水，不但保证了工艺运行稳定，而且有效节约了热量消耗，降低了循环冷却水使用量；同时，进一步通过合理排布蒸汽进口10的位置、折流板的排布方式、不凝气出口的数量及位置、物料水换热管束12和循环水换热管束29的形状及设置方式、冷凝水出口15的位置等，大大提高了蒸汽冷凝装置的传热系数。与一般的蒸汽冷凝装置相比，本实施例的蒸汽冷凝装置实现了在冷凝等量同条件蒸汽情况下换热面积大大减小等目的，其能够有效冷凝蒸汽为冷凝水，具有换热面积小、设备投资省、占地面积小、冷凝效率高等优势。
53.在山东某一项目中采用上述蒸汽冷凝装置进行蒸汽冷凝，取得了非常优秀的效果，使整个系统更加高效、流畅。在上述项目中，换热面积只有100m2，在经过该蒸汽冷凝装置后，经一效及二效冷凝器后，利用其余热蒸汽，温度由94.5℃变为了72.5℃，而cod浓缩了5倍，由原来的4100ppm变为了20000ppm，含盐量也从原来的16.5ppm变为了固含量10
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15％。而利用常规现有的蒸汽冷凝装置，经实验对比，普通的蒸汽冷凝装置的温度利用率仅为9％左右，而该装置的蒸汽使用率具有大幅提高(约14％)，脱盐率也从8.9％提高到了12.5％，cod浓缩率由原来的3.8倍提高到了5倍左右。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。