CN103272395A - Mvr蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蒸发系统，提供了一种MVR蒸发系统，其蒸发器采用横管蒸发器，横管蒸发器由壳体包围构成密闭内腔，内腔由两管板分割为蒸发室、分配腔和回收腔，冷凝管束水平布置于蒸发室内并连通分配腔和回收腔，布膜装置位于冷凝管束上方，蒸发室底部设置浓缩液出口，分配腔和回收腔底部设置冷凝水出口；设置有连通外部与分配腔的蒸汽入口管、连通外部与蒸发室的蒸汽出口管，蒸汽出口管内设置有除沫器。其在继承了现有优势的基础上，降低造价并能够小型化，适用于海水淡化以及食品饮料、医药等领域的污水处理、原料回收。

Description

MVR蒸发系统

技术领域

本发明涉及蒸发系统，尤其是一种MVR蒸发系统。

背景技术

在工业生产中存在大量的蒸发操作，尤其是在化工、制药、造纸、污水处理、海水淡化等领域。在目前的大规模工业生产中，蒸发操作通常采用管式降膜蒸发器构成多效蒸发系统，以高温蒸汽为热源，进行间接热源加热的沸腾蒸发。管式降膜蒸发器，根据其结构分为立管式降膜蒸发器和横管式降膜蒸发器。多效蒸发系统，是将多个蒸发器串联使用，每一个蒸发器即称为一效，将生蒸汽通入第一效蒸发器，使溶液受热沸腾产生二次蒸汽；将第一效蒸发器的二次蒸汽作为加热蒸汽，引入第二效蒸发器；同理，第二效蒸发器产生的二次蒸汽又可作为第三效蒸发器的加热蒸汽，以此类推。多效蒸发系统，重复利用了热能，能显着地降低生蒸汽的消耗，极大地降低成本。

但多效蒸发系统，工作期间需要向第一效蒸发器持续供应生蒸汽，生蒸汽消耗依然较大。因此，为了进一步降低生蒸汽的消耗，二十世纪九十年代末开发出了MVR蒸发系统，MVR即机械式蒸汽再压缩技术的英文缩写，英文全称为Mechanical Vapor Recompression。与传统的蒸发系统相比，MVR蒸发系统利用蒸汽压缩机对二次蒸汽进行压缩，使低温位的二次蒸汽温度提高、压力提高、热焓增加，然后作为加热蒸汽送入蒸发器代替生蒸汽，实现蒸汽的循环利用。因此，MVR蒸发系统除启动外无需生蒸汽，对生蒸汽消耗极少，对供汽、供水能力要求极低，公用工程配套少，相应的占地面积小、工程总投资少、能耗低、运行费用低，且在蒸汽压缩机、负压系统作用下，蒸发室内负压低温蒸发，蒸发效率高，特别适合热敏性物料。MVR技术除了构成单体MVR蒸发系统外，也可以构成多效MVR蒸发系统，如专利申请号为201210112034.0、发明名称为高含盐有机废水的处理方法及其处理装置的发明专利的蒸发系统。

但MVR蒸发系统，以经蒸汽压缩机做功的二次蒸汽作为加热蒸汽代替生蒸汽，蒸汽压缩机入口压力的波动会引起其出口压力的波动，其出口压力的波动又会进一步加剧其入口压力的波动，进而导致系统运行的不稳定，因此MVR蒸发系统要求二次蒸汽供应的持续和稳定，以保证蒸汽压缩机入口压力的稳定，进而保证系统工作的稳定。受上述问题限制，目前的MVR蒸发系统无法采用横管式降膜蒸发器而只能采用立管式降膜蒸发器。

具体的讲，立管式降膜蒸发器，通常为圆柱形筒体并沿纵向布置，筒体内通过上下两管板分割为顶部的布膜室、底部的分离室及位于布膜室和分离室之间的加热室，加热室内沿纵向布置若干加热管构成加热管束，加热管上下分别固定安装在上下两管板上，布膜室经加热管同分离室连通，加热室对应筒壁上设置蒸汽入口管和冷凝水出口，布膜室内安装分配器和布膜器，分离室对应筒壁上设置蒸汽出口管和浓缩液出口。在MVR蒸发系统中，蒸汽压缩机出口经加热蒸汽管同立管式降膜蒸发器的蒸汽入口管连通、入口经二次蒸汽管同立管式降膜蒸发器的蒸汽出口管连通，负压系统经负压管路同分离室连通。工作时，进入布膜室的料液在分配器和布膜器的作用下，均匀分配进入各加热管并在加热管内重力自然成膜；加热蒸汽由蒸汽入口进入加热室并通过加热管的管壁对料液液膜进行加热，冷凝水由冷凝水出口排出；液膜吸收大量热量后温度迅速提高，实现沸腾蒸发；蒸发产生的蒸汽，在上下负压压差作用下汇集成一股高速蒸汽流，蒸汽流拉动液膜以极高的速度进入分离室；在分离室内，受热后的料液扩容闪蒸，残留的液体即为料液的浓缩液，二次蒸汽冷凝后即为纯净的溶剂。由于液膜有极高的流动速度，蒸发效率极高，在气流的导向作用下，二次蒸汽能够快速进入分离室并经过分离室的缓冲，因此能够保证二次蒸汽持续、稳定的供应；其次，加热室内，加热蒸汽位于加热管外，有利于加热蒸汽的扩散，降低加热蒸汽供应波动对蒸发过程也即二次蒸发生产造成的影响，因此立管式降膜蒸发器能够适用于MVR蒸发系统。

而横管式降膜蒸发器，横向布置，包括壳体、两管板、冷凝管束及布膜装置，管板固定在壳体内，由两管板及壳体中部包围构成蒸发室，冷凝管束沿壳体轴向水平布置于蒸发室内，冷凝管束的两端分别经对应管板固定，并由冷凝管束连通蒸发室的两侧，布膜装置设置于蒸发室内并位于冷凝管束的上方；蒸发室对应壳体的底部设置有浓缩液出口，在一侧管板顶部或蒸发室对应壳体顶部设置有二次蒸汽出口。横管式降膜蒸发器的蒸发室内，加热蒸汽位于冷凝管内，液膜位于冷凝管外壁，因此工作时，受冷凝管束影响，二次蒸汽和料液虽存在一定的运动趋势，但各时间点的具体流动较为复杂，且二次蒸汽和料液的流动存在相互影响，因此二次蒸汽的供应存在波动；同时，MVR蒸发系统蒸汽压缩机的工作成周期性，尤其是采用罗茨压缩机时，而蒸汽压缩机的周期性会进一步加剧二次蒸汽供应的波动，进而使得横管式降膜蒸发器无法用于MVR蒸发系统。

但现有采用立管式降膜蒸发器的MVR蒸发系统，料液在立管式降膜蒸发器内，在自重、蒸汽流的双重作用下流动，速度极高，为保证高的效率，加热管长度通常较长，也就导致立管式降膜蒸发器的纵向高度较大，因此自身及配套管路造价较高，且受立管式降膜蒸发器限制，无法实现系统的小型化，并造成运输不便、检修困难；其次，为了保证蒸发器的稳定工作，要求液膜必须要均匀、稳定，不能在加热管内干膜或断膜，因此对分配器和布膜器的要求极高，进一步导致了立管式降膜蒸发器的高造价；其三，立管式降膜蒸发器的特性及结构特点，导致其加热管极易结垢，加热管结垢后影响换热甚至导致加热管的堵塞，因此需要停机进行除垢清洗，同时也决定立管式降膜蒸发器不利于蒸发高浓度溶液，尤其是有结晶固体析出的条件下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种运输方便、检修方便且受结垢影响小并能够实现小型化的MVR蒸发系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：MVR蒸发系统，包括蒸发器、蒸汽压缩机、加热蒸汽管、二次蒸汽管、负压系统以及负压管路；所述蒸发器采用横管式降膜蒸发器，所述横管式降膜蒸发器包括壳体、两管板、冷凝管束及布膜装置；由所述壳体包围构成的内腔为密闭腔体，所述管板固定在壳体内腔内，沿壳体轴向所述壳体内腔由两管板分割为分配腔、回收腔及位于分配腔和回收腔之间的蒸发室，所述分配腔、回收腔和蒸发室为相互隔离的密闭腔体；所述冷凝管束沿壳体轴向水平布置于蒸发室内，且所述冷凝管束的两端分别经对应管板固定，由冷凝管束连通蒸发室两侧的分配腔和回收腔；所述布膜装置设置于蒸发室内并位于冷凝管束的上方，所述蒸发室对应壳体的底部设置有浓缩液出口，所述分配腔及回收腔对应壳体的底部分别设置有冷凝水出口；设置有连通横管式降膜蒸发器外部与分配腔的蒸汽入口管、连通横管式降膜蒸发器外部与蒸发室的蒸汽出口管，在所述蒸汽出口管内设置有除沫器。

进一步的，在所述蒸发室内设置有二次蒸汽收集器，所述二次蒸汽收集器沿壳体轴向作用于整个蒸发室，所述蒸汽出口管经二次蒸汽收集器连通蒸发室。作为一种优选，所述二次蒸汽收集器呈槽状，所述槽状二次蒸汽收集器的开口向下并设置于蒸发室的中下部，所述冷凝管束的冷凝管分别布置于二次蒸汽收集器的上方、两侧或上方和两侧。作为一种优选，所述二次蒸汽收集器断面呈倒U形并由直管、两侧侧板构成，所述直管底部沿轴向开口，所述侧板分别沿轴向固定于开口边缘；所述二次蒸汽收集器的直管与蒸汽出口管一体成型，所述二次蒸汽收集器远离蒸汽出口管的另一端由对应管板支撑。

作为一种优选，所述冷凝管束的冷凝管按行按列设置，且相邻行的冷凝管左右错开、相邻列的冷凝管上下错开，各行内相邻冷凝管之间的管间距及各列内相邻冷凝管之间的管间距均大于冷凝管的管径、小于或者等于两倍的冷凝管管径。

进一步，设置有至少两个横管式降膜蒸发器，所述蒸汽压缩机出口经加热蒸汽管同始端横管式降膜蒸发器的蒸汽入口管相连通，所述蒸汽压缩机入口经二次蒸汽管同末端横管式降膜蒸发器蒸汽出口管连通，相邻横管式降膜蒸发器上一效的蒸汽出口管与下一效的蒸汽入口管连通。

进一步的，设置有密闭的连接腔，所述连接腔经末端横管式降膜蒸发器的蒸汽出口管与末端横管式降膜蒸发器的蒸发室相连通；设置有连通连接腔内外的二次蒸汽出口、不凝气出口，所述连接腔经不凝气出口同负压管路相连通、经二次蒸汽出口同二次蒸汽管相连通；在始端横管式降膜蒸发器以外的各横管式降膜蒸发器内设置有通气管，由通气管连通对应横管式降膜蒸发器的蒸发室和分配腔。

进一步的，设置有控制通气管通断的级差控制器。作为一种优选，所述级差控制器由与通气管连通的U形管构成，且所述U形管的U形开口向上。

进一步的，所述壳体由等径的筒节及可拆卸固定安装于筒节两端的端板构成，所述筒节内固定安装有两挡圈，所述管板分别经对应挡圈可拆卸固定于壳体内，且所述管板均位于对应挡圈的轴向外侧，所述冷凝管两端分别可拆卸固定安装于对应管板。

本发明的有益效果是：采用横管式降膜蒸发器代替现有的立管式降膜蒸发器，加热蒸汽位于冷凝管内，而料液液膜位于冷凝管外，因此受结垢影响小，且结垢位于管外，清洗方便；其次，料液由上至下在不同的水平冷凝管外壁流动，流动速度低，成膜难度低，不易干膜或断膜，因此对布膜装置要求低，能有效降低造价；其三，换热效率与冷凝管长度无关，而与料液行程也即冷凝管束排布方式及纵向高度有关，因此无论横向还是纵向尺寸均小于现有，进一步降低了整体造价，并使得运输、检修、管路连接均极为方便，且为MVR蒸发系统的小型化提供了可能。

附图说明

图1是本发明MVR蒸发系统的横管式降膜蒸发器的轴向剖视示意图；

图2是本发明MVR蒸发系统的横管式降膜蒸发器的径向剖视示意图；

图3是实施例的系统简图；

图4是本发明MVR蒸发系统的横管式降膜蒸发器的冷凝管安装示意图；

图5是本发明MVR蒸发系统的横管式降膜蒸发器的喷淋装置安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的MVR蒸发系统，包括蒸发器、蒸汽压缩机212、加热蒸汽管213、二次蒸汽管211、负压系统221以及负压管路222；所述蒸发器采用横管式降膜蒸发器100，所述横管式降膜蒸发器100包括壳体111、两管板112、冷凝管束120及布膜装置160；由所述壳体111包围构成的内腔为密闭腔体，所述管板112固定在壳体111内腔内，沿壳体111轴向所述壳体111内腔由两管板112分割为分配腔151、回收腔153及位于分配腔151和回收腔153之间的蒸发室152，所述分配腔151、回收腔153和蒸发室152为相互隔离的密闭腔体；所述冷凝管束120沿壳体111轴向水平布置于蒸发室152内，且所述冷凝管束120的两端分别经对应管板112固定，由冷凝管束120连通蒸发室152两侧的分配腔151和回收腔153；所述布膜装置160设置于蒸发室152内并位于冷凝管束120的上方，所述蒸发室152对应壳体111的底部设置有浓缩液出口142，所述分配腔151及回收腔153对应壳体111的底部分别设置有冷凝水出口141；设置有连通横管式降膜蒸发器100外部与分配腔151的蒸汽入口管131、连通横管式降膜蒸发器100外部与蒸发室152的蒸汽出口管132，在所述蒸汽出口管132内设置有除沫器134。

工作时，料液经布膜装置160送入蒸发室152，并沿冷凝管束120的各冷凝管121外壁由上至下流动，在重力作用下自然成膜；加热蒸汽由蒸汽入口管131进入分配腔151，并经分配腔151进入各冷凝管121，加热蒸汽及料液液膜经冷凝管121管壁换热，加热蒸汽换热后冷凝形成冷凝水；冷凝水沿冷凝管121进入回收腔153及分配腔151，并由两腔的冷凝水出口141排出；蒸发室152内，液膜吸收大量热量后温度迅速提高，负压低温沸腾蒸发，最终流至蒸发室152底部并在负压作用下闪蒸，残留的液体即为料液的浓缩液由浓缩液出口142排出；蒸发产生的二次蒸汽在蒸汽压缩机212的作用下，由蒸汽出口管132抽出，经蒸汽压缩机212压缩，使低温位的二次蒸汽温度提高、压力提高、热焓增加，然后作为加热蒸汽再次送入，实现蒸汽的循环利用。

上述横管式降膜蒸发器100，通过壳体111和管板112包围构成密闭并相互隔离的分配腔151、蒸发室152和回收腔153。二次蒸汽进入分配腔151后，经各冷凝管121进入回收腔153，受换热冷凝影响，回收腔153内的气压小于分配腔151内气压，在压差作用下，加热蒸汽持续进入冷凝管121，因此只需控制回收腔153及分配腔151之间的气压差，即能实现对冷凝管121内加热蒸汽流量、流速的控制，而对气压差的维持，仅需平衡加热蒸汽的供应量和消耗量。因此，结合对布膜装置160供液压力、流量的控制，能够实现对蒸发过程的控制，且控制难度低。其次，通过分配腔151和回收腔153的缓冲作用，降低加热蒸汽供应的波动。因此，上述横管式降膜蒸发器100能够保证蒸发过程的稳定，也即能够持续、稳定的提供二次蒸汽，满足MVR蒸发系统的要求。

而采用上述横管式降膜蒸发器100代替现有的立管式降膜蒸发器，加热蒸汽位于冷凝管121内，而料液液膜位于冷凝管121外，因此受结垢影响小，且结垢位于管外，清洗方便；其次，料液由上至下在不同的水平冷凝管121外壁流动，流动速度低，成膜难度低，不易干膜或断膜，因此对布膜装置160要求低，能有效降低造价；其三，换热效率与冷凝管121长度无关，而与料液行程也即冷凝管束120排布方式及纵向高度有关，因此无论横向还是纵向尺寸均小于现有，进一步降低了整体造价，并使得运输、检修、管路连接均极为方便，且为MVR蒸发系统的小型化提供了可能。

因此，综上所述，本发明的MVR蒸发系统，其工作原理与现有技术相同，也即蒸发器产生的二次蒸汽经蒸汽出口管及二次蒸汽管送入蒸汽压缩机，二次蒸汽经蒸汽压缩机压缩再经加热蒸汽管及蒸汽入口管送入蒸发器，实现蒸汽的循环利用；而通过采用横管式降膜蒸发器100，降低了整体造价，方便了运输、检修及管路连接，且能够实现小型化。进一步的说，本发明MVR蒸发系统与现有系统相比，其根本区别在于蒸发器的不同，也即本发明MVR蒸发系统，除横管式降膜蒸发器100外均可采用现有部件，并可根据实际需要，构成单体蒸发系统或者并联系统、串联系统，布置形式灵活多样，能够有效促进MVR蒸发系统的推广应用。

进一步的，在所述蒸发室152内设置有二次蒸汽收集器133，所述二次蒸汽收集器133沿壳体111轴向作用于整个蒸发室152，所述蒸汽出口管132经二次蒸汽收集器133连通蒸发室152。蒸汽压缩机经蒸汽出口管132同二次蒸汽收集器133连通，二次蒸汽收集器133沿轴向作用于整个蒸发室152，蒸发产生的二次蒸汽在蒸汽压缩机212的作用下，经二次蒸汽收集器133收集，然后由蒸汽出口管132抽出，能够在蒸发室152内形成一定的压差，并通过压差强制形成二次蒸汽流，通过二次蒸汽流进一步保证二次蒸汽供应的持续稳定。

上述二次蒸汽收集器133的结构形式、设置位置均可以是任意的，只要能够在蒸发室152内形成稳定的二次蒸汽流即可，如方形、梯形的抽气罩或管束等。具体的说，以方形的抽气罩为例，可以是，冷凝管束设置于蒸发室中部，抽气罩对称设置于冷凝管束两侧且开口朝向冷凝管束；以管束为例，可以是，管束各管的管壁上均阵列抽气通孔或通槽，各管分别插入冷凝管束120的管间间隙。作为一种优选，所述二次蒸汽收集器133呈槽状，所述槽状二次蒸汽收集器133的开口向下并设置于蒸发室152的中下部，所述冷凝管束120的冷凝管121分别布置于二次蒸汽收集器133的上方、两侧或上方和两侧。槽状二次蒸汽收集器133的结构形式可以是任意的，如断面呈V形的直管、弯管等。

二次蒸汽收集器133设置于蒸发室152的中下部，为冷凝管束120提供了更大的设置空间，从空间上为提高冷凝管束120的纵向高度提供可能；同时，能够在蒸发室152内形成上下负压差，通过上下负压差的作用保证二次蒸汽在蒸发室152内由上至下流动，进而通过二次蒸汽流拉动料液向下流动，保证下部冷凝管121的料液补充，强化纵向各处液膜的厚度均匀性，从料液补充上为提高冷凝管束120的纵向高度提供可能。其次，二次蒸汽收集器133设置于蒸发室152的中下部，能够提供足够的蒸汽流动空间，以方便二次蒸汽收集器133对二次蒸汽的收集。

蒸汽出口管132的设置位置可以是任意的，但其结构形式应当与二次蒸汽收集器133的结构形式相适应，以上述方形的抽气罩为例，蒸汽出口管应当具有一个出口和两个入口；同时，蒸汽出口管132的设置应当不影响冷凝管束120的安装。为了简化结构，在如图所示的实例中，如图1、图2所示，所述二次蒸汽收集器133断面呈倒U形并由直管、两侧侧板构成，所述直管底部沿轴向开口，所述侧板分别沿轴向固定于开口边缘；所述二次蒸汽收集器133的直管与蒸汽出口管132一体成型，所述二次蒸汽收集器133远离蒸汽出口管132的另一端由对应管板112支撑。上述二次蒸汽收集器133远离蒸汽出口管132的另一端可以通过焊接、法兰等直接固定在对应管板112上，但在如图所示的实例中，为例方便拆装，在所述二次蒸汽收集器133远离蒸汽出口管132的另一端设置挡板，并由挡板上的轴头插入对应管板上的插孔内实现对二次蒸汽收集器133的支撑。

与上述断面呈倒U形的二次蒸汽收集器133相适应的，在如图所示的实例中，如图1、图2所示，所述冷凝管束120的断面呈倒凹形，所述二次蒸汽收集器133位于倒凹形开口内，所述冷凝管束120的冷凝管121分别布置与二次蒸汽收集器133的上方和两侧。该冷凝管束120的布置形式，兼具了冷凝管121分别布置于二次蒸汽收集器133的上方和两侧的优点，能够在保证冷凝管束120纵向高度的同时避免横管式降膜蒸发器100纵向尺寸的增加。为方便表示，图1中仅画出一根冷凝管121。

冷凝管束120的冷凝管121的排列方式可以有多种方式，但作为一种优选，采用交错排列的方式，也即所述冷凝管束120的冷凝管121按行按列设置，且相邻行的冷凝管121左右错开、相邻列的冷凝管121上下错开，各行内相邻冷凝管121之间的管间距及各列内相邻冷凝管121之间的管间距均大于冷凝管121的管径、小于或者等于两倍的冷凝管121管径。此时，各冷凝管121均位于相邻四根冷凝管121之间，各冷凝管121上的液膜向下流动至相邻下层及相邻下下层的冷凝管121上，由上至下，各股料液分离、汇合、蔓延，进而保证液膜厚度的均匀及料液浓度的均匀；并通过流向的不断变化，降低气流对料液流动速度的加成，避免料液快速流下直至底部，尤其是在强制二次蒸汽流由上至下流动时，能够从换热行程、流速、均匀性上保证良好的蒸发效果。同时，该排列方式，有效增加冷凝管121的排布密度，增加换热面积。综合考虑排布密度和结垢影响，在如图所示的实例中，如图2所示，各行内相邻冷凝管121之间的管间距及各列内相邻冷凝管121之间的管间距均为1.57倍的冷凝管121管径。

本发明MVR蒸发系统，根据实际需要，可以是单体蒸发系统或者并联系统、串联系统。上述单体蒸发系统，即仅设置一个横管式降膜蒸发器100，所述蒸汽压缩机212出口经加热蒸汽管213同横管式降膜蒸发器100的蒸汽入口管131相连通，所述蒸汽压缩机212入口经二次蒸汽管211同横管式降膜蒸发器100的蒸汽出口管132相连通；并联系统，即设置至少两个横管式降膜蒸发器100，所述蒸汽压缩机212出口经加热蒸汽管213同各横管式降膜蒸发器100的蒸汽入口管131相连通，所述蒸汽压缩机212入口经二次蒸汽管211同各横管式降膜蒸发器100的蒸汽出口管132相连通；串联系统，也即构成多效蒸发系统，设置有至少两个横管式降膜蒸发器100，所述蒸汽压缩机212出口经加热蒸汽管213同始端横管式降膜蒸发器100的蒸汽入口管131相连通，所述蒸汽压缩机212入口经二次蒸汽管211同末端横管式降膜蒸发器100蒸汽出口管132连通，相邻横管式降膜蒸发器100上一效的蒸汽出口管132与下一效的蒸汽入口管131连通。

多效蒸发系统，根据料液和二次蒸汽流行的不同，又分为并流流程、逆流流程、错流流程和平流流程。具体的讲，并流流程，即料液和二次蒸汽同向依次通过各效蒸发器，前效压力高于后效，料液泵送或借压差流动；逆流流程，即料液与二次蒸汽流动方向相反，需用泵将料液送至压力较高的前一效；而错流流程，则为并流流程和逆流流程的组合；在平流流程中，二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出。多效蒸发系统各效横管式降膜蒸发器100的浓缩液出口142以及布膜装置160的供液管路的连接形式与系统所采用的流程相适应，以并流流程为例，始端横管式降膜蒸发器100的布膜装置160由料液供液管路241供应原始料液，始端横管式降膜蒸发器100以外各横管式降膜蒸发器100的布膜装置160与相邻上一效的浓缩液出口142经效间供液管路242相连通，以相邻上一效的浓缩液作为料液。

上述始端横管式降膜蒸发器100即沿蒸汽输送路径的第一个横管式降膜蒸发器100，在多效蒸发系统中常称为第一效蒸发器；末端横管式降膜蒸发器100即沿蒸汽输送路径的最末一个横管式降膜蒸发器100，以如图的三效蒸发系统为例，末端蒸发器也即第三效蒸发器。

如图所示的实例，是一套用于海岛海水淡化的系统，如图3所示，其包括三个横管式降膜蒸发器100，并串联构成采用并流流程的三效MVR蒸发系统，其蒸汽管路及料液管路的连接形式如上所述。由于海水淡化对浓缩浓度无要求，而仅要求淡水也即冷凝水产量，因此根据实际用水需要，其效数可自由增减。

在多效MVR蒸发系统中，负压系统主要抽取系统中的不凝气，抽取的作用小，可针对各效横管式降膜蒸发器100单独设置真空泵，也可以仅设置一个真空泵并分别抽取各效横管式降膜蒸发器100。负压系统221可直接作用于各横管式降膜蒸发器100的蒸发室152；也可以是，在末端横管式降膜蒸发器100设置连接腔，负压系统221经连接腔作用于末端横管式降膜蒸发器100，末端横管式降膜蒸发器100以外的横管式降膜蒸发器100，负压系统221经相邻下一效横管式降膜蒸发器100的分配腔作用于上一效横管式降膜蒸发器100的蒸发室152。但针对各效横管式降膜蒸发器100单独设置，会增加了能耗，并增加蒸汽损耗；而仅设置一个真空泵并分别抽取各效横管式降膜蒸发器100，管路连接较复杂，且对各效横管式降膜蒸发器100的压差控制较困难。

在如图所示的实例中，如图1所示，设置有密闭的连接腔154，所述连接腔154经末端横管式降膜蒸发器100的蒸汽出口管132与末端横管式降膜蒸发器100的蒸发室152相连通；设置有连通连接腔154内外的二次蒸汽出口135、不凝气出口143，所述连接腔154经不凝气出口143同负压管路222相连通、经二次蒸汽出口135同二次蒸汽管211相连通；在始端横管式降膜蒸发器100以外的各横管式降膜蒸发器100内设置有通气管171，由通气管171连通对应横管式降膜蒸发器100的蒸发室152和分配腔151。

通过通气管171的设置，下一效横管式降膜蒸发器100的蒸发室152依次经本效通气管171、分配腔151、蒸汽入口管131及上一效的蒸汽出口管132同上一效横管式降膜蒸发器100的蒸发室152连通，从而使得系统各效横管式降膜蒸发器100的蒸发室152相互连通，使得能够通过一套负压系统实现对各横管式降膜蒸发器100的作用；同时，通过通气管171的气阻，使得负压系统对各横管式降膜蒸发器100的作用由末端至始端依次降低，保证各横管式降膜蒸发器100的真空度由末端至始端依次提高、沸点依次降低。

通过连接腔154的设置，负压系统221经负压管路222与不凝气出口143相连，蒸汽压缩机212经二次蒸汽管211与二次蒸汽出口135相连，方便二次蒸汽、不凝气的分离和抽取，负压系统221主要抽取不凝气，而蒸汽压缩机212抽取二次蒸汽，避免二次蒸汽的损失，且连接方便。其次，负压系统221经各横管式降膜蒸发器100的蒸汽出口管132作用于其蒸发室152，与负压系统221直接作用于各横管式降膜蒸发器100的蒸发室152相比，更有利于蒸发室152内二次蒸汽流的稳定。

系统工作过程中，在连接腔154内会凝结少量冷凝水，尤其是在工作初期，系统温度较低时。因此，为了保证系统的正常运转，方便连接腔154中冷凝水的排放，所述连接腔154底部设置有冷凝水出口141。

上述的横管式降膜蒸发器100的形状可以是任意的，如方形、球形、柱形等；系统排布形式，根据实际的场地要求，可以上下布置、水平布置等。在如图所示的实例中，如图1所示，所述蒸汽入口管131及蒸汽出口管132分别设置于横管式降膜蒸发器100的轴向两端，始端横管式降膜蒸发器100以外各横管式降膜蒸发器100的蒸汽入口管131由相邻上一效横管式降膜蒸发器100的蒸汽出口管132构成。由于相邻横管式降膜蒸发器100之间直接相连，因此，结构紧凑，占地小，效间管路连接方便，二次蒸汽热量损失小。其次，通过相邻下一效横管式降膜蒸发器100的分配腔151对二次蒸汽起到缓冲作用，降低各效二次蒸汽供应的波动，为了避免分配腔151内气压过大，保证生产的安全，分配腔151对应壳体111的顶部设置有卸压口144。其三，能方便的实现横管式降膜蒸发器100的快速更换，保证系统的快速修复和持续运转，尤其是其作为淡水生产设备时，系统的快速修复和持续运转，尤为关键。

进一步的，为了更好的控制多效MVR蒸发系统中各效横管式降膜蒸发器100之间的压差，设置有控制通气管171通断的级差控制器。通过对通气管171通断的控制，实现负压系统221对其作用程度的控制，进而实现效间压差的控制。级差控制器可以采用主动的控制器，如手动、电动阀门等；也可以采用被动的自适应控制器，如U形管等弯管。

在如图所示的实例中，如图1所示，所述级差控制器由与通气管171连通的U形管172构成，且所述U形管172的U形开口向上。工作时，蒸汽在U形管172内凝结，并通过U形管172内冷凝水的作用，保证U形管两侧腔室的负压差。在稳定的生产条件下，U形管172内冷凝水的数量，同蒸发器的工作参数有关。在生产条件不稳定时，U形管172内冷凝水数量的变化，会导致压差的变化，而压差的变化会导致气流流速、流量的变化，压差变小气流变缓，有利于蒸汽凝结，压差变大气流变急，有利于气流带出冷凝水，因此U形管172同时能够对压差进行自适应调整。

为了进一步的方便横管式降膜蒸发器100的维护，所述壳体111由等径的筒节111a及可拆卸固定安装于筒节111a两端的端板111b构成，所述筒节111a内固定安装有两挡圈111c，所述管板112分别经对应挡圈111c可拆卸固定于壳体111内，且所述管板112均位于对应挡圈111c的轴向外侧，所述冷凝管121两端分别可拆卸固定安装于对应管板112。因此，筒节111a和端板111b之间、管板112和冷凝管121之间均可拆卸，进而对各部件进行维修和替换，维护成本低、速度快，尤其是能够极大的方便对冷凝管121外结垢的清除。在如图所示的实例中，如图1、图4所示，筒节111a和端板111b之间、管板112和挡圈111c之间均通过螺栓连接，筒节111a和挡圈111c焊接固定；并设置胶圈122，胶圈122断面呈凹形，通过凹形卡在管板122上，冷凝管121两端分别穿过胶圈122，通过胶圈122的弹性变形使冷凝管121胀接固定安装于对应管板112的通孔内。

为了进一步的使得结构紧凑并简化管路连接，在如图所示的实例中，如图1所示，设置有与横管式降膜蒸发器100等径的单端封闭圆筒113，所述圆筒113与末端横管式降膜蒸发器100经法兰连接并由圆筒113与相邻端板111b包围构成连接腔154。

系统的布膜装置160可以采用任意的现有结构，如由布膜器和分配器构成的装置。在如图所示的实例中，如图1、图5所示，采用喷淋布膜装置，且与冷凝管束120的分布相适应的，喷淋布膜装置由两列喷淋装置构成，且如图2所示，两列喷淋装置分别位于二次蒸汽收集器133上方冷凝管121的上方的相邻外侧，使得布液分布与各部冷凝管束120的蒸发量相适应，也即二次蒸汽收集器133的上部布液少而两侧布液多。为了保证喷淋的供液压力，各效布膜装置160的供液管路上均设置有原料泵243。通过原料泵243的设置，能够有效控制料液的供给量和供给压力，以保障各效的料液供应量和蒸汽供应量的匹配；且浓缩液无需级差驱动，能增强系统布置、设置、控制的灵活性。

为了方便喷淋装置的维护和更换，如图5所示，所述布膜装置160采用由喷淋装置构成的喷淋布膜装置，所述喷淋装置包括料液进管161、压紧螺塞164、接头165、内管162、喷淋头163；所述接头165内设置有上大下小的台阶通孔并安装在壳体111上，所述内管162穿过接头165的台阶通孔并插入壳体111内，所述喷淋头163外径小于台阶通孔的最小内径并安装于内管162底端，所述内管162顶端设置有与台阶通孔的台阶接触限位配合的限位凸缘167；所述料液进管161位于壳体111外，所述料液进管161的底端插入接头165的台阶通孔内且所述料液进管161的底端设置有与限位凸缘167接触限位配合的压紧凸缘166，所述内管162顶端设置内螺纹，以便通过螺杆将内管162提起取出；在所述限位凸缘167和压紧凸缘166之间及限位凸缘167和台阶通孔的台阶之间分别设置有密封垫圈168，所述压紧螺塞164与接头165螺纹配合，所述压紧螺塞164底端作用于压紧凸缘166并经压紧凸缘166作用于限位凸缘167。该结构形式，能够在不拆卸壳体111的前提下，实现喷淋装置的维护和更换。

与现有技术相同的，本发明的MVR蒸发系统，同样设置有对冷凝水、浓缩液余热进行回收的装置。具体的，如图3所示，末端横管式降膜蒸发器100的浓缩液出口142经浓缩液回收管251与第一换热器271相连，各腔的冷凝水出口141经冷凝水回收管261与第二换热器272相连；料液首先由原料管231进入第一换热器271同浓缩液换热，然后由第一连接管232进入第二换热器272同冷凝水换热，实现余热回收。为了避免在极端环境下，料液预热温度过低影响系统的使用，保障系统在极端天气等环境下的使用，还设置有辅助电加热器273，料液经第二换热器272预热后，由第二连接管233进入辅助电加热器273预热；经辅助电加热器273预热后，由料液供液管路241送入始端横管式降膜蒸发器100也即第一效横管式降膜蒸发器100。由于如图所示的实例用于海水淡化，因此，经过第一换热器271换热的浓缩液经浓缩液排放管252排出，经过第二换热器272换热的冷凝水经冷凝水排放管262由供水泵263泵送至储水装置备用。

本系统中还存在各种仪表，包括各腔的液位控制器和压力表、冷凝水和浓缩液的流量计、对蒸汽、料液温度进行测量的温度计，均与现有的横管降膜蒸发系统相同。

Claims (10)

1.MVR蒸发系统，包括蒸发器、蒸汽压缩机（212）、加热蒸汽管（213）、二次蒸汽管（211）、负压系统（221）以及负压管路（222）；其特征在于：

所述蒸发器采用横管式降膜蒸发器（100），所述横管式降膜蒸发器（100）包括壳体（111）、两管板（112）、冷凝管束（120）及布膜装置（160）；由所述壳体（111）包围构成的内腔为密闭腔体，所述管板（112）固定在壳体（111）内腔内，沿壳体（111）轴向所述壳体（111）内腔由两管板（112）分割为分配腔（151）、回收腔（153）及位于分配腔（151）和回收腔（153）之间的蒸发室（152），所述分配腔（151）、回收腔（153）和蒸发室（152）为相互隔离的密闭腔体；

所述冷凝管束（120）沿壳体（111）轴向水平布置于蒸发室（152）内，且所述冷凝管束（120）的两端分别经对应管板（112）固定，由冷凝管束（120）连通蒸发室（152）两侧的分配腔（151）和回收腔（153）；所述布膜装置（160）设置于蒸发室（152）内并位于冷凝管束（120）的上方，所述蒸发室（152）对应壳体（111）的底部设置有浓缩液出口（142），所述分配腔（151）及回收腔（153）对应壳体（111）的底部分别设置有冷凝水出口（141）；

设置有连通横管式降膜蒸发器（100）外部与分配腔（151）的蒸汽入口管（131）、连通横管式降膜蒸发器（100）外部与蒸发室（152）的蒸汽出口管（132），在所述蒸汽出口管（132）内设置有除沫器（134）。

2.如权利要求1所述的MVR蒸发系统，其特征在于：在所述蒸发室（152）内设置有二次蒸汽收集器（133），所述二次蒸汽收集器（133）沿壳体（111）轴向作用于整个蒸发室（152），所述蒸汽出口管（132）经二次蒸汽收集器（133）连通蒸发室（152）。

3.如权利要求2所述的MVR蒸发系统，其特征在于：所述二次蒸汽收集器（133）呈槽状，所述槽状二次蒸汽收集器（133）的开口向下并设置于蒸发室（152）的中下部，所述冷凝管束（120）的冷凝管（121）分别布置于二次蒸汽收集器（133）的上方、两侧或上方和两侧。

4.如权利要求3所述的MVR蒸发系统，其特征在于：所述二次蒸汽收集器（133）断面呈倒U形并由直管、两侧侧板构成，所述直管底部沿轴向开口，所述侧板分别沿轴向固定于开口边缘；所述二次蒸汽收集器（133）的直管与蒸汽出口管（132）一体成型，所述二次蒸汽收集器（133）远离蒸汽出口管（132）的另一端由对应管板（112）支撑。

5.如权利要求1所述的MVR蒸发系统，其特征在于：所述冷凝管束（120）的冷凝管（121）按行按列设置，且相邻行的冷凝管（121）左右错开、相邻列的冷凝管（121）上下错开，各行内相邻冷凝管（121）之间的管间距及各列内相邻冷凝管（121）之间的管间距均大于冷凝管（121）的管径、小于或者等于两倍的冷凝管（121）管径。

6.如权利要求1、2、3、4或5所述的MVR蒸发系统，其特征在于：设置有至少两个横管式降膜蒸发器（100），所述蒸汽压缩机（212）出口经加热蒸汽管（213）同始端横管式降膜蒸发器（100）的蒸汽入口管（131）相连通，所述蒸汽压缩机（212）入口经二次蒸汽管（211）同末端横管式降膜蒸发器（100）蒸汽出口管（132）连通，相邻横管式降膜蒸发器（100）上一效的蒸汽出口管（132）与下一效的蒸汽入口管（131）连通。

7.如权利要求6所述的MVR蒸发系统，其特征在于：设置有密闭的连接腔（154），所述连接腔（154）经末端横管式降膜蒸发器（100）的蒸汽出口管（132）与末端横管式降膜蒸发器（100）的蒸发室（152）相连通；设置有连通连接腔（154）内外的二次蒸汽出口（135）、不凝气出口（143），所述连接腔（154）经不凝气出口（143）同负压管路（222）相连通、经二次蒸汽出口（135）同二次蒸汽管（211）相连通；在始端横管式降膜蒸发器（100）以外的各横管式降膜蒸发器（100）内设置有通气管（171），由通气管（171）连通对应横管式降膜蒸发器（100）的蒸发室（152）和分配腔（151）。

8.如权利要求7所述的MVR蒸发系统，其特征在于：设置有控制通气管（171）通断的级差控制器。

9.如权利要求8所述的MVR蒸发系统，其特征在于：所述级差控制器由与通气管（171）连通的U形管（172）构成，且所述U形管（172）的U形开口向上。

10.如权利要求1所述的MVR蒸发系统，其特征在于：所述壳体（111）由等径的筒节（111a）及可拆卸固定安装于筒节（111a）两端的端板（111b）构成，所述筒节（111a）内固定安装有两挡圈（111c），所述管板（112）分别经对应挡圈（111c）可拆卸固定于壳体（111）内，且所述管板（112）均位于对应挡圈（111c）的轴向外侧，所述冷凝管（121）两端分别可拆卸固定安装于对应管板（112）。

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