CN104922921B - 一种自循环mvr热泵蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自循环MVR热泵蒸发系统，包括预热原液的预热器、与预热器连接的热交换器和与热交换器连接的旋风分离器，所述预热器的出口通过管路经热交换器的管程接至旋风分离器下部的旋风分离器入口，所述旋风分离器的中上部经过滤层后由旋风分离器出气口接至所述罗茨风机进口，所述罗茨风机出口通过管路经热交换器的壳程接至旋风分离器的顶部进口，所述热交换器壳程的排液口接至所述冷凝液箱，所述冷凝液箱的排液口通过预加热器中的换热管路排出。本发明通过罗茨风机将设备内部抽真空，提供负压环境，以降低原液沸点，减少能耗；浓缩工况前利用循环加热后的空气给热交换器中原液加热，摒弃了对外界蒸汽和辅助电加热器的依赖。

Description

一种自循环MVR热泵蒸发系统

技术领域

本发明涉及一种自循环MVR热泵蒸发系统，属于蒸发和节能技术领域。

背景技术

近年来，随着人类对能源的需求越来越大，经济发展与资源短缺的矛盾日趋尖锐，能源供应成为瓶颈问题。同时，温室气体排放引起全球气候变暖。面对如此情况，节能成为目前摆脱能源短缺束缚的重要途径之一。另外，随着近年来蒸汽市场价格的持续走高，企业运行成本急剧增加。因此，减少装置运行成本、节能降耗是目前蒸发浓缩工艺需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种自循环MVR热泵蒸发系统，利用系统压差实现自循环，装置设计精巧，体积小、结构简单，操作方便快捷，并有效提高了能源的利用率。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种自循环MVR热泵蒸发系统，包括预热原液的预热器、与预热器连接的热交换器和与热交换器连接的旋风分离器，所述预热器上设有第一阀，所述热交换器包含管程和壳程，热交换器与旋风分离器之间设有第二阀，所述预热器的出口通过管路经热交换器的管程接至旋风分离器下部的旋风分离器入口，所述旋风分离器的中上部经过滤层后由旋风分离器出气口接至所述罗茨风机进口，所述罗茨风机出口通过管路经热交换器的壳程接至旋风分离器的顶部进口，所述热交换器壳程的排液口接至所述冷凝液箱，所述冷凝液箱的排液口通过预热器中的换热管路排出；其中，核工业废水的原液通过预热器预热后进入到热交换器管程进口中，在管程中原液通过蒸发从管程出口进入到旋风分离器中，旋风分离器中的蒸汽进入到罗茨风机中，从而进入到热交换器壳程中，形成循环。

本发明进一步限定的技术方案是：所述冷凝液箱通过管路与罗茨风机连接，在所述管路的末端设有喷洒冷凝水到罗茨风机的喷嘴；所述罗茨风机的出口与热交换器之间安装有脉冲阻尼器，脉冲阻尼器同时与热交换器的壳程和管程连通。

进一步的，所述旋风分离器与热交换器之间设有液位计，冷凝液箱与液位计连接，液位计一端通过管路与旋风分离器连接(与热交换器管程上部连通)，另一端通过管路与热交换器管程下部连接，用于测量热交换器管程的液位；同时冷凝液箱通过管路与液位计连接，可在清洗流程利用冷凝液箱中干净冷凝水对液位计进行清洗。

进一步的，所述旋风分离器的过滤层包含从上到下依次设有第一丝网除沫器、第二丝网除沫器、旋流板和导流板。

进一步的，所述冷凝液箱的顶部还经三通气压阀接至热交换器的壳程出口管路，这样可以借助该阀调控冷凝液箱及辅助调控系统的气压，使其运行更稳定。

工作时，首先进入加热工况，待浓缩的原液经预热器后进入热交换器，利用系统内空气经由罗茨风机加温加压后进入热交换器壳程，对热交换器管程原液进行加热，换热后的空气经管路到达旋风分离器顶部后进入罗茨风机循环加热，待热交换器管程原液温度达到蒸发温度时，系统进入蒸发工况。蒸发工况，待浓缩的原液经预热器预热后进入热交换器，其中的可汽化成分加热汽化进入旋风分离器实现气液分离，气体成分经过滤进入罗茨风机，压缩后经过热交换器壳程给管程原液加温后冷凝进入冷凝液箱，不断循环，而液体则返回热交换器管程。这样形成的热泵循环系统不仅可以通过热交换循环实现输入液体的浓缩，而且热交换器高于冷凝液箱即可借助重力实现回液，而罗茨风机出口经热交换器壳程与冷凝液箱连通使其具有的微正压可以使其排出液自动流经预热器预热原液后再排出，不仅有效利用了排出液所含的热量，而且无需另加输液动力，因此使得本发明具有合理利用压差和重力差实现蒸发、分离流程的自循环，能耗低、效率高的显著优点。同时，加热工况时由于热交换器的壳程接至旋风分离器的顶部进口，再由其出气口接至罗茨风机，因此使得系统工作时的压力波动小，热泵系统循环稳定。

本发明的有益效果是：该系统通过罗茨风机将设备内部抽真空，提供负压环境，以降低原液沸点，减少能耗；该系统的物料流动均采用系统压差进行自循环，无需在系统中设置泵等外部动力，大大简化了流程，且便于控制实现；浓缩工况前利用循环加热后的空气给热交换器中原液加热，摒弃了对外界蒸汽和辅助电加热器的依赖，节约能源的同时也简化了结构；通过可调式液位计控制浓缩工况的终点，无需反复取样分析，方便操作、控制精确；本发明的旋风分离器采用四级分离，提高了分离效率，进一步降低了分离器出口蒸汽含液滴量，提高了去污因子，达到了环境友好的目的。此外，本发明的采用的热泵蒸发技术由于不需要额外蒸汽，可以降低产品成本，提高经济效益，因此在蒸发、浓缩等领域有着广泛应用。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的流程示意图；

图2为图1中罗茨风机补水的结构示意图；

图3为图1中旋风分离器的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供的一种自循环MVR热泵蒸发系统，如图1至图3所示，包括预热原液的预热器12、与预热器12连接的热交换器6和与热交换器6连接的旋风分离器1，所述预热器12上设有第一阀5，第一阀5为第一气动球阀，所述热交换器6包含管程和壳程，热交换器6与旋风分离器1之间设有第二阀，第二阀为气动蝶阀2和手动蝶阀3，所述预热器12的出口通过管路经热交换器6的管程接至旋风分离器1下部的旋风分离器1入口，所述旋风分离器1的中上部经过滤层后由旋风分离器1出气口接至所述罗茨风机10进口，所述罗茨风机10出口通过管路经热交换器6的壳程接至旋风分离器1的顶部进口，所述热交换器6壳程的排液口接至所述冷凝液箱11，所述冷凝液箱11的排液口通过预热器12中的换热管路排出，对预热器中的原液进行预热。罗茨风机10的出口分别通过第一管道和第二管道与热交换器6的壳程进口和管程进口连接，第二管道上设有第三阀7，第三阀7为第二气动球阀，热交换器6中的冷凝水通过第三管道存储在冷凝液箱11中。

在本发明中，所述冷凝液箱11通过管路与罗茨风机10连接，在所述管路的末端设有喷洒冷凝水到罗茨风机10的喷嘴13，第二出口与第五管道连接，第五管道穿过预热器12，通过第五管道与预热器12中的原液进行热交换，从而加热原液的温度；所述罗茨风机10的出口与热交换器6之间安装有脉冲阻尼器9，脉冲阻尼器9同时与第一管道和第二管道连通，脉冲阻尼器9的作用是缓冲罗茨风机10出口蒸汽，使其流动趋于平稳。旋风分离器1与热交换器6之间设有液位计8，液位计8包含高液位和低液位，高液位和低液位可以通过需要进行调节，冷凝液箱11与液位计8连接，液位计8一端通过管路与旋风分离器1连接(与热交换器管程上部连通)，另一端通过管路与热交换器6管程下部连接，用于测量热交换器6管程的液位；同时冷凝液箱11通过管路与液位计8连接，可在清洗流程利用冷凝液箱11中干净冷凝水对液位计进行清洗。旋风分离器1包含壳体，壳体内从上到下依次设有第一丝网除沫器14、第二丝网除沫器15、旋流板16和导流板17，旋风分离器1出口与罗茨风机10进口相连，蒸汽经罗茨风机10升温加压后形成二次蒸汽为系统浓缩提供热量。

在本发明中，罗茨风机10的进口为负压，热交换器6管程为负压，以降低原液的沸点，减少能耗。系统启动时，启动罗茨风机10，将整个系统抽真空，将原液经由预热器12壳程吸入热交换器6管程，原液蒸发所得二次蒸汽经过罗茨风机10的压缩，使得罗茨风机10出口、第一管道、第二管道、热交换器6壳程、冷凝液箱11及预热器12管程均为正压。这样，通过压差作用可实现原液的进液、罗茨风机10补水、冷凝水的排放，而无需外界泵的动力。

在本发明中，原液经过预热器12壳程由第五管道进入预热器12管程的冷凝液预热后，进入到热交换器6中的管程内，原液在管程内经过壳程内热空气的加热，形成蒸汽，热交换器6管程出口的水蒸气进入到旋风分离器1中，旋风分离器1对二次蒸汽采用进口旋风分离、中部旋流板16分离、上部两层丝网捕捉的四级分离，提高去污因子，经过旋风分离器1分离出的水回流进入到热交换器6的管程中，而水蒸气通过顶部的旋风分离器1出口进入到罗茨风机中加温加压，进入热交换器6壳程，与热交换器6管程原液热交换后产生冷凝水进入到冷凝液箱11中，冷凝液箱11中的冷凝液一部分给罗茨风机10进行补水；另一部分流进预热器12管程对壳程中原液进行预热。热交换器6通过第六管道与外界连通，第六管道上设有阀门。

根据上述的自循环MVR热泵蒸发系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)启动罗茨风机10，将整个系统抽真空，打开第一阀5，向预热器12中进料，当热交换器6中的液位到达指定液位时，关闭第一阀5，停止进液；

(2)罗茨风机10继续运行，打开气动蝶阀2和第三阀7，调节罗茨风机10的转速，调节手动蝶阀3的开度使得罗茨风机10前后的压力达到指定值，利用系统中的循环空气给热交换器6管程中的原液加热，循环加热过程中原液的温度逐渐升高，循环空气的温度也在升高，当原液温度达到沸点时转入正常浓缩工况；

(3)浓缩工况罗茨风机10继续运行，关闭气动蝶阀2和第三阀7，热交换器6管程蒸发出来的蒸汽经旋风分离器1分离后进入罗茨风机10加温加压，进入热交换器6壳程给管程原液继续加热；

(4)当液位计8检测到热交换器中低液位信号时，控制第一阀5打开，进行补液，重复步骤(3)；

(5)当液位计8低液位信号发出一定次数后，第一阀5不再打开，系统转入停机排放模式。

(6)本实施例中同时设置了自动消泡流程和自动清洗流程。以解决消泡和清洗问题。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种自循环MVR热泵蒸发系统，包括预热原液的预热器、与预热器连接的热交换器和与热交换器连接的旋风分离器，所述热交换器包含管程和壳程，其特征在于：所述预热器的出口通过管路经热交换器的管程接至旋风分离器下部的旋风分离器入口，所述旋风分离器的中上部经过滤层后由旋风分离器出气口接至罗茨风机进口，所述罗茨风机出口通过管路经热交换器的壳程接至旋风分离器的顶部进口，所述热交换器壳程的排液口接至所述冷凝液箱，所述冷凝液箱的排液口通过预热器中的换热管路排出。

2.根据权利要求1所述的自循环MVR热泵蒸发系统，其特征在于：所述冷凝液箱通过管路与罗茨风机连接，在所述管路的末端设有喷洒冷凝水到罗茨风机的喷嘴。

3.根据权利要求1所述的自循环MVR热泵蒸发系统，其特征在于：所述罗茨风机的出口与热交换器之间安装有脉冲阻尼器，脉冲阻尼器同时与热交换器的壳程和管程连通。

4.根据权利要求1所述的自循环MVR热泵蒸发系统，其特征在于：所述旋风分离器与热交换器之间设有液位计。

5.根据权利要求1所述的自循环MVR热泵蒸发系统，其特征在于：所述旋风分离器的过滤层从上到下依次设有第一丝网除沫器、第二丝网除沫器、旋流板和导流板。