CN105276872B - 一种空气能热泵蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空气能热泵蒸发系统，包括：原料池、原料泵、物料循环泵、分离器、板式换热器、空气能热泵、水箱以及控制所述蒸发系统的PLC系统，其中物料走向：原料由原料泵输送到分离器中，在分离器中进行初级蒸发，物料循环泵将分离器中的物料泵送到板式换热器内热交换，蒸发后的浓缩液通过管路排出；热水走向：自来水通入水箱中，水箱中的水进入空气能热泵中加热，热水循环至水箱中，通过热水泵将水箱中的热水泵送到板式换热器中进行热量交换，降温后的水重新循环至水箱中。该系统设计合理，通过改进，大大提高了热源的利用率，并且通过提高分离器中的蒸发的面积和提高水表面的空气流速，从而提高了蒸发效率。

Description

一种空气能热泵蒸发系统

技术领域

本发明属于蒸发结晶设备领域，尤其涉及空气能热泵，具体涉及一种空气能热泵蒸发系统。

背景技术

在众多领域中，如化工、金属冶炼、食品、制药、饲料发酵、钢厂电厂铵法脱硫、油气田等行业，都使用不同型号的蒸发结晶设备，来生产产品或者进行废水治理。在这些蒸发系统中，常用到空气源热泵蒸发器，空气源热泵的原理是利用冷媒介质低温蒸发，由蒸发器上的引风机将空气中的热量引入蒸发器，使得嵌装入蒸发器翅片内铜管中的冷媒介质吸收到空气中的热量进行蒸发，使冷媒气液混合体中的液体蒸发为气体进入压缩机，经过压缩机压缩产生高温高压的气体进行制热，高温高压气体经过换热器换热产生热水的设备为空气能热泵。

现在常用的空气能热泵蒸发系统存在以下问题：1、气温低时，空气能热泵的效率降低，甚至有些空气能热泵在环境温度低于零下五摄氏度就不能正常制热，因为在低温下，蒸发器从空气中吸收到的热量少，不足以蒸发出压缩机正常制热时所需要的冷媒气量，无法达到压缩机正常制热的条件和要求；但是在实际的工作环境中，常常需要面对工作环境温度低的状况，因此，怎样提高空气能热泵的效率，提高热源利用率是一个待解决的问题。

2、在蒸发系统中，影响水蒸发的因素是水表面的环境因素，主要包括液体温度、湿度、压力以及平行于水表面的气流速度，并且水表面蒸发速率随着温度、气体流速的升高而增加，随着气流压力以及相对湿度的升高而减小，在实际的蒸发过程中，由于设备的限制，导致水蒸发的速率较小，影响蒸发效率。

3、在整个系统设备中，分离器的体积有限制，因此在分离器中的物料的比表面积有限，蒸发面积小，限制了蒸发速率，因此，如果在有限的空间内提高蒸发面积也是提高蒸发效率的一个待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种空气能热泵蒸发系统，该系统设计合理，通过改进，大大提高了热源的利用率，并且通过提高分离器中的蒸发的面积和提高水表面的空气流速，从而提高了蒸发效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种空气能热泵蒸发系统，所述蒸发系统包括：原料池、原料泵、物料循环泵、分离器、板式换热器、空气能热泵、水箱以及控制所述蒸发系统的PLC系统，所述原料池、原料泵、物料循环泵、分离器、板式换热器、空气能热泵、水箱之间根据工艺流程通过若干管路连接，所述蒸发系统中的物料走向：所述原料池中的原料由所述原料泵输送到所述分离器中，原料在所述分离器中进行初级蒸发，所述物料循环泵将所述分离器中经过初级蒸发的物料泵送到所述板式换热器内与热水进行热交换，在所述板式换热器内提高了物料的温度，加快物料在所述板式换热器内的二级蒸发，蒸发后的浓缩液通过管路排出；

所述蒸发系统中的热水走向：自来水通入所述水箱中，所述水箱中的水进入所述空气能热泵中加热，加热后的水循环至所述水箱中，所述水箱与所述板式换热器之间设有热水泵，通过所述热水泵将所述水箱中的热水泵送到所述板式换热器中，在所述板式换热器中热水的热量与物料进行交换，降温后的水重新循环至所述水箱中。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述分离器上设有进风口，所述进风口连接轴流风机，所述轴流风机与进风口之间还设有电阻丝，所述电阻丝将所述轴流风机出来的风加热，然后将热风输送至所述分离器中，所述轴流风机提升了所述分离器中液面的空气流动速度。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述分离器中设有若干喷洒装置和填料，将原料用所述喷洒装置喷洒至所述分离器，所述原料能够充分分布于所述填料表面，增大了原料的蒸发面积。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述分离器中的喷洒装置、填料和进风口由上到下依次设置，使由所述进风口进入的热风与由所述喷洒装置喷洒的原料在所述分离器中逆向接触进而提高换热效率。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述分离器的顶端设有排气口，所述排气口设有用于吸附物料泡沫的疏水层或者除沫装置。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述原料池与所述原料泵之间设有液位传感器，通过所述液位传感器来控制所述原料泵泵送到所述分离器中的原料的量。

在本发明的一个较佳实施例中，进一步包括，所述板式换热器的数量至少包括两个。

本发明的有益效果是:

其一、本发明的系统，采用空气能热源和板式换热器加热原液，能够满足物料易起泡，蒸发温度不能过高的工作需求，采用自然蒸发的方式，不但提高了热源利用率，而且保证了物料蒸发的品质。

其二、本发明的系统在分离器中采用多个喷洒装置，添加了填料，增加了蒸发的表面积，提高了蒸发效率。

其三、在本发明的系统中，还采用了离心风机来提高水表面的气流流速，水表面的空气流速能够达到1m/s，增加了水分自然蒸发速率。

其四、本发明的系统在常压环境下自然蒸发，设备安全可靠，采用板式换热器，传热效率高且节省空间。

其五、本发明的系统中的分离器采用液位比例控制系统，通过比例阀自动调节进料量，液位可靠，并且可以避免循环管堵塞，在分离器顶部配置高效除沫、疏水装置，避免物理泡沫或者水分被气体夹带，导致跑料。

其六、本发明的系统为自动化控制系统，采用一件启动/停机，操作简单，系统辅助监测仪表显示，可以广泛应用到化工、金属冶炼、食品、制药、饲料发酵、钢厂电厂铵法脱硫、油气田众多行业中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1本发明的空气能热泵蒸发系统的原理图。

其中，1-原料池，2-液位传感器，3-原料泵，4-物料循环泵，5-分离器，501-进风口，502-填料，503-喷洒装置，504-疏水层或者除沫装置，505-排气口，6-板式换热器，7-空气能热泵，8-水箱，9-热水泵，10-轴流风机，11-干燥空气，12-排放至室外的气体，13-浓缩液，14-自来水。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1所示，本实施例中公开了一种空气能热泵蒸发系统，上述蒸发系统包括：原料池1、液位传感器2、原料泵3、物料循环泵4、分离器5、两台板式换热器6、空气能热泵7、水箱8以及控制上述蒸发系统的PLC系统，上述原料池1、液位传感器2、原料泵3、物料循环泵4、分离器5、两台板式换热器6、空气能热泵7、水箱8之间根据工艺流程通过若干管路连接，上述水箱8为保温水箱，自带电加热功能。

上述蒸发系统中的物料走向：上述原料池1中的原料由上述原料泵3输送到上述分离器5中，原料在上述分离器5中进行初级蒸发，上述物料循环泵4将上述分离器5中经过初级蒸发的物料泵送到上述板式换热器6内与热水进行热交换，在上述板式换热器6内提高了物料的温度，加快物料在上述板式换热器6内的二级蒸发，蒸发后的浓缩液通过管路排出。

上述蒸发系统中的热水走向：自来水14通入上述水箱8中，上述水箱8中的水进入上述空气能热泵7中加热，加热后的水循环至上述水箱8中，上述水箱8与上述板式换热器6之间设有热水泵9，通过上述热水泵9将上述水箱8中的热水泵送到上述板式换热器6中，在上述板式换热器6中热水的热量与物料进行交换，降温后的水重新循环至上述水箱8中。

为了提高蒸发效率，在上述分离器5上设有进风口501，上述进风口501连接轴流风机10，上述轴流风机10与进风口501之间还设有电阻丝，上述电阻丝将上述轴流风机10出来的风加热，然后将热风输送至上述分离器5中，上述轴流风机10提升了上述分离器5中液面的空气流动速度。

该分离器5采用液体喷洒的形式，在上述分离器5中设有若干喷洒装置503和填料502，将原料用上述喷洒装置503喷洒至上述分离器5中，上述原料能够充分分布于上述填料502表面，增大了原料的蒸发面积。

并且上述分离器5中的喷洒装置503、填料502和进风口501由上到下依次设置，使由上述进风口501进入的热风与由上述喷洒装置503喷洒的原料在上述分离器5中逆向接触进而提高换热效率。

在上述分离器5的顶端设有排气口505，上述排气口505设有用于吸附物料泡沫的疏水层或者除沫装置504。在分离器顶部配置高效除沫、疏水装置，避免物理泡沫或者水分被气体夹带，导致跑料。

在本实施例中，上述原料池1与上述原料泵3之间设有液位传感器2，通过上述液位传感器2来控制上述原料泵泵送到上述分离器5中的原料的量。本发明的系统中的分离器采用液位比例控制系统，通过比例阀自动调节进料量，液位可靠，并且可以避免循环管堵塞。

工艺控制部分采用“PLC自控”的形式，能够完成本工段装置的模拟量(MCS)控制、安全监控、报警和数据采集(DAS)功能，确保装置安全高效稳定运行；能够达到全系统所有设备的集中控制，包括集中启/停车、事故闭锁、报警信号、单机启/停车等。本发明的系统具有易于组态、易于使用、易于扩展的特点，控制系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至摸件级的自诊断功能。

该PLC系统由控制部分、检测部分、执行机构和控制电脑组成。控制部分由电源模块、CPU、I/O模块、UPS辰竹隔离栅及其他电器元件组成；检测部分包括温度传感器、液位传感器、压力传感器、流量控制器等组成；执行机构由气动阀门、开关阀门和机泵电机组成。

进料：以分离器液位为模拟量输入信号，输出控制进料泵转速大小，以保证分离器内液位高度；有时间控制分离器原水的浓度，定时定量排放。分离器内单独设置超高、超低控制点，保障物料液位在控制范围内。分离器内安装温度传感器，远传显示；同时安装就地温度表。

本发明的系统的蒸发能力为80kg/h，物料相对较为纯净，浓缩倍数可达到15倍，每天外排浓液不高于133kg；设计空气能热泵蒸发器时，考虑气温低时，空气能热泵起的效率会降低，须配备电加热。

本发明的系统，采用空气能热源和板式换热器加热原液，能够满足物料易起泡，蒸发温度不能过高的工作需求，采用自然蒸发的方式，不但提高了热源利用率，而且保证了物料蒸发的品质。

本发明的系统在分离器中采用多个喷洒装置，添加了填料，增加了蒸发的表面积，提高了蒸发效率。

在本发明的系统中，还采用了离心风机来提高水表面的气流流速，水表面的空气流速能够达到1m/s，增加了水分自然蒸发速率。

本发明的系统在常压环境下自然蒸发，设备安全可靠，采用板式换热器，传热效率高且节省空间。

本发明的系统中的分离器采用液位比例控制系统，通过比例阀自动调节进料量，液位可靠，并且可以避免循环管堵塞，在分离器顶部配置高效除沫、疏水装置，避免物理泡沫或者水分被气体夹带，导致跑料。

本发明的系统为自动化控制系统，采用一件启动/停机，操作简单，系统辅助监测仪表显示，可以广泛应用到化工、金属冶炼、食品、制药、饲料发酵、钢厂电厂铵法脱硫、油气田众多行业中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述蒸发系统包括：原料池、原料泵、物料循环泵、分离器、板式换热器、空气能热泵、水箱以及控制所述蒸发系统的PLC系统，所述原料池、原料泵、物料循环泵、分离器、板式换热器、空气能热泵、水箱之间根据工艺流程通过若干管路连接，所述蒸发系统中的物料走向：所述原料池中的原料由所述原料泵输送到所述分离器中，原料在所述分离器中进行初级蒸发，所述物料循环泵将所述分离器中经过初级蒸发的物料泵送到所述板式换热器内与热水进行热交换，在所述板式换热器内提高了物料的温度，加快物料在所述板式换热器内的二级蒸发，蒸发后的浓缩液通过管路排出；

所述蒸发系统中的热水走向：自来水通入所述水箱中，所述水箱中的水进入所述空气能热泵中加热，加热后的水循环至所述水箱中，所述水箱与所述板式换热器之间设有热水泵，通过所述热水泵将所述水箱中的热水泵送到所述板式换热器中，在所述板式换热器中热水的热量与物料进行交换，降温后的水重新循环至所述水箱中。

2.根据权利要求1所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述分离器上设有进风口，所述进风口连接轴流风机，所述轴流风机与进风口之间还设有电阻丝，所述电阻丝将所述轴流风机出来的风加热，然后将热风输送至所述分离器中，所述轴流风机提升了所述分离器中液面的空气流动速度。

3.根据权利要求2所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述分离器中设有若干喷洒装置和填料，将原料用所述喷洒装置喷洒至所述分离器，所述原料能够充分分布于所述填料表面，增大了原料的蒸发面积。

4.根据权利要求3所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述分离器中的喷洒装置、填料和进风口由上到下依次设置，使由所述进风口进入的热风与由所述喷洒装置喷洒的原料在所述分离器中逆向接触进而提高换热效率。

5.根据权利要求4所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述分离器的顶端设有排气口，所述排气口设有用于吸附物料泡沫的疏水层或者除沫装置。

6.根据权利要求1所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述原料池与所述原料泵之间设有液位传感器，通过所述液位传感器来控制所述原料泵泵送到所述分离器中的原料的量。

7.根据权利要求1所述的空气能热泵蒸发系统，其特征在于，所述板式换热器的数量至少包括两个。