CN105819531B - 一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统 - Google Patents

一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统 Download PDF

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Abstract

本技术公开了一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统，包括蒸发分离室、冷凝器、蒸发器、水冷器、热泵、轴流鼓风机、循环水泵、节流装置、气液分离器/净化器；蒸发分离室内部通过隔板分割成蒸发室和分离室，蒸发室和分离室通过隔板顶部与蒸发分离室之间的热风出口相通；隔板上装有轴流鼓风机并留有冷风进口，顶部留有热风出口；蒸发室底部为储液区，顶部装有喷淋系统；蒸发室的储液区经由循环水泵和冷凝器与其顶部的喷淋系统相连；分离室内部由上到下依次置有蒸发器、水冷器；蒸发器经气液分离器/净化器与热泵进气口相连；热泵出气口与冷凝器相连；冷凝器经节流装置与蒸发器相连。该系统紧凑占地小、运行成本低，操作灵活方便适合推广使用。

Description

一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统
技术领域
本技术涉及一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统，属于高浓度难降解废水领域。
背景技术
对于高浓度难降解废水，目前常用处理工艺为热泵型蒸发工艺。热泵型蒸发技术可分为单循环系统与双循环系统。
单循环系统式热泵蒸发技术又称为MVR蒸发技术，其原理为采用水蒸气压缩机将蒸发产生的二次水蒸气压缩为高温高压水蒸气，重新作为热源继续对母液进行蒸发；其特点是，由于采用单循环系统，其能耗较低，整体设备制冷效率COP一般为18-20，能耗约为31-35度电/吨水，该系统一般蒸发温度为85℃至110℃，温度较高，与外界散热量加大，额外需补充部分生蒸汽，约为15-30kg/吨水，能耗约为3.6-7.2元/吨水；但由于采用换热管进行传热，对易结垢物料而言，其存在严重的结垢问题，需要定期停机清洗，严重时需拆除设备人工清洗，运行十分不便。
双循环热泵蒸发系统类似于空调机组，设有两套循环系统，分别为气态干燥介质循环和冷媒循环，其中冷媒循环过程为热泵-冷凝器(散热)-节流装置(降压)-蒸发器(吸热)-气液分离器/净化器(净化)-热泵；气态干燥介质(通常为空气或氮气)循环过程为鼓风机-蒸发室(通过散热及水蒸气分压差吸收母液水分)-冷却器(散热，凝结水)-加热器(吸热，升温)-净化器(干燥介质净化)-鼓风机；两套循环系统中的蒸发器(冷媒)与冷却器(干燥介质)为同一设备，冷凝器(冷媒)与加热器(干燥介质)为同一设备，实现两套系统中的能量搬运，完成蒸发过程；其特点是，由于干燥介质直接与母液接触进行蒸发，无换热管，完成不存在结垢问题，设备可长效稳定运行；但由于气态干燥介质的比热容较小，而蒸发过程中所需大量的汽化热量均由气态干燥介质携带，必然要求进入蒸发室前的气态干燥介质温度较高，导致冷媒压缩机出口压力过高，压缩机功率较大；众所周知，水蒸气分压差与温度差比值(ΔP/ΔT)随着温度升高而增大，即提高蒸发温度，可降低循环风量，可有效降低能耗；但由于干燥介质因需携带大量热量导致温度较高，而常规冷媒压缩机出口温度一般不高于70℃，则该系统实际蒸发温度一般较低，为25℃至35℃，此时的水蒸气分压差较低，风循环量较大，鼓风机功率较大，故能耗较高；整体设备(含鼓风机)制冷效率COP一般为1.9-2.0，能耗约为340-360度电/吨水；且气态干燥介质需同时提供热量及水蒸气分压差，系统难以根据实际情况调整气态干燥介质流量，灵活度较低。
以蒸发量为48kg/h的常规双循环热泵蒸发系统为例，母液温度及蒸发温度为35℃，热干风温度为65℃(其露点温度为25℃)，蒸发后饱和冷湿风温度为35℃，冷却后饱和冷湿风温度为25℃，冷媒蒸发温度为22℃，冷媒冷凝温度为68℃，干燥介质(空气)循环量为3000m3/h，鼓风机功率为4.0KW，冷媒压缩机功率为11.5KW，总功率为15.5KW；实际蒸发温度仅为35℃，而热干风温度高达65℃，这是由于蒸发热量必须由气态干燥介质携带导致的。
发明内容
为解决上述问题，本技术提供了一种不存在结垢问题，设备可长效稳定运行，能耗较低，设备紧凑、占地小的节能热泵型中温喷雾蒸发系统。
本技术所述的节能热泵型中温喷雾蒸发系统，包括蒸发分离室、冷凝器、蒸发器、水冷器、热泵、轴流鼓风机、循环水泵、节流装置、气液分离器/净化器；其特征在于：所述的蒸发分离室的内部通过隔板分割成蒸发室和分离室，蒸发室和分离室通过隔板顶部与蒸发分离室之间的热风出口相通；所述的隔板上装有轴流鼓风机并留有冷风进口；所述的蒸发室底部为储液区，顶部装有喷淋系统；所述的蒸发室的储液区经由循环水泵和冷凝器与喷淋系统相连；所述的分离室内部由上到下依次置有蒸发器、水冷器；所述的蒸发器经气液分离器/净化器与热泵进气口相连；所述的热泵出气口与冷凝器相连；所述的冷凝器经节流装置与蒸发器相连。
上述节能热泵型中温喷雾蒸发系统，所述的蒸发室的储液区底部与固液分离器相连。
上述的节能热泵型中温喷雾蒸发系统，喷淋系统喷出的母液蒸发温度为50-60℃，在冷凝器、蒸发器、节流装置、热泵、气液分离器/净化器内流动的冷媒蒸发温度与冷凝温度相差8-10℃左右，热风出口处的热风与冷风进口处的冷风温度相差5-8℃。
上述的节能热泵型中温喷雾蒸发系统，喷淋系统以喷雾形式喷出母液，雾滴粒径在2-3mm。
本技术采用了三循环热泵蒸发系统，分别为气态干燥介质循环系统、冷媒循环系统以及母液循环系统。其中冷媒循环过程为热泵-冷凝器(散热)-节流装置(降压)-蒸发器(吸热)-气液分离器/净化器(蒸汽净化)-热泵；气态干燥介质(通常为空气或氮气)循环过程为鼓风机-蒸发室(通过吸热产生水蒸气分压差吸收母液水分)-冷却器(散热，凝结水)-水冷器(进一步散热，凝结水)-鼓风机；母液循环过程为蒸发室储液区-水泵-加热器(吸热升温)-蒸发室喷淋系统(散热蒸发)-蒸发室储液区，三套循环系统中的蒸发器(冷媒)与冷却器(气态干燥介质)为同一设备，冷凝器(冷媒)与加热器(母液)为同一设备，蒸发室(气态干燥介质)与蒸发室(母液)为同一设备(蒸发室为气态干燥介质循环和母液循环的共用设备)，实现三套系统中的能量搬运，完成蒸发过程。
本技术一种节能热泵型中温喷雾干燥系统运行原理为：通过冷媒循环系统中的蒸发器从热饱和湿风中吸热，使得其降温，水蒸气得以冷凝成水，形成冷风；冷媒循环系统中的冷凝器将热量输出给母液；吸收热量后的母液与冷风接触，接触过程中将冷风加热，利用风的饱和水蒸气分压差从母液中吸收水分，形成热饱和湿风，实现蒸发过程。
本技术系统特点有：
1、由于干燥介质直接与母液接触进行蒸发，无换热管，完全不存在结垢问题，设备可长效稳定运行；
2、本系统采用三循环系统，蒸发过程中大量的水-蒸汽的汽化热均由母液携带，由于母液的比热容较大，吸收热量后其温升较低，且可通过较大循环比例控制其温升，从而使得冷媒压缩机出口压力较小，能耗较小；
3、本系统中冷媒在50-60℃下压缩，可实现中温蒸发，干燥介质流量较低，鼓风机功率小，能耗低，整体设备(含鼓风机、循环泵)制冷效率COP一般为12-14，能耗约为42-52度电/吨水，能耗与MVR系统相近；
4、本系统采用喷雾干化的蒸发形式，喷雾粒径控制在2-3mm，在保证接触效果的前提下，使雾滴不至于被热风裹挟走；
5、由于热量由母液携带，蒸发由干燥介质水蒸气分压差提供，两套系统各自独立，灵活性较高；
6、本系统的主要设备单元均置于蒸发分离室内，设备紧凑、占地小。
附图说明
图1是节能热泵型中温喷雾蒸发系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本技术的一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统包括蒸发分离室1、冷凝器(冷媒)2、蒸发器(冷媒)3、水冷器4、热泵5、轴流鼓风机6、循环水泵7、节流装置8、气液分离器/净化器9、固液分离器10、隔板11、蒸发室12、分离室13、喷淋系统14、储液区15。
蒸发分离室1通过隔板11分割成蒸发室12和分离室13，隔板11中部装有轴流鼓风机6并留有冷风进口，隔板顶部与蒸发分离室内壁之间形成热风出口；蒸发室12底部为储液区15，顶部装有喷淋系统14；蒸发室12的储液区15经由循环水泵7和冷凝器(冷媒)2与其顶部的喷淋系统14相连；蒸发室12的储液区15底部与固液分离器10相连；分离室13内部由上到下依次置有蒸发器(冷媒)3、水冷器4，底部留有冷凝水排放口；蒸发器(冷媒)3经气液分离器/净化器9与热泵5进气口相连；热泵5出气口与冷凝器(冷媒)2相连；冷凝器(冷媒)2经节流装置8与蒸发器(冷媒)3相连。
本系统具体工作流程如下：
原液经原液管进入母液循环管道，与母液一起由循环水泵输送到冷凝器(冷媒)加热到50-60℃后进入蒸发室内的喷淋系统与上升的冷风充分接触，将42-55℃的干冷风加热成50-60℃的湿热风，浓缩液收集至蒸发室底部的储液区，沉积在储液区底部的固体经固液分离器分离，外排处理；
蒸发室内上升的干冷风吸收了母液的热量和水分后，通过蒸发室顶部的热风出口进入分离室，依次经过蒸发器(冷媒)、水冷器冷却成42-55℃的干冷风，冷凝水汇集到分离室的底部，经冷凝水排放口排出；
经蒸发器(冷媒)中吸热的气态冷媒经由气液分离器/净化器后进入热泵进气口，通过热泵压缩提高温度和压力后进入冷凝器(冷媒)等压放热冷凝，高压液态冷媒经节流装置降低压力后再进入蒸发器(冷媒)吸热蒸发。
下面是以某高盐废水中试项目为例，进一步说明本技术。
该中试项目设计处理能力为20t/d，进水水质如下：PH为6.5-8.1，TDS为65000mg/L，总硬度为7100mg/L，CODCr为600mg/L。
该系统运行参数如下：蒸发温度为60℃，冷媒蒸发温度与冷凝温度相差8-10℃左右，热风与冷风温度相差5-8℃；热泵功率为34.5KW，轴流风机功率为1.5KW，循环水泵功率为3KW；生产冷凝水18.2t/d，盐渣1.81t/d；能耗约为46.8度电/吨水；设备可连续运行12个月以上。

Claims (2)

1.一种节能热泵型中温喷雾蒸发系统，包括蒸发分离室、冷凝器、蒸发器、水冷器、热泵、轴流鼓风机、循环水泵、节流装置、气液分离器/净化器；其特征在于：所述的蒸发分离室的内部通过隔板分割成蒸发室和分离室，蒸发室和分离室通过隔板顶部与蒸发分离室之间的热风出口相通；所述的隔板中部装有轴流鼓风机并留有冷风进口；所述的蒸发室底部为储液区，顶部装有喷淋系统；所述的蒸发室的储液区经由循环水泵和冷凝器与喷淋系统相连；所述的分离室内部由上到下依次置有蒸发器、水冷器；所述的蒸发器经气液分离器/净化器与热泵进气口相连；所述的热泵出气口与冷凝器相连；所述的冷凝器经节流装置与蒸发器相连；喷淋系统喷出的母液蒸发温度为50-60℃，在冷凝器、蒸发器、节流装置、热泵、气液分离器/净化器内流动的冷媒蒸发温度与冷凝温度相差8-10℃，热风出口处的热风与冷风进口处的冷风温度相差5-8℃；所述的蒸发室的储液区底部与固液分离器相连。
2.根据权利要求1所述的节能热泵型中温喷雾蒸发系统，其特征在于：喷淋系统以喷雾形式喷出母液，雾滴粒径在2-3mm。
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