CN106500406A - 一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，解决煤炭锅炉用于浓缩流体的能源浪费及环保问题。本发明包括复叠式高温热泵系统用高温级热提升用压缩机、高温级节流装置、中间用蒸发‑冷凝器、低温级热提升用压缩机、低温级节流装置和多级蒸发浓缩系统，多级蒸发浓缩系统包括初级复合式发生‑冷凝器、闪发器、中间各级蒸发浓缩器及末端复合式冷凝‑蒸发器。本发明通过高温热泵回收浓缩冷却水余热显热直接循环利用系统可显著节能，提高系统的供热能力和供热效率，较之传统的锅炉蒸汽浓缩系统其环保效益显著。经初步实验研究数据，不仅可以较好地解决锅炉冷却水余热浪费和锅炉煤炭污染等问题，而且装置运行可靠，浓缩流体效果显著。

Description

一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置
技术领域
本发明涉及一种浓缩装置，具体说是涉及一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置。
背景技术
随着工业浓缩技术发展，传统的利用锅炉蒸汽浓缩流体的发展制约性越来越明显。首先，锅炉燃烧大量的煤炭，造成环境污染。其次，用于浓缩的锅炉蒸汽余热潜在大量的显热，直接排走必然造成能源的浪费。
发明内容
本发明提供一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，以解决目前煤炭锅炉用于浓缩流体的能源浪费及环保问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，包括复叠式高温热泵系统用高温级热提升用压缩机、高温级节流装置、中间用蒸发-冷凝器、低温级热提升用压缩机、低温级节流装置和多级蒸发浓缩系统，多级蒸发浓缩系统包括初级复合式发生-冷凝器、闪发器、中间各级蒸发浓缩器及末端复合式冷凝-蒸发器；所述高温级热提升用压缩机出口通过初级复合式发生-冷凝器以及相应连接管路与高温级节流装置相应入口连接，所述高温级节流装置出口接入蒸发-冷凝器的相应入口，所述的蒸发-冷凝器出口分别与高温级热提升用压缩机、低温级节流装置相应入口连接，所述的低温级节流装置出口与末端复合式冷凝-蒸发器的一个入口相连接，末端复合式冷凝-蒸发器的一个出口与低温级热提升用压缩机相应入口连接，所述低温级热提升用压缩机出口与蒸发-冷凝器的另一入口相连接；所述的初级复合式发生-冷凝器出口接闪发器的入口，所述闪发器通过中间各级蒸发浓缩器接末端复合式冷凝-蒸发器的另一个入口，末端复合式冷凝-蒸发器的另一出口与初级复合式发生-冷凝器入口相连接；所述的中间各级蒸发浓缩器的首端换热器接进料口，中间各级蒸发浓缩器的末端换热器接出料口，中间各级蒸发浓缩器的各换热器依次相连。
所述中间各级蒸发浓缩器包括第一级蒸发浓缩器用换热器、第一级蒸发浓缩器用真空装置、第二级蒸发浓缩器用换热器和第二级蒸发浓缩器用真空装置；所述的蒸发器依次通过第一级蒸发浓缩器用换热器、第一级蒸发浓缩器用真空装置、第二级蒸发浓缩器用换热器和第二级蒸发浓缩器用真空装置接末端复合式冷凝-蒸发器的另一个入口；所述第一级蒸发浓缩器用换热器的另一入口接出料口，第一级蒸发浓缩器用换热器的另一出口通过第二级蒸发浓缩器用换热器接出料口。
所述高温级节流装置和低温级节流装置为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置。
所述第一级蒸发浓缩器用换热器和第二级蒸发浓缩器用换热器为套管式、间隔板式、箱管式、壳管式或复合式换热器中的任意一种。
所述的由直流电机驱动的高温级热提升用压缩机和低温级热提升用压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，并与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
所述的末端复合式冷凝-蒸发器为喷淋式换热器，初级复合式发生-冷凝器和蒸发-冷凝器为套管式、板式或平行流换热器中的任意一种结构形式；第一级蒸发浓缩器用换热器和第二级蒸发浓缩器用换热器为直接接触式换热器。
一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置的浓缩方法，一路制冷剂经低温级热提升用压缩机排气口排出，依次经过蒸发-冷凝器、低温级节流装置、末端复合式冷凝-蒸发器后，被低温级热提升用压缩机从入口吸入；另一路制冷剂经高温级热提升用压缩机排气口排出，依次经过初级复合式发生-冷凝器、高温级节流装置、蒸发-冷凝器后，进入高温级热提升用压缩机；还有一路高温蒸汽从闪发器排出进入中间各级蒸发浓缩器，最终从中间各级蒸发浓缩器的出口进入末端复合式冷凝-蒸发器第一入口冷凝成低温液态水，再从末端复合式冷凝-蒸发器的第一出口回流至初级复合式发生-冷凝器的第二入口加热成高温水，高温水从初级复合式发生-冷凝器第二出口流出进入闪发器闪发成蒸汽；最后，一路浓缩流体从进料口流出经过中间各级蒸发浓缩器的换热器，浓缩流体经过浓缩至所需浓度后，从中间各级蒸发浓缩器的末端换热器出口进入出料口。
本发明中所述蒸汽显热直接循环利用系统目的在于可回收利用浓缩后中低温蒸汽余热，用于锅炉辅助浓缩流体或供热回收利用。其原理为：通过高温热泵末端复合式冷凝-蒸发器，收集蒸汽显热，并对生成的水进行冷却。当运行余热回收模式时，通过水泵将生成的水送入到初级复合式发生-冷凝器加热并进行闪发。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置。通过高温热泵回收浓缩冷却水余热显热直接循环利用系统可显著节能，提高系统的供热能力和供热效率，并且，较之传统的锅炉蒸汽浓缩系统其环保效益显著。经对本发明初步实验研究所得数据，本发明不仅可以较好地解决锅炉冷却水余热浪费和锅炉煤炭污染等问题，而且装置运行可靠，浓缩流体效果显著。本发明对浓缩流体的普及与应用具有重要意义，为驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩技术提供了技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明结构原理图。
图2为本发明工作模式流程图。
图中：1是高温级热提升用压缩机、2是初级复合式发生-冷凝器、3是高温级节流装置、4是蒸发-冷凝器、5是低温级节流装置、6是末端复合式冷凝-蒸发器、7是低温级热提升用压缩机、8是闪发器、9-1是第一级蒸发浓缩器用换热器、10-1是第二级蒸发浓缩器用换热器、9-2第一级蒸发浓缩用真空装置、10-2是第二级蒸发浓缩用真空装置、11-1是第一泵、11-2是第二泵、11-3是第三泵。
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付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。
如图1所示，本发明提供一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，包括复叠式高温热泵系统用高温级热提升用压缩机1、高温级节流装置3、中间用蒸发-冷凝器4、低温级热提升用压缩机7、低温级节流装置5和多级蒸发浓缩系统，多级蒸发浓缩系统包括初级复合式发生-冷凝器2、闪发器8、中间各级蒸发浓缩器及末端复合式冷凝-蒸发器6；所述高温级热提升用压缩机1出口通过初级复合式发生-冷凝器2以及相应连接管路与高温级节流装置3相应入口连接，所述高温级节流装置3出口接入蒸发-冷凝器4的相应入口，所述的蒸发-冷凝器4出口分别与高温级热提升用压缩机1、低温级节流装置5相应入口连接，所述的低温级节流装置5出口与末端复合式冷凝-蒸发器6的一个入口相连接，末端复合式冷凝-蒸发器6的一个出口与低温级热提升用压缩机7相应入口连接，所述低温级热提升用压缩机7出口与蒸发-冷凝器4的另一入口相连接；所述的初级复合式发生-冷凝器2出口接闪发器8的入口，所述闪发器8通过中间各级蒸发浓缩器接末端复合式冷凝-蒸发器6的另一个入口，末端复合式冷凝-蒸发器6的另一出口与初级复合式发生-冷凝器2入口相连接；所述的中间各级蒸发浓缩器的首端换热器接进料口，中间各级蒸发浓缩器的末端换热器接出料口，中间各级蒸发浓缩器的各换热器依次相连。
所述中间各级蒸发浓缩器包括第一级蒸发浓缩器用换热器9-1、第一级蒸发浓缩器用真空装置9-2、第二级蒸发浓缩器用换热器10-1和第二级蒸发浓缩器用真空装置10-2；所述的蒸发器8依次通过第一级蒸发浓缩器用换热器9-1、第一级蒸发浓缩器用真空装置9-2、第二级蒸发浓缩器用换热器10-1和第二级蒸发浓缩器用真空装置10-2接末端复合式冷凝-蒸发器6的另一个入口；所述第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的另一入口接出料口，第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的另一出口通过第二级蒸发浓缩器用换热器10-1接出料口。
所述高温级节流装置3和低温级节流装置5为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置。
所述第一级蒸发浓缩器用换热器9-1和第二级蒸发浓缩器用换热器10-1为套管式、间隔板式、箱管式、壳管式或复合式换热器中的任意一种。
所述的由直流电机驱动的高温级热提升用压缩机1和低温级热提升用压缩机7为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，并与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
所述的末端复合式冷凝-蒸发器6为喷淋式换热器，初级复合式发生-冷凝器2和蒸发-冷凝器4为套管式、板式或平行流换热器中的任意一种结构形式；第一级蒸发浓缩器用换热器9-1和第二级蒸发浓缩器用换热器10-1为直接接触式换热器。
一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置的浓缩方法，一路制冷剂经低温级热提升用压缩机7排气口排出，依次经过蒸发-冷凝器4、低温级节流装置5、末端复合式冷凝-蒸发器6后，被低温级热提升用压缩机7从入口吸入；另一路制冷剂经高温级热提升用压缩机1排气口排出，依次经过初级复合式发生-冷凝器2、高温级节流装置3、蒸发-冷凝器4后，进入高温级热提升用压缩机1；还有一路高温蒸汽从闪发器8排出进入中间各级蒸发浓缩器，最终从中间各级蒸发浓缩器的出口进入末端复合式冷凝-蒸发器6第一入口冷凝成低温液态水，再从末端复合式冷凝-蒸发器6的第一出口通过第三泵11-3回流至初级复合式发生-冷凝器2的第二入口加热成高温水，高温水从初级复合式发生-冷凝器2第二出口流出进入闪发器8闪发成蒸汽；最后，一路浓缩流体从进料口流出经过中间各级蒸发浓缩器的换热器，浓缩流体经过浓缩至所需浓度后，通过第二泵11-2从中间各级蒸发浓缩器的末端换热器出口进入出料口。
本发明的原理如下：来自末端复合式冷凝-蒸发器6的凝结水通过水泵进入复叠式高温热泵系统的初级复合式发生-冷凝器2吸收制冷剂相变热量，变为高温高压的液态水，然后进入闪发器8里闪发，降温降压变为生蒸汽和液态的水，其中生蒸汽进入第一级蒸发浓缩器用换热器9-1与需要浓缩的原料液进行混合，放出热量，同时吸收原料液初次蒸发的蒸汽变为二次蒸汽，然后再经过第一级蒸发浓缩用真空装置9-2进入第二级蒸发浓缩器用换热器10-1，与来自第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的原料液进行二次混合，放出热量并同时吸收原料液二次蒸发的蒸汽变为三次蒸汽，最后经中间第二级蒸发浓缩器用真空装置10-2进入末端复合式冷凝-蒸发器6，与来自于复叠式高温热泵系统低温级的制冷剂进行热交换，放出热量，变为低温低压的凝结水，再经过泵开始下一循环。来自于物料间的原料液经第一级蒸发浓缩器用换热器9-1上端喷入，然后与来自闪发器8的生蒸汽混合吸收热量，进行初次蒸发浓缩，然后落入第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的底部，经泵进入第二级蒸发浓缩器用换热器9-2进行二次蒸发浓缩，重复上述过程，经过多级蒸发浓缩器浓缩后，最后由泵送入产品间。来自于高温级热提升用压缩机1排出的高温高压过热制冷剂，进入初级复合式发生-冷凝器2放出热量用于加热来自末端复合式冷凝-蒸发器6的凝结水，然后变为饱和或过冷的液态高压制冷剂，经高温级节流装置节流3降压后变为低温低压的气液两相制冷剂，进入蒸发-冷凝器4内蒸发吸收来自于低温级循环制冷剂的热量，变为过热的气态制冷剂，最后进入高温级热提升用压缩机1的吸气口开始下一循环过程；来自于低温级热提升用压缩机7排出的高温高压过热制冷剂，进入蒸发-冷凝器4内放出热量加热来自于高温级循环制冷剂，冷凝为饱和或过冷的液体高压制冷剂，经低温级节流装置5节流降压后变为低温低压的气液两相制冷剂，进入末端复合式冷凝-蒸发器6吸收来自于最后一级蒸发浓缩器蒸汽的热量，变为过热的气态制冷剂，最后进入低温级热提升用压缩机的吸气口开始下一循环过程。
本发明的工作模式如下：
如图2所示，将低温级热提升用压缩机7出口与蒸发-冷凝器4第二入口连通，蒸发-冷凝器4第二出口与低温级节流装置5入口连通，低温级节流装置5出口与末端复合式冷凝-蒸发器6第二入口连通，末端复合式冷凝-蒸发器6第二出口进入低温级热提升用压缩机7吸气口；将高温级热提升用压缩机1出口与初级复合式发生-冷凝器2第一入口连通，初级复合式发生-冷凝器2第一出口与高温级节流装置3入口连通，高温级节流装置3出口与蒸发-冷凝器4第一入口连通，蒸发-冷凝器4第一出口进入高温级热提升用压缩机1入口。
一路制冷剂经低温级热提升用压缩机7排气口排出，依次经过蒸发-冷凝器4、低温级节流装置5、末端复合式冷凝-蒸发器6后，被低温级热提升用压缩机7从入口吸入；另一路制冷剂经高温级热提升用压缩机1排气口排出，依次经过初级复合式发生-冷凝器2、高温级节流装置3、蒸发-冷凝器4后，进入高温级热提升用压缩机1；还有一路高温蒸汽从闪发器8排出进入第一级蒸发浓缩器用换热器9-1第一入口，再从第一级蒸发浓缩器用换热器9-1第一出口进入第一级蒸发浓缩用真空装置9-2的入口，再从第一级蒸发浓缩用真空装置9-2的出口进入第二级蒸发浓缩器用换热器10-1的第一个入口，从第二级蒸发浓缩器用换热器10-1的第一出口进入第二级蒸发浓缩用真空装置10-2的入口，高温蒸汽经过多次换热降温后，最终从第二级蒸发浓缩用真空装置10-2的出口进入末端复合式冷凝-蒸发器6第一入口冷凝成低温液态水，再从末端复合式冷凝-蒸发器6的第一出口通过第三泵11-3回流至初级复合式发生-冷凝器2的第二入口加热成高温水，高温水从初级复合式发生-冷凝器2第二出口流出进入闪发器8闪发成蒸汽；最后，一路浓缩流体从进料口流出经过第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的第二入口，第一级蒸发浓缩器用换热器9-1的第二出口通过第一泵11-1接第二级蒸发浓缩器用换热器10-1的第二入口，浓缩流体经过浓缩至所需浓度后，通过第二泵11-2从第二级蒸发浓缩器用换热器10-1的第二出口进入出料口。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：包括复叠式高温热泵系统用高温级热提升用压缩机（1）、高温级节流装置（3）、中间用蒸发-冷凝器（4）、低温级热提升用压缩机（7）、低温级节流装置（5）和多级蒸发浓缩系统，多级蒸发浓缩系统包括初级复合式发生-冷凝器（2）、闪发器（8）、中间各级蒸发浓缩器及末端复合式冷凝-蒸发器（6）；所述高温级热提升用压缩机（1）出口通过初级复合式发生-冷凝器（2）以及相应连接管路与高温级节流装置（3）相应入口连接，所述高温级节流装置（3）出口接入蒸发-冷凝器（4）的相应入口，所述的蒸发-冷凝器（4）出口分别与高温级热提升用压缩机（1）、低温级节流装置（5）相应入口连接，所述的低温级节流装置（5）出口与末端复合式冷凝-蒸发器（6）的一个入口相连接，末端复合式冷凝-蒸发器（6）的一个出口与低温级热提升用压缩机（7）相应入口连接，所述低温级热提升用压缩机（7）出口与蒸发-冷凝器（4）的另一入口相连接；所述的初级复合式发生-冷凝器（2）出口接闪发器（8）的入口，所述闪发器（8）通过中间各级蒸发浓缩器接末端复合式冷凝-蒸发器（6）的另一个入口，末端复合式冷凝-蒸发器（6）的另一出口与初级复合式发生-冷凝器（2）入口相连接；所述的中间各级蒸发浓缩器的首端换热器接进料口，中间各级蒸发浓缩器的末端换热器接出料口，中间各级蒸发浓缩器的各换热器依次相连。
2.根据权利要求1所述的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：所述中间各级蒸发浓缩器包括第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）、第一级蒸发浓缩器用真空装置（9-2）、第二级蒸发浓缩器用换热器（10-1）和第二级蒸发浓缩器用真空装置（10-2）；所述的蒸发器（8）依次通过第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）、第一级蒸发浓缩器用真空装置（9-2）、第二级蒸发浓缩器用换热器（10-1）和第二级蒸发浓缩器用真空装置（10-2）接末端复合式冷凝-蒸发器（6）的另一个入口；所述第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）的另一入口接出料口，第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）的另一出口通过第二级蒸发浓缩器用换热器（10-1）接出料口。
3.根据权利要求1所述的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：所述高温级节流装置（3）和低温级节流装置（5）为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置。
4.根据权利要求2所述的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：所述第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）和第二级蒸发浓缩器用换热器（10-1）为套管式、间隔板式、箱管式、壳管式或复合式换热器中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：所述的由直流电机驱动的高温级热提升用压缩机（1）和低温级热提升用压缩机（7）为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，并与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
6.根据权利要求2所述的一种驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置，其特征在于：所述的末端复合式冷凝-蒸发器（6）为喷淋式换热器，初级复合式发生-冷凝器（2）和蒸发-冷凝器（4）为套管式、板式或平行流换热器中的任意一种结构形式；第一级蒸发浓缩器用换热器（9-1）和第二级蒸发浓缩器用换热器（10-1）为直接接触式换热器。
7.一种采用权利要求1-6中任一驱动热源显热直接循环利用型多级蒸发浓缩装置的浓缩方法，其特征在于：一路制冷剂经低温级热提升用压缩机（7）排气口排出，依次经过蒸发-冷凝器（4）、低温级节流装置（5）、末端复合式冷凝-蒸发器（6）后，被低温级热提升用压缩机（7）从入口吸入；另一路制冷剂经高温级热提升用压缩机（1）排气口排出，依次经过初级复合式发生-冷凝器（2）、高温级节流装置（3）、蒸发-冷凝器（4）后，进入高温级热提升用压缩机（1）；还有一路高温蒸汽从闪发器（8）排出进入中间各级蒸发浓缩器，最终从中间各级蒸发浓缩器的出口进入末端复合式冷凝-蒸发器（6）第一入口冷凝成低温液态水，再从末端复合式冷凝-蒸发器（6）的第一出口回流至初级复合式发生-冷凝器（2）的第二入口加热成高温水，高温水从初级复合式发生-冷凝器（2）第二出口流出进入闪发器（8）闪发成蒸汽；最后，一路浓缩流体从进料口流出经过中间各级蒸发浓缩器的换热器，浓缩流体经过浓缩至所需浓度后，从中间各级蒸发浓缩器的末端换热器出口进入出料口。
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