CN106924985A - 凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺 - Google Patents

凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺 Download PDF

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Abstract

一种凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺:系统集成凝汽源热泵、多效蒸馏工艺,是热泵行业、蒸馏行业的跨界产品;通过凝汽源热泵直接回收末效二次蒸汽凝结潜热,实现冷凝器独立提供首效蒸馏所需热源,并逐效利用二次蒸汽凝结潜热;实现冷凝器、多效蒸馏器、蒸发器的系统化设计;实现凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺。

Description

凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺 (一)
技术领域
[0001] 本发明涉及一种海水淡化、食品加工、饮料生产、污水处理、净水处理、中水处理、 化工行业、家用水净化、商用水净化、家用电器所使用的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺。 (二)
背景技术
[0002] 压汽蒸馏装置:海水在蒸发冷凝器的蒸发侧受热而蒸馈出二次蒸汽,被水蒸汽压 缩机压缩以提高压力和温度后,重新输入蒸发冷凝器的冷凝侧,作为加热蒸汽而在凝结成 为淡水的同时回收其凝结潜热,以为其蒸发侧提供海水蒸馏潜热,使得装置的驱动能耗降 至最低;此外,补充海水回收取用淡水和排放盐水中的显热,以使装置的热功效率进一步提 尚。
[0003] 该装置的优点如下:(1)回收二次蒸汽凝结潜热以及取用淡水和排放盐水的显热, 以实现独立的蒸馏操作,其中水蒸汽压缩机的输入轴功恰好补偿装置热损;(2)装置驱动电 耗为ll-120kw*h/t;⑶产品水质可达饮用标准。
[0004] 但是压汽蒸馏装置的缺点也制约其进一步发展:(1)水蒸汽压缩机的价格极其昂 贵,无油技术较为复杂,从而导致产品可靠性降低、维修困难;(2)装置属于大型化工设备, 因此难以实现小型化、家电化;(3)既无法避免二次蒸汽对水蒸汽压缩机的腐蚀,也无法避 免水蒸汽压缩机对二次蒸汽的腐蚀,无法处理腐蚀性溶液和热敏性物料,无法制取高标准 注射液;(4)由于水的化学活跃度拐点为60°C,因此针对腐蚀性溶液或热敏性物料,必须采 用70°C以下的低温蒸馏工艺,而在真空时由于水蒸汽的密度过低,导致水蒸汽压缩机的吸 气排量和造价成百倍地高于热栗压缩机,使其经济性极差、交货期慢长、维修成本高昂;(5) 无法实现全温度范围、全容量范围的蒸馈工艺。 (三)
发明内容
[0005] 本发明目的是:系统集成凝汽源热泵、多效蒸馏工艺,是热泵行业、蒸馏行业的跨 界产品;通过凝汽源热栗直接回收末效二次蒸汽凝结潜热,实现冷凝器独立提供首效蒸馏 所需热源,并逐效利用二次蒸汽凝结潜热;实现冷凝器、多效蒸馏器、蒸发器的系统化设计; 实现凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺。
[0006] 按照附图1所示的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其由1-蒸发器;2-淡水槽;3-淡 水管;4-膨胀阀;4-1-干燥过滤器;5-压缩机;5-1-驱动设备;5-2-缸套回热器;5-3-过冷回 热器;5-4-油分离器;5-5-油过滤器;5-6-流量开关;5-7-电磁阀;5-8-油冷却器;5-9-手动 阀;6-多效蒸馏器;6_1-料液进口管;6-2_蒸馏器;6-2-1-首效冷凝蒸馏器;6-2-II-中效凝 结蒸馏器;6-2-III-末效凝结蒸馏器;6-3-分配器;6-4-气态热泵工质进口; 6-5-液态热泵 工质出口; 6-6-浓缩液出口管;6-7-不凝气排出管;6-8-汽液分离器;6-9-预热器;7-热栗工 质;8-料液;9-料液流量调节阀;10-淡水;11-浓缩液;12-压力开关;13-温度开关;14-真空 泵;15-淡水回热器;16-淡水栗;17-浓缩液回热器;18_浓缩液循环栗;19-料液泵;20-排气 阀;21-固液分离机;22-结晶物组成,其特征在于:
[0007] 蒸发器1顶部气态热栗工质出口通过管道连接压缩机5、油分呙器5-4、n态热水工 质进口 6-4、首效冷凝蒸馏器6-2-1的工质侧、液态热泵工质出口 6-5、过冷回热器5-3、干燥 过滤器4-1、膨胀阀4、蒸发器1底部液态热泵工质进口,组成热栗循环回路;
[0008] 油分离器5-4底部出油口通过管道连接手动阀5-9、油冷却器5-8润滑油侧、油过滤 器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动阀5-9、压缩机5回油口,组成油冷放热回路;
[0009] 多效蒸馏器6中的首效冷凝蒸馏器6-2-1的吸热蒸馏表面与中效凝结蒸馏器6-2 -II的放热凝结表面,组成首效热管式蒸馏室I;
[0010] 中效凝结蒸馏器6-2-II的吸热蒸馏表面与末效凝结蒸馏器6-2-III的放热凝结表 面,组成中效热管式蒸馏室II;
[0011] 末效凝结蒸馏器6-2-III的吸热蒸馏表面与蒸发器1的放热凝结表面,组成末效热 管式蒸馏室III;
[0012] 各效蒸馏室的凝结水出口和淡水槽2的底部,通过淡水管3相互连接,组成淡水收 集回路;
[0013] 蒸发器1的底部液态热泵工质进口、换热管工质侧、顶部气态热泵工质出口,组成 热泵工质的管外取热满液式蒸发回路;
[0014] 蒸发器1顶部气态热栗工质出口管外表面设置的感温包闭环控制膨胀阀4的开度, 而膨胀阀4的出口通过管道连接蒸发器1的底部液态热栗工质进口,组成热泵工质膨胀控制 回路;
[0015]首效冷凝蒸馏器6-2-1的气态热泵工质进口 6-4、换热面工质冷凝侧、液态热泵工 质出口 6-5,组成热泵工质的冷凝放热回路;
[0016] 浓缩液出口管6-6、汇流三通、浓缩液循环栗18、分流三通、料液流量调节阀9、料液 进口管6-1、蒸馏器6-2的料液8进口、分配器6-3,组成料液的蒸馏循环流量调节回路;
[0017] 每效蒸馏室的内壁设置压力开关12和温度开关13各一只;
[0018] 真空泵14的进气口通过并联管道连接各效蒸馏室底部凝结水出口的不凝气排出 管6-7和电磁阀5-7,并由每效蒸馏室内壁设置的压力开关12和或温度开关13控制电磁阀5 -7的开度,组成蒸馏室不凝气排出及压力控制回路;
[0019]淡水收集回路的总管连接淡水回热器15的淡水10侧、淡水泵16,组成淡水的取用、 放热回路;
[0020]末效凝结蒸馏器6-2-III的底部浓缩液出口管6-6通过汇流三通、浓缩液循环泵 18、分流三通以及管道连接浓缩液回热器17的浓缩液11侧,组成浓缩液的排放、放热回路; [0021]料液栗I9的出口通过管道连接分流三通、并联的淡水回热器15和浓缩液回热器17 的料液8侧、汇流三通、油冷却器5-S的料液S侧、过冷回热器5-3的料液8侧、料液流量调节阀 9、排气阀20的进口,组成料液的回热、调节、排气回路;
[0022]首效冷凝蒸馏器6_2-1料液8的蒸馏循环流量调节回路中,在分流三通与料液流量 调节阀9之间串联连接一台预热器6_9,组成浓缩液的启动预热回路。
[0023]蒸馈器6-2为板式降膜蒸馏器6_2,或是管板结合式降膜蒸馏器6—2,或是管式降膜 蒸馈器6-2,或是板式升膜蒸馏器6-2,或是管板结合式升膜蒸馈器6-2,或是管式升膜蒸馈 器6-2。 …、
[0024]分配器6-3是多孔式分配装置6-3,或是管式分配装置6-3,或是喷雾式分配装置6 一 3〇
[0025] 末效凝结蒸馏器6-2-ni的底部浓缩液出口管6_6通过汇流三通、浓缩液循环栗 1S、分流三通以及管道连接浓缩液回热器17的浓缩液11侧、固液分离机21及其结晶物22出 口、结晶物22,组成浓缩液与结晶物分离回路;而固液分离机21的浓缩液11出口则通过管道 连接料液栗19的进口三通,组成浓缩液的结晶、分离、混合、循环回路。
[0026]固液分离机21是螺旋沉降离心机21;或是高速冷冻离心机21;或是碟片式离心机 21;或是管式离心机21;或是倾桥式离心机21;或是篮式离心机21;或是板框式过滤机21;或 是平板过滤机21;或是真空旋转过滤机21。
[0027] 驱动设备5-1是电动机5-1,或是燃气驱动内燃发动机5-1,或是汽油驱动内燃发动 机5-1,或是柴油驱动内燃发动机5-1,或是煤油驱动内燃发动机5-1,或是斯特林外燃发动 机5-1,或是燃气驱动燃气轮发动机5-1,或是煤气驱动燃气轮发动机5-1。
[0028]料液泵19的出口通过管道连接分流三通、并联的淡水回热器15和浓缩液回热器17 的料液8侧、汇流三通、油冷却器5-8的料液8侧、过冷回热器5-3的料液8侧、驱动设备5-1的 缸套回热器5_2的料液8侧、料液流量调节阀9、排气阀20的进口,组成料液的梯级回热、调 节、排气回路。
[0029]料液8是海水8,或是城市中水8,或是城市污水8,或是盐水8,或是酸水8,或是碱水 8,或是有机溶液8,或是无机溶液8,或是工业废水8,或是矿井苦咸水8,或是油田污水8,或 是化工污水8中的一种。
[0030]淡水回热器15是套管式换热器15,或是壳管式换热器15,或是板式换热器15,或是 板翅式换热器I5,或是盘管式换热器15,或是螺旋板式换热器15,或是板壳式换热器15的取 用淡水1 〇预热补充料液8的换热器。
[0031]浓缩液回热器17是套管式换热器17,或是壳管式换热器17,或是板式换热器17,或 是板翅式换热器I7,或是盘管式换热器17,或是螺旋板式换热器17,或是板壳式换热器17的 排放浓缩液11预热补充料液8的换热器。
[0032]本发明的工作原理结合附图1说明如下:
[0033] 1、凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺:多效蒸馈器6中,首效冷凝蒸镏器6-2-1的换热 面释放出热栗冷凝热量,以使均匀分配后形成的料液8的降膜蒸馏出7(TC二次蒸汽,经汽液 分离器6_8的过滤后,而在中效凝结蒸馏器6-2-II的换热面放热凝结成为淡水并由底部淡 水管3排出,该封闭蒸馏室构成二次蒸汽为工质的首级开放式热管;
[0034]中效凝结蒸馏器6-2-II的换热面吸收首效70°C二次蒸汽的凝结放热,以使均匀分 配后形成的料液8的降膜蒸馏出65。(:二次蒸汽,经汽液分离器6-8的过滤后,而在末效凝结 蒸馏器6-2_111的换热面放热凝结成为淡水并由底部淡水管3排出,该封闭蒸馏室构成二次 蒸汽为工质的中级开放式热管;
[0035]末效凝结蒸馏器6-2-III的换热面吸收中效65。(:二次蒸汽的凝结放热,以使均匀 分配后形成的料液8的降膜蒸馈出60 °C二次蒸汽,经汽液分离器6-8的过滤后,而在蒸发器1 的水平换热管内表面放热凝结成为淡水,流至淡水槽2中再由底部淡水管3排出,以为凝汽 源热泵提供热源,该封闭蒸馏室构成二次蒸汽为工质的末级开放式热管;
[0036] 各效蒸馏器6-2的凝结水出口和淡水槽2的底部,通过淡水管3相互连接,汇集淡水 并排出。
[0037] 2、热泵循环:蒸发器1顶部的低压过热气态热栗工质7被燃气内燃发动机5一1所驱 动的压缩机5压缩成为高压过热气态热栗工质7,再送入首效冷凝蒸馏器6-2-1的工质侧而 冷凝成为高压过冷液态热栗工质7,流经过冷回热器5_3、干燥过滤器4-1,再经膨胀阀4节流 而成为低压两相热栗工质7,重新流入蒸发器1的管外侧形成满液式蒸发,以完成热栗循环, 同时把冷凝热量释放给首效冷凝蒸馏器6-2-1中的料液8的降膜,提供首效蒸馈潜热。
[0038] 3、热泵工质蒸发:蒸发器1顶部气态热泵工质出口管外表面设置的感温包闭环控 制膨胀阀4的开度,以使低压两相热栗工质7从下至上流经底部液态热栗工质进口、蒸发器1 的水平换热管外侧、顶部气态热泵工质出口,以提取末效蒸馏出6〇°C二次蒸汽的凝结潜热 而满液式蒸发成为低压过热气体。
[0039] 4、热泵工质冷凝放热:高压过热气态热栗工质7流经气态热泵工质进口 6-4、首效 冷凝蒸馏器6-2-1的工质侧、液态热栗工质出口 6-5,其中分段释放过热显热、冷凝潜热、过 冷显热,而冷凝成为高压过冷液态热泵工质7。
[0040] 5、缸套放热:驱动设备5-1的缸套循环冷却水及烟气循环冷却水流经缸套回热器 5-2的冷却水侧,以释放其显热后降温。
[0041] 6、油冷放热:经油分离器5-4所分离出的压缩机高温润滑油,依据压差流经其底部 出油口、手动阀5-9、油冷却器5-8润滑油侧、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动阀 5-9、压缩机5的回油口,以释放其显热后降温。
[0042] 7、过冷放热:冷凝成为高压过冷的液态热栗工质7,流经液态热栗工质出口 6-5、过 冷回热器5-3工质侧,以释放其显热后降温过冷。
[0043] 8、料液梯级回热:由料液泵19所驱动的料液8,先被并联的淡水回热器15和浓缩液 回热器I7初步回热升温后,再梯级回收油冷却器5-8的油冷显热、过冷回热器5-3的过冷显 热、缸套回热器5-2的缸套显热,以被梯级回热至首效蒸馏所需温度。
[0044] 9、料液逐效蒸馏、浓缩:梯级回热升温后的料液8再经料液流量调节阀9的流量调 节和排气阀20的气液分离,而与首效冷凝蒸馏器6-2-1浓缩液出口管6-6的浓缩液11混合, 再由浓缩液循环泵18驱动后,一部分经分流三通、预热器6_9、料液流量调节阀9、料液进口 管6-1流入首效冷凝蒸馏器6-2-1上部的料液8进口,再经分配器6—3的分配后依重力作用而 ,,热$提取热泵工质7的冷凝放热,均匀降膜蒸馏出二次蒸汽,并从上部蒸汽出口流至中 效凝结蒸馏器6_2_11的上部蒸汽进口,而蒸馏出的浓缩液丨丨则从底部浓缩液出口管6—6排 出。 ,]一首效冷凝蒸馏器6:2-;[的循环蒸馏料液8的一部分经分流三通、汇流三通,而与中 效凝结蒸巧器6_2y II浓缩液出口管6-6的浓缩液丨丨混合,再由浓缩液循环泵丨8驱动后,一部 分经分流三通、料液流量调节阀9、料液进口管6_丨流入中效凝结蒸馏器6_2_n上部的料液8 进〒5经分配,:3的分配后依重力作用臟换_提取首效二次蒸汽_结放热,均勻 P牛膜蒸镏出一次蒸H,并从上部黑汽出口流至末效凝结蒸溜器6—2—ni的上部基汽进口,而 蒸馏出的浓缩液11则从底部浓缩液出口管6—6排出。 … 结蒸馏环難繼8的—部分经懿三通、汇流三通,而与末 浓缩液出口管6—6的浓缩混合,再由浓缩液循环栗18驱动后,— 流^节阔9、料液进口管6—1流入末效凝结蒸馏器6—2—111上部的料 淞进U配器6_3的么配后依重力作用而在换热面提取中效二次蒸汽的凝结放热, 均匀降膜蒸馏出二次蒸汽,并从上部蒸汽出口流至蒸发器1 一端的蒸汽进口,而蒸馏出的浓 缩液11则从底部浓缩液出口管6-6排出。
[0047] 从而实现料液8的逐效循环蒸馏与浓缩。
[0048] 10、浓缩液放热降温:从末效凝结蒸馏器6-2-III底部浓缩液出口管6-6排出的浓 缩液11由浓缩液循环栗18驱动,一部分流经浓缩液回热器17的浓缩液11侧,以在排放浓缩 液11的同时,向料液8释放其显热而降温。
[0049] 11、各效蒸馏室的不凝气排出及压力控制:开启真空栗14,并由各效蒸馏室内壁设 置的压力开关12和或温度开关13控制不凝气排出管6-7上的电磁阀5-7开度,以在排出不凝 气的同时控制各效蒸馈室压力。
[0050] 12、淡水放热降温:各效蒸馏室的凝结水出口和淡水槽2底部的淡水10由淡水栗16 驱动,通过淡水管3流经淡水回热器15的淡水10侧,以在取用淡水10的同时,向料液8释放其 显热而降温。
[0051] 13、分离结晶物:向料液8释放其显热而降至常温并析出结晶物22的浓缩液11,再 经固液分离机21而分离出结晶物22与浓缩液11,结晶物22则由输送带送至收集池待用。 [0052] 14、循环处理:由固液分离机21分离出的浓缩液11流经料液泵19的进口三通而与 补充料液8混合,再由料液泵19驱动返回多效蒸馈器6中循环处理,以实现循环经济中的零 排放。
[0053] 15、启动预热:多效蒸馏器6启动运行时,先开启预热器6-9,以循环预热浓缩液11 至首效蒸馏温度并实现第一轮的多效蒸馏,再由热泵蒸发器1回收第一轮的末效二次蒸汽 凝结潜热,并在首效冷凝蒸馏器6-2-1的换热面提供第二轮首效蒸馏潜热,待多效蒸馏器6 稳定运行后,则关闭预热器6-9。
[0054]因此与现有多效蒸馏工艺相比较,本发明技术优势如下:
[0055] (1)系统集成凝汽源热栗、多效蒸馏工艺,是热泵行业、蒸馏行业的跨界产品;
[0056] (2)通过凝汽源热栗直接回收末效二次蒸汽凝结潜热,实现冷凝器独立提供首效 蒸馏所需热源,并逐效利用二次蒸汽凝结潜热;
[0057] (3)实现冷凝器、多效蒸馏器、蒸发器的系统化设计;
[0058] ⑷实现凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺。
[0059]因此与现有多效蒸馏工艺相比较,本发明技术优势如下:系统集成凝汽源热泵、多 效蒸馏工艺,是热泵行业、蒸馈行业的跨界产品;通过凝汽源热栗直接回收末效二次蒸汽凝 结潜热,实现冷凝器独立提供首效蒸馏所需热源,并逐效利用二次蒸汽凝结潜热;实现冷凝 器、多效蒸馏器、蒸发器的系统化设计;实现凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺。 (四)附图说明
[0060] 附图1为本发明的系统流程图。
[0061] 如附图1所示,其中:1-蒸发器;2-淡水槽;3-淡水管;4-膨胀阀;4-1-干燥过滤器; 5-压缩机;5-1-驱动设备;5-2-缸套回热器;5-3-过冷回热器;5-4-油分离器;5-5-油过滤 器;5-6-流量开关;5-7-电磁阀;5-8-油冷却器;5-9-手动阀;6-多效蒸馏器;6-:l—料液进口 管;6-2-蒸馏器;6-2-1-首效冷凝蒸馏器;中效凝结蒸馏器;6-2-III-末效凝结蒸馏 器;6-3-分配器;6-4-气态热泵工质进口;6-5-液态热栗工质出口;6-6-浓缩液出口管;6-7- 不凝气排出管;6-8-汽液分离器;6-9-预热器;7-热泵工质;8-料液;9-料液流量调节阀;10-淡水jU-浓缩液;12-压力开关;13-温度开关;14-真空栗;15-淡水回热器;16-淡水栗;17_ 浓缩液回热器;18-浓缩液循环栗;19-料液泵;20-排气阀;21-固液分离机;22-结晶物。 (五)具体实施方式
[0062]本发明提出的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺实施例如附图1所示,现说明如下:其 由蒸发取热量664kW、水平设置、紫铜管制造的蒸发器1;〇_31113的淡水槽2;直径1〇mm/壁厚 lmm/总长1600mm的不锈钢管淡水管3;接口直径60mm/壁厚1mm的紫铜热力膨胀阀4;接口直 径60mm/壁厚1mm的紫铜干燥过滤器4-1;吸气量600m3/t^<j压缩机5;输出轴功率1〇9kw的燃 气内燃发动机5-1;缸套冷却及烟气回热量1091^的缸套回热器5_2;回热量33kW的过冷回热 器5-3;回热量9kW的油分离器5-4;接□直径19mm/壁厚1mm的紫铜油过滤器5-5;接口直径 l9mm/壁厚1mm的紫铜流量开关5-6 ;接□直径lgmm/壁厚imm的紫铜电磁阀5—7;接口直径 19mm/壁厚lram/冷却量9kW的紫铜油冷却器5-8;接口直径19mm/壁厚1mm的紫铜手动阀5-9; 多效蒸馏器6;直径60圓/壁厚2 • 5mm/长度600mm的不锈钢管料液进口管6-1;蒸馏器6-2;直 径1200mm/高度2000mm/冷凝放热量773kW的首效冷凝蒸馏器6-2-1;直径1200mm/高度 2000mm/冷凝放热量772kW的中效凝结蒸馏器6-2-II;直径1200mm/高度2000mm/冷凝放热量 771kW的末效凝结蒸馏器6-2-III;分配器6-3;直径90mm/壁厚1 • 5mm/长度200ram的紫铜管气 态热泵工质进口 6-4;直径40mm/壁厚1.5mm/长度100mm的紫铜管液态热栗工质出口 6-5;直 径45mra/壁厚1.5mm/长度150mm的不锈钢管浓缩液出口管6-6;接口直径9mm/壁厚0.9mm/长 度150mm的紫铜管不凝气排出管6-7;圆形、丝网式汽液分离器6-8;电加热功率200kW的预热 器6-9; Rl:34a热栗工质7;进口温度2〇°C、流量11 • 58t/h、浓度35〇〇〇ppm的海水8;接口直径 60mm/壁厚2 • 5mm/长度150mm的不锈钢料液流量调节阀9;出口温度25°C、流量5• 79t/h、浓度 5〇ppm的淡水10;出 口温度25°C、流量5 • 79t/h、浓度7〇OOOppm的盐水11; 0 • 5bar-2 • Obar的压 力开关12;0°C-120°C的温度开关13;抽气流量3m3/min的真空泵14;回热量200kW的套管式 淡水回热器15;流量5 • 79t/h、扬程5mH20的淡水栗16;回热量200kW的套管式浓缩液回热器 17;流量5.79t/h、扬程5mH20的浓缩液循环泵18;流量11 • 58 t/h、扬程5mH20的料液栗19;接 口直径60mm/壁厚2.5mm/长度160mm的不锈钢管排气阀20;浓缩液11处理流量5.79t/h的螺 旋沉降离心机21;温度25°C、质量浓度85%、流量lt/h的结晶盐22组成。
[0063] 蒸发器1顶部气态热栗工质出口通过管道连接压缩机5、油分离器5-4、气态热泵工 质进口 6-4、首效冷凝蒸馏器6-2-1的工质侧、液态热栗工质出口 6-5、过冷回热器5-3、干燥 过滤器4-1、膨胀阀4、蒸发器1底部液态热杲工质进口,组成热杲循环回路;
[0064] 油分离器5-4底部出油口通过管道连接手动阀5-9、油冷却器5-8润滑油侧、油过滤 器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动阀5-9、压缩机5回油口,组成油冷放热回路;
[0065] 多效蒸馏器6中的首效冷凝蒸馏器6-2-1的吸热蒸馏表面与中效凝结蒸馈器6-2- II的放热凝结表面,组成首效热管式蒸馏室I;
[0066] 中效凝结蒸馏器6-2-II的吸热蒸馏表面与末效凝结蒸馏器6-2-III的放热凝结表 面,组成中效热管式蒸馏室11;
[0067] 末效凝结蒸馏器6-2-III的吸热蒸馏表面与蒸发器1的放热凝结表面,组成末效热 管式蒸馏室III;
[0068] 各效蒸馏室的凝结水出口和淡水槽2的底部,通过淡水管3相互连接,组成淡水收 集回路;
[0069] 蒸发器1的底部液态热泵工质进口、换热管工质侧、顶部气态热泵工质出口,组成 热泵工质的管外取热满液式蒸发回路;
[0070] 蒸发器1顶部气态热栗工质出口管外表面设置的感温包闭环控制膨胀阀4的开度, 而膨胀阀4的出口通过管道连接蒸发器1的底部液态热泵工质进口,组成热栗工质膨胀控制 回路;
[0071] 首效冷凝蒸馏器6-2-1的气态热泵工质进口 6-4、换热面工质冷凝侧、液态热泵工 质出口6-5,组成热栗工质的冷凝放热回路; t〇〇72] 浓缩液出口管6-6、汇流三通、浓缩液循环泵18、分流三通、料液流量调节阀9、料液 进口管6-1、蒸馏器6-2的料液8进口、分配器6-3,组成料液的蒸馏循环流量调节回路;
[0073] 每效蒸馈室的内壁设置压力开关12和温度开关13各一只;
[0074] 真空泵14的进气口通过并联管道连接各效蒸馏室底部凝结水出口的不凝气排出 管6-7和电磁阀5_7,并由每效蒸馏室内壁设置的压力开关12和或温度开关13控制电磁阀5-7的开度,组成蒸馏室不凝气排出及压力控制回路;
[0075] 淡水收集回路的总管连接淡水回热器I5的淡水10侧、淡水泵16,组成淡水的取用、 放热回路;
[0076] 末效凝结蒸馈器6_2-III的底部浓缩液出口管6_6通过汇流三通、浓缩液循环泵 1S、分流三通以及管道连接浓缩液回热器I7的浓缩液11侧,组成浓缩液的排放、放热回路; t〇〇77]料液栗19的出口通过管道连接分流三通、并联的淡水回热器15和浓缩液回热器17 的料液8侧、汇流三通、油冷却器5-8的料液8侧、过冷回热器5-3的料液8侧、驱动设备5-1的 缸套回热器5_2的料液8侧、料液流量调节阀9、排气阀20的进口,组成料液的梯级回热、调 节、排气回路。
[0078]首效冷凝蒸馏器6-2-1料液8的蒸馏循环流量调节回路中,在分流三通与料液流量 调节阀9之间串联连接一台预热器6-9,组成浓缩液的启动预热回路。
[0079]蒸馏器6-2为板式降膜蒸馏器6-2,或是管板结合式降膜蒸馏器6—2,或是管式降膜 蒸馈器6-2,或是板式升膜蒸馈器6_2,或是管板结合式升膜蒸馈器6-2,或是管式升膜蒸馈 器 6-2〇
[0080]分配器6_3是多孔式分配装置6-3,或是管式分配装置6-3,或是喷雾式分配装置6 一 3〇
[0081]末效凝结蒸馏器6-2-III的底部浓缩液出口管e-e通过汇流三通、浓缩液循环泵 1S、分流三通以及管道连接浓缩液回热器17的浓缩液11侧、固液分离机21及其结晶物22出 口、结晶物22,组成浓缩液与结晶物分离回路;而固液分离机21的浓缩液丨丨出口则通过管道 连接料液泵I9的进口三通,组成浓缩液的结晶、分离、混合、循环回路。
[0082] 固液分离机21是螺旋沉降离心机21。
[0083] 驱动设备5-1是燃气驱动内燃发动机5-1。
[0084] 料液8是海水8。
[0085] 淡水回热器I5是套管式换热器15。
[0086] 浓缩液回热器I7是套管式换热器17。
[0087] 本发明实施例中:
[0088] 1、凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺:多效蒸馏器6中,首效冷凝蒸馏器6-2-1的换热 面释放出773kW的热泵冷凝热量,以使均匀分配后形成的料液8的降膜蒸馏出70°C、流量 1 • 16t/h的二次蒸汽,经汽液分离器6-8的过滤后,而在中效凝结蒸馏器6-2-II的换热面放 热凝结成为淡水并由底部淡水管3排出,该封闭蒸馏室构成二次蒸汽为工质的首级70°C、换 热量773kW的开放式热管;
[0089]中效凝结蒸馏器6-2-II的换热面吸收首效70°C二次蒸汽772kW的凝结放热,以使 均匀分配后形成的料液8的降膜蒸馏出65°C、流量1.16t/h的二次蒸汽,经汽液分离器6-8的 过滤后,而在末效凝结蒸馏器6-2-III的换热面放热凝结成为淡水并由底部淡水管3排出, 该封闭蒸馏室构成二次蒸汽为工质的中级65°C、换热量772kW的开放式热管;
[0090] 末效凝结蒸馏器6-2-III的换热面吸收中效65°C二次蒸汽771kW的凝结放热,以使 均匀分配后形成的料液8的降膜蒸馏出60°C、流量1.16t/h的二次蒸汽,经汽液分离器6-8的 过滤后,而在蒸发器1的水平换热管内表面放热凝结成为淡水,流至淡水槽2中再由底部淡 水管3排出,以为凝汽源热泵提供热源,该封闭蒸馏室构成二次蒸汽为工质的末级60°C、换 热量771kW的开放式热管;
[0091] 各效蒸馏器6-2的凝结水出口和淡水槽2的底部,通过淡水管3相互连接,汇集淡水 并排出。
[0092] 2、热泵循环:蒸发器1顶部的低压过热气态热栗工质7被输出轴功率109kW的燃气 内燃发动机5-1所驱动的压缩机5压缩成为高压过热气态热泵工质7,再送入首效冷凝蒸馏 器6-2-1的工质侧而冷凝成为高压过冷液态热泵工质7,流经过冷回热器5-3、干燥过滤器4-1,再经膨胀阀4节流而成为低压两相热泵工质7,重新流入蒸发器1的管外侧形成满液式蒸 发,以完成热泵循环,同时把773kW的冷凝热量释放给首效冷凝蒸馏器6-2-1中温度67°C、流 量11 • 58t/h的料液8的降膜,提供首效蒸馏潜热。
[0093] 3、热泵工质蒸发:蒸发器1顶部气态热泵工质出口管外表面设置的感温包闭环控 制膨胀阀4的开度,以使低压两相R134a热泵工质7从下至上流经底部液态热栗工质进口、蒸 发器1的水平换热管外侧、顶部气态热栗工质出口,以提取末效蒸馏出60°C二次蒸汽的凝结 潜热而满液式蒸发成为低压过热气体。
[0094] 4、热泵工质冷凝放热:高压过热气态热栗工质7流经气态热泵工质进口 6-4、首效 冷凝蒸馏器6-2-1的工质侧、液态热泵工质出口 6-5,其中分段释放过热显热、冷凝潜热、过 冷显热,而冷凝成为高压过冷液态热泵工质7。
[0095] 5、缸套放热:驱动设备5-1的缸套循环冷却水及烟气循环冷却水流经缸套回热器 5-2的冷却水侧,以释放其显热后降温。
[0096] 6、油冷放热:经油分离器5-4所分离出的压缩机高温润滑油,依据压差流经其底部 出油口、手动阀5-9、油冷却器5-8润滑油侧、油过滤器5-5、流量开关5-6、电磁阀5-7、手动阀 5-9、压缩机5的回油口,以释放其显热后降温。
[0097] 7、过冷放热:冷凝成为高压过冷的液态热栗工质7,流经液态热泵工质出口 6-5、过 冷回热器5-3工质侧,以释放其显热后降温过冷。
[0098] 8、料液梯级回热:由料液栗19所驱动进口温度2〇。(:、流量11 • 58t/h、盐浓度 35000ppm的料液8,先被并联的淡水回热器15和浓缩液回热器17初步回热升温后,再梯级回 收油冷却器5-S的9kW油冷显热、过冷回热器5-3的泊狀过冷显热、缸套回执器5—2的1〇9欣缸 套显热,以被梯级回热至首效蒸馏所需67°C。 ““
[00"] 9、料顏鵃馈、浓缩:_刚妍温后的料液8再经料液流翻节_的流量调 节和排气阀20的气液分离,而与首效冷凝蒸馏器e—浓缩液出口管6—6的浓缩液丨丨混合, ^由浓缩液循环泵18驱动后,一部分经分流三通、预热器6_9、料液流量调节阀9、料液进口 苜6-1流入首效冷凝蒸馈器6-2-1上部的料液8进口,再经分配器6—3的分配后依重力作用而 在换热面提取热泵工质7的773kW冷凝放热,均匀降膜蒸馏出7(rc、流量116t/h的二次蒸 汽,并从上部蒸汽出口流至中效凝结蒸馏器6-2-II的上部蒸汽进口,而兹馏出的浓缩液丄丄 则从底部浓缩液出口管6-6排出。 、、、
[°;00]首效冷凝蒸馏器6-2-1的循环蒸馏料液8的一部分经分流三通、汇流三通,而与中 效凝结蒸馏器6-2-II浓缩液出口管6-6的浓缩液11混合,再由浓缩液循环栗i 8驱动后,一部 分经分流三通、料液流量调节阀9、料液进口管6-1流入中效凝结蒸馏器6—厂〗〗上部的料液8 进口,再经分配器6_3的分配后依重力作用而在换热面提取首效二次蒸汽的772kw凝结放 热,均匀降膜蒸馏出65°C、流量1.16t/h的二次蒸汽,并从上部蒸汽出口流至末效凝结蒸馏 器6-2-111的上部蒸汽进口,而蒸馏出的浓缩液丨丨则从底部浓缩液出口管6_6排出。
[0101]中效凝结蒸馏器6-2-11的循环蒸馏料液8的一部分经分流三通、汇流三通,而与末 效凝结蒸馏器6_2_111浓缩液出口管6_6的浓缩液11混合,再由浓缩液循环栗丨8驱动后,一 部分经分流三通、料液流量调节阀9、料液进口管6-1流入末效凝结蒸馏器6—2_〗n上部的料 液8进口,再经分配器6-3的分配后依重力作用而在换热面提取中效二次蒸汽的771kw凝结 放热,均匀降膜蒸馏出60°C、流量l_16t/h的二次蒸汽,并从上部蒸汽出口流至蒸发器丨一端 的蒸汽进口,而蒸馏出的浓缩液11则从底部浓缩液出口管6-6排出。
[0102] 从而实现料液8的逐效循环蒸馏与浓缩。
[0103] 1〇、浓缩液放热降温:从末效凝结蒸馏器6-2-III底部浓缩液出口管6-6排出温度 66°C、盐浓度70000ppm的浓缩液11由流量5 • 79t/h的浓缩液循环栗18驱动,一部分流经浓缩 液回热器17的浓缩液11侧,以在排放浓缩液11的同时,向料液8释放其显热而降温至25。(:。 [0104] 11、各效蒸馏室的不凝气排出及压力控制:开启抽气流量3m3/min的真空栗14,并 由各效蒸馏室内壁设置的压力开关12和或温度开关13控制不凝气排出管6-7上的电磁阀5 -7开度,以在排出不凝气的同时控制各效蒸馈室压力。
[01 05] 12、淡水放热降温:各效蒸馏室的凝结水出口和淡水槽2底部温度6 3。(:、盐浓度 50ppm的淡水10由流量5.79t/h的淡水泵16驱动,通过淡水管3流经淡水回热器15的淡水10 侧,以在取用淡水10的同时,向料液8释放其显热而降温至25°C。
[0106] 13、分离结晶物:向料液8释放其显热而降温至25°C并析出结晶物22的浓缩液11, 再经浓缩液11处理流量5 • 79t/h的螺旋沉降离心机21而分离出温度25 °C、质量浓度85 %、流 量lt/h的结晶物22与温度25°C、质量浓度15%、流量4.79t/h的浓缩液11,结晶物22则由输 送带送至收集池待用。
[0107] 14、循环处理:由螺旋沉降离心机21分离出温度25°C、质量浓度15%、流量4.79t/h 的浓缩液11流经料液泵19的进口三通而与补充料液8混合,再由料液泵19驱动返回多效蒸 馏器6中循环处理,以实现循环经济中的零排放。
[0108] I5、启动预热:多效蒸馏器6启动运行时,先开启预热器6-9,以循环预热浓缩液11 至首效蒸馏温度并实现第一轮的多效蒸馏,再由热栗蒸发器1回收第一轮的末效二次蒸汽 凝结潜热,并在首效冷凝蒸馏器6-2-1的换热面提供第二轮首效蒸馏潜热,待多效蒸馏器6 稳定运行后,则关闭预热器6-9。

Claims (10)

1. 一种凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其由蒸发器(1);淡水槽(2);淡水管(3);膨胀阀 (4);干燥过滤器(4-1);压缩机(5);驱动设备(5-1);缸套回热器(5-2);过冷回热器(5-3); 油分离器(5-4);油过滤器(5-5);流量开关¢-6);电磁阀(5-7);油冷却器(5-8);手动阀(5_ 9);多效蒸馏器⑹;料液进口管(6-1);蒸馏器(6-2);首效冷凝蒸馏器(6-2-1);中效凝结蒸 馈器(6-2-II);末效凝结蒸馏器(6-2-III);分配器(6-3);气态热栗工质进口(6-4);液态热 泵工质出口(6-5);浓缩液出口管(6-6);不凝气排出管(6-7);汽液分离器(6_8);预热器(6-9);热栗工质(7);料液(8);料液流量调节阀⑼;淡水(10);浓缩液(11);压力开关(12);温 度开关(13);真空泵(14);淡水回热器(15);淡水栗(16);浓缩液回热器(17);浓缩液循环泵 (18);料液栗(19);排气阀(20);固液分离机(21);结晶物(22)组成,其特征在于:蒸发器⑴ 顶部气态热泵工质出口通过管道连接压缩机(5)、油分离器(5-4)、气态热栗工质进口(6-4)、首效冷凝蒸溜器(6-2-1)的工质侧、液态热泵工质出口(6-5)、过冷回热器(5-3)、干燥过 滤器(4-1)、膨胀阀(4)、蒸发器(1)底部液态热栗工质进口,组成热栗循环回路;油分离器 (5-4)底部出油口通过管道连接手动阀(5-9)、油冷却器(5-8)润滑油侧、油过滤器(5-5)、流 量开关仿-6)、电磁阀(5-7)、手动阀(5-9)、压缩机⑸回油口,组成油冷放热回路;多效蒸馏 器(6)中的首效冷凝蒸馏器(6-2-1)的吸热蒸馏表面与中效凝结蒸馈器(6-2-II)的放热凝 结表面,组成首效热管式蒸馏室I;中效凝结蒸馏器(6-2-II)的吸热蒸馏表面与末效凝结蒸 馏器(6-2-III)的放热凝结表面,组成中效热管式蒸镏室II;末效凝结蒸馏器¢-2-111)的 吸热蒸馏表面与蒸发器(1)的放热凝结表面,组成末效热管式蒸馏室III;各效蒸馏室的凝 结水出口和淡水槽(2)的底部,通过淡水管(3)相互连接,组成淡水收集回路;蒸发器(1)的 底部液态热栗工质进口、换热管工质侧、顶部气态热杲工质出口,组成热泵工质的管外取热 满液式蒸发回路;蒸发器(1)顶部气态热泵工质出口管外表面设置的感温包闭环控制膨胀 阀⑷的开度,而膨胀阀⑷的出口通过管道连接蒸发器⑴的底部液态热栗工质进口,组成 热栗工质膨胀控制回路;首效冷凝蒸馏器(6-2-1)的气态热栗工质进口(6-4)、换热面工质 冷凝侧、液态热泵工质出口(6-5),组成热栗工质的冷凝放热回路;浓缩液出口管(6-6)、汇 流三通、浓缩液循环栗(18)、分流三通、料液流量调节阀(9)、料液进口管(6-1)、蒸馏器(6-2)的料液(8)进口、分配器(6-3),组成料液的蒸馏循环流量调节回路;每效蒸馏室的内壁设 置压力开关(1¾和温度开关(13)各一只;真空荥(14)的进气口通过并联管道连接各效蒸馏 室底部凝结水出口的不凝气排出管(6-7)和电磁阀(5-7),并由每效蒸馏室内壁设置的压力 开关(1¾和或温度开关(13)控制电磁阀(5_7)的开度,组成蒸馏室不凝气排出及压力控制 回路;淡水收集回路的总管连接淡水回热器(15)的淡水(10)侧、淡水泵(16),组成淡水的取 用、放热回路;末效凝结蒸馏器(6-2-III)的底部浓缩液出口管(6-6)通过汇流三通、浓缩液 循环泵(18)、分流三通以及管道连接浓缩液回热器(I7)的浓缩液(11)侧,组成浓缩液的排 放、放热回路;料液栗(19)的出口通过管道连接分流三通、并联的淡水回热器(15)和浓缩液 回热器(17)的料液⑻侧、汇流三通、油冷却器(5-8)的料液⑻侧、过冷回热器(5-3)的料液 ⑻侧、料液流量调节阀⑼、排气阀(20)的进口,组成料液的回热、调节、排气回路;首效冷 凝蒸馏器(6_2_1)料液(8)的蒸馆循环流量调节回路中,在分流三通与料液流量调节阀(9) 之间串联连接一台预热器(6-9),组成浓缩液的启动预热回路。
2. 按照权利要求1所述的凝汽源热栗驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:蒸馏器(6—2)为 板式降膜蒸馏器(6-2),或是管板结合式降膜蒸馈器(6-2),或是管式降膜蒸馏器(6_2),或 是板式升膜蒸馏器(6-2),或是管板结合式升膜蒸馏器(6-2),或是管式升膜蒸馏器(6-2)。
3. 按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:分配器(6-3)是 多孔式分配装置(6-3),或是管式分配装置(6-3),或是喷雾式分配装置(6-3)。
4. 按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:末效凝结蒸馏器 (6-2-III)的底部浓缩液出口管(6-6)通过汇流三通、浓缩液循环泵(18)、分流三通以及管 道连接浓缩液回热器(17)的浓缩液(11)侧、固液分离机(21)及其结晶物(22)出口、结晶物 (22),组成浓缩液与结晶物分离回路;而固液分离机(21)的浓缩液(11)出口则通过管道连 接料液泵(19)的进口三通,组成浓缩液的结晶、分离、混合、循环回路。
5. 按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馈工艺,其特征在于:固液分离机(21) 是螺旋沉降离心机(21);或是高速冷冻离心机(21);或是碟片式离心机(21);或是管式离心 机(21);或是倾桥式离心机(2D ;或是篮式离心机(21);或是板框式过滤机(21);或是平板 过滤机(21);或是真空旋转过滤机(21)。
6. 按照权利要求1所述的凝汽源热杲驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:驱动设备(5-1) 是电动机(5-1),或是燃气驱动内燃发动机(5-1),或是汽油驱动内燃发动机(5-1),或是柴 油驱动内燃发动机(5-1),或是煤油驱动内燃发动机(5-1),或是斯特林外燃发动机(5-1), 或是燃气驱动燃气轮发动机(5-1),或是煤气驱动燃气轮发动机(5-1)。
7. 按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:料液栗(19)的出 口通过管道连接分流三通、并联的淡水回热器(I5)和浓缩液回热器(17)的料液(8)侧、汇流 三通、油冷却器(5_8)的料液(8)侧、过冷回热器(5-3)的料液(8)侧、驱动设备(5-1)的缸套 回热器(5_2)的料液⑻侧、料液流量调节阀⑼、排气阀(20)的进口,组成料液的梯级回热、 调节、排气回路。
8. 按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:料液(8)是海水 (8),或是城市中水(8),或是城市污水(8),或是盐水(8),或是酸水(8),或是碱水⑻,或是 有机溶液(8),或是无机溶液(8),或是工业废水(8),或是矿井苦咸水(8),或是油田污水 (8),或是化工污水⑻中的一种。
9.按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:淡水回热器(15) 是套管式换热器(15),或是壳管式换热器(15),或是板式换热器(15),或是板翅式换热器 (15),或是盘管式换热器(I5),或是螺旋板式换热器(15),或是板壳式换热器(15)的取用淡 水(10)预热补充料液⑻的换热器。
10.按照权利要求1所述的凝汽源热泵驱动多效蒸馏工艺,其特征在于:浓缩液回热器 (I7)是套管式换热器(17),或是壳管式换热器(17),或是板式换热器d7),或是板翅式换热 器(17),或是盘官式换热器(17〇,或是螺旋板式换热器(]_7),或是板壳式换热器(I?)的排放 浓缩液(11)预热补充料液(8)的换热器。
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