CN108721929B - 蒸发浓缩系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蒸发浓缩系统，包括：通过发动机驱动水蒸汽压缩机对蒸汽进行加压的机械蒸汽再压缩单元、具有至少一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元，所述多效蒸发浓缩单元设有废气余热锅炉；所述机械蒸汽再压缩单元的所述发动机的发动机排烟口与所述废气余热锅炉连通，所述废气余热锅炉产生的蒸汽对所述多效蒸发浓缩单元的第一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元主加热器进行加热。本发明采用MVR和MEE两种蒸发单元构成，两单元通过废气余热锅炉12耦合在一起。发动机排出来的废气进入废气余热锅炉产生蒸汽，蒸汽通向加热器加热物料。由于利用发动机的排气废热，因此不需要额外的热能成本，提高了能源利用率。

Description

蒸发浓缩系统
技术领域
本发明涉及能综合利用相关技术领域，特别是一种蒸发浓缩系统。
背景技术
蒸发浓缩系统是通过加热的方法使溶剂蒸发而离开溶液，不挥发的溶质仍然溶解在剩下的液体溶剂中，实现溶剂与溶质的分离。一般蒸发浓缩系统的热源是蒸汽，而通常是燃烧化石燃料获得蒸汽。机械蒸汽再压缩单元(Mechanical Vapor Recompression,MVR)不同于传统的多效蒸发浓缩单元(Multi-Effect Evaporation，MEE)，机械蒸汽再压缩单元是采用对将蒸发出来的二次蒸汽再压缩，提高压力和温度，返回蒸发器加热物料，实现蒸汽潜热的再次利用，理论上不需要使用鲜蒸汽，所有机械蒸汽再压缩单元比传统蒸发浓缩系统节能50-90％。通常的机械蒸汽再压缩单元采用电力作为能源。
但由于系统散热和物料带走热量，机械蒸汽再压缩单元出现热量不足情况，使实际蒸发压力低于设计目标蒸发压力，导致蒸发能力降低、系统效率降低，严重时影响系统运行。为了获得稳定的蒸发压力(使实际蒸发压力在设计目标蒸发压力范围内)，通常需要向系统补充热量，对于没有额外热源的工厂来说，就需要用电来加热，耗费了宝贵的电力，增加用户的运行费用。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术能源利用率不高的技术问题，提供一种蒸发浓缩系统。
本发明提供一种蒸发浓缩系统，包括：通过发动机驱动水蒸汽压缩机对蒸汽进行加压的机械蒸汽再压缩单元、具有至少一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元，所述多效蒸发浓缩单元设有废气余热锅炉；
所述机械蒸汽再压缩单元的所述发动机的发动机排烟口与所述废气余热锅炉连通，所述废气余热锅炉产生的蒸汽对所述多效蒸发浓缩单元的第一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元主加热器进行加热。
进一步的，所述机械蒸汽再压缩单元包括用于对从蒸发浓缩部分进料口进入的物料进行蒸发的蒸发浓缩部分、以及蒸汽压缩总成部分，所述蒸汽压缩总成部分包括所述水蒸汽压缩机和所述发动机，所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机入口连通，所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机排出口连通。
更进一步的，所述蒸发浓缩部分包括机械蒸汽再压缩单元蒸发罐和机械蒸汽再压缩单元主加热器，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的蒸汽排出口作为所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机入口连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器进气口作为所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机排出口连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器出料口与所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的蒸发罐进料口连通。
再进一步的，所述蒸发浓缩部分还包括主循环泵，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的循环排料口、所述蒸发浓缩部分进料口分别与所述主循环泵的一端连通，所述主循环泵的另一端与所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器进料口连通。
更进一步的，所述机械蒸汽再压缩单元还包括废气余热回循环回路，所述废气余热回循环回路一端与所述发动机的所述发动机排烟口连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通。
再进一步的，所述废气余热回循环回路包括热回收器，所述热回收器一端与所述发动机的所述发动机排烟口连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通。
再进一步的，所述废气余热回循环回路还包括预热器，所述热回收器的另一端通过所述预热器与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通。
更进一步的，所述机械蒸汽再压缩单元还包括废热回收蒸汽发生器，所述废热回收蒸汽发生器的一端与所述发动机的所述发动机排烟口连通，另一端与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机入口连通。
进一步的，所述多效蒸发浓缩单元的每效加热蒸发部分包括所述多效蒸发浓缩单元主加热器、以及多效蒸发浓缩单元蒸发罐，每效加热蒸发部分的所述多效蒸发浓缩单元主加热器的加热器出料口与所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐的蒸发罐进料口连通，所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐的蒸汽排出口与下一效的所述多效蒸发浓缩单元主加热器的加热器进气口连通。
再进一步的，所述发动机通过联轴器驱动所述水蒸汽压缩机。
本发明采用MVR和MEE两种蒸发单元构成，两单元通过废气余热锅炉12耦合在一起。发动机排出来的废气进入废气余热锅炉产生蒸汽，蒸汽通向加热器加热物料。由于利用发动机的排气废热，因此不需要额外的热能成本，提高了能源利用率。
附图说明
图1为本发明一种蒸发浓缩系统的系统原理图；
图2为本发明一实施例中机械蒸汽再压缩单元的系统原理图；
图3为本发明另一实施例中机械蒸汽再压缩单元的系统原理图；
图4为本发明一实施例中多效蒸发浓缩单元的系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示为本发明一种蒸发浓缩系统的系统原理图，包括：通过发动机3驱动水蒸汽压缩机4对蒸汽进行加压的机械蒸汽再压缩单元1、具有至少一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元2，所述多效蒸发浓缩单元设有废气余热锅炉5；
所述机械蒸汽再压缩单元1的所述发动机3的发动机排烟口31与所述废气余热锅炉5连通，所述废气余热锅炉5产生的蒸汽对所述多效蒸发浓缩单元2的第一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元主加热器6进行加热。
具体来说，工作时：
发动机3的动力机械启动，并带动水蒸汽压缩机4；低压水蒸汽被水蒸汽压缩机吸入，经过压缩，提升压力和温度，进入蒸发器加热物料，使物料进一步蒸发，发动机的烟气经过必要的处理，进入废气余热锅炉5，通过加热水产生水蒸汽，该水蒸气作为多效蒸发浓缩单元的热源，对溶液进行蒸发浓缩。
本发明采用MVR和MEE两种蒸发单元构成，两单元通过废气余热锅炉12耦合在一起。发动机排出来的废气进入废气余热锅炉产生蒸汽，蒸汽通向加热器加热物料。由于利用发动机的排气废热，因此不需要额外的热能成本，提高了能源利用率。
如图2所示，在其中一个实施例中，所述机械蒸汽再压缩单元1包括用于对从蒸发浓缩部分进料口7进入的物料进行蒸发的蒸发浓缩部分、以及蒸汽压缩总成部分，所述蒸汽压缩总成部分包括所述水蒸汽压缩机4和所述发动机3，所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机入口41连通，所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机排出口42连通。
具体来说，从蒸发浓缩部分的出气口排出的低于水蒸气流经水蒸气压缩机入口41，经过水蒸汽压缩机4压缩，升压升温从水蒸气压缩机排出口42排出，并重新进入蒸发浓缩部分；物料从蒸发浓缩部分进料口7进入蒸发浓缩部分，并被加热蒸发。由发动机6直接驱动水蒸汽压缩机4，根据系统需要(例如蒸发量、蒸发压力、温度等)调整发动机6转速，容易实现水蒸汽压缩机4变能力运行。
本实施例由于蒸汽压缩机由发动机直接驱动，根据水蒸气需要的温升(或压力比)要求确定蒸汽压缩机的转速，也就是发动机的转速，从而避免了传统采用电机带动的蒸汽压缩系统，若需要蒸汽压缩机转速高于电机转速(交流异步电机由其自身构造和输入电源频率决定转速)，则需要采用增速机构，增速机构会带来额外的效率降低和润滑等问题。
同时，本实施例摒弃了电动机驱动蒸汽压缩机的方式，采用动力机械驱动蒸汽压缩机。动力机械，例如燃气/燃油发动机或燃气轮机，将燃料热能转换为机械能，直接驱动蒸汽压缩机。将原来的“热能-机械能-电能-机械能”方式简化为“热能-机械能”。主要有2个优点，第一是减少能源的转换环节，提高能源利用效率，一般在35-38％，也就是35-38％的化学能转变成机械能；第二是不能被转化为机械能的62-65％的化学能以热能的形式释放，有效利用该部分热能。
在其中一个实施例中，所述蒸发浓缩部分包括机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8和机械蒸汽再压缩单元主加热器9，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸汽排出口81作为所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机入口41连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器进气口91作为所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机排出口42连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器出料口92与所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸发罐进料口82连通。
具体来说，从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸汽排出口81排出的低压水蒸气流经水蒸气压缩机入口41，经过水蒸汽压缩机4压缩，升压升温从水蒸气压缩机排出口42排出，进入机械蒸汽再压缩单元主加热器9，物料从蒸发浓缩部分进料口7进入机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8蒸发，浓液或结晶料从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐排料口83排出。
在其中一个实施例中，所述蒸发浓缩部分还包括主循环泵10，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的循环排料口84、所述蒸发浓缩部分进料口7分别与所述主循环泵10的一端连通，所述主循环泵10的另一端与所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器进料口93连通。
具体来说，从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的循环排料口84排出的物料或原液与蒸发浓缩部分进料口7加入的物料或原液通过主循环泵10送至机械蒸汽再压缩单元主加热器9，并经机械蒸汽再压缩单元主加热器9加热后重新送回机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8。
本实施例能对机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8中未能完全蒸发的物料进行再加热，从而提高蒸发效率。
在其中一个实施例中，所述机械蒸汽再压缩单元还包括废气余热回循环回路，所述废气余热回循环回路一端与所述发动机3的所述发动机排烟口31连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口7连通。
本实施例增加废气余热回循环回路，从而利用发动机的废气的热量对蒸发浓缩部分进料口7的物料或原液进行加热，提高能量利用率。
在其中一个实施例中，所述废气余热回循环回路包括热回收器11，所述热回收器11一端与所述发动机3的所述发动机排烟口31连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口7连通。
在其中一个实施例中，所述废气余热回循环回路还包括预热器12，所述热回收器11的另一端通过所述预热器12与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口7连通。
本实施例通过预热器12对蒸发浓缩部分进料口7的物料或原液进行加热，提高能量利用率。
作为本发明最佳实施例，如图2所示，所述机械蒸汽再压缩单元1包括用于对从蒸发浓缩部分进料口7进入的物料进行蒸发的蒸发浓缩部分、蒸汽压缩总成部分、以及废气余热回循环回路。
所述蒸汽压缩总成部分包括所述水蒸汽压缩机4和所述发动机3，所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机入口41连通，所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机排出口42连通。
所述废气余热回循环回路一端与所述发动机3的所述发动机排烟口31连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口7连通。
所述蒸发浓缩部分包括机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8、机械蒸汽再压缩单元主加热器9和主循环泵10，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸汽排出口81作为所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机入口41连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器进气口91作为所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机排出口42连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器出料口92与所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸发罐进料口82连通，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的循环排料口84、所述蒸发浓缩部分进料口7分别与所述主循环泵10的一端连通，所述主循环泵10的另一端与所述机械蒸汽再压缩单元主加热器9的加热器进料口93连通。
具体来说，从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的蒸汽排出口81排出的低压水蒸气流经水蒸气压缩机入口41，经过水蒸汽压缩机4压缩，升压升温从水蒸气压缩机排出口42排出，进入机械蒸汽再压缩单元主加热器9，物料通过循环泵20从蒸发浓缩部分进料口7进入机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8蒸发，浓液或结晶料从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐排料口83排出。同时，从机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8的循环排料口84排出的物料或原液与蒸发浓缩部分进料口7加入的物料或原液通过主循环泵10送至机械蒸汽再压缩单元主加热器9，并经机械蒸汽再压缩单元主加热器9加热后重新送回机械蒸汽再压缩单元蒸发罐8。
所述废气余热回循环回路包括热回收器11、预热器12和循环泵13，所述热回收器11一端与所述发动机3的所述发动机排烟口31连通，另一端依次通过循环泵13、预热器12与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口7连通。
如图3所示，在其中一个实施例中，所述机械蒸汽再压缩单元还包括废热回收蒸汽发生器14，所述废热回收蒸汽发生器14的一端与所述发动机3的所述发动机排烟口31连通，另一端与所述水蒸汽压缩机4的水蒸气压缩机入口41连通。
具体来说，发动机3排出的废气流经废热回收蒸汽发生器14，产生的水蒸气直接补进水蒸汽压缩机入口41。
本实施例这种蒸汽补热方式适用于散热量比较大的系统。
如图4所示，在其中一个实施例中，所述多效蒸发浓缩单元2的每效加热蒸发部分包括所述多效蒸发浓缩单元主加热器6、以及多效蒸发浓缩单元蒸发罐15，每效加热蒸发部分的所述多效蒸发浓缩单元主加热器6的加热器出料口61与所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐15的蒸发罐进料口151连通，所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐15的蒸汽排出口152与下一效的所述多效蒸发浓缩单元主加热器16的加热器进气口161连通。
多效蒸发浓缩单元2可以根据蒸发工艺需要设计成一效或更多效的。本实施例的多效蒸发浓缩单元2在蒸汽的鲜蒸汽的方式上区别于现有的MEE系统。现有的MEE系统采用传统燃料锅炉，而本实施例采用废气余热锅炉5。在本实施例中，发动机3排出的废气进入废气余热锅炉5产生蒸汽，蒸汽通向多效蒸发浓缩单元主加热器6加热物料，从多效蒸发浓缩单元蒸发罐15出来的蒸汽作为下一效蒸发的热源进入下一效的多效蒸发浓缩单元主加热器16，从多效蒸发浓缩单元蒸发罐17出来的蒸汽到冷凝器18冷凝。
在其中一个实施例中，所述发动机3通过联轴器19驱动所述水蒸汽压缩机4。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种蒸发浓缩系统，其特征在于，包括：通过发动机驱动水蒸汽压缩机对蒸汽进行加压的机械蒸汽再压缩单元、具有至少一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元，所述多效蒸发浓缩单元设有废气余热锅炉；所述机械蒸汽再压缩单元包括用于对从蒸发浓缩部分进料口进入的物料进行蒸发的蒸发浓缩部分、蒸汽压缩总成部分、以及废气余热回循环回路；所述蒸发浓缩部分包括机械蒸汽再压缩单元蒸发罐和机械蒸汽再压缩单元主加热器，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的蒸汽排出口作为所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸汽 压缩机入口连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器进气口作为所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机排出口连通，所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器出料口与所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的蒸发罐进料口连通；所述蒸汽压缩总成部分包括所述水蒸汽压缩机和所述发动机，所述蒸发浓缩部分的出气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸汽 压缩机入口连通，所述蒸发浓缩部分的进气口与所述水蒸汽压缩机的水蒸气压缩机排出口连通；所述废气余热回循环回路一端与所述发动机的发动机排烟口连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通；
所述机械蒸汽再压缩单元的所述发动机的发动机排烟口与所述废气余热锅炉连通，所述废气余热锅炉产生的蒸汽对所述多效蒸发浓缩单元的第一效加热蒸发部分的多效蒸发浓缩单元主加热器进行加热。
2.根据权利要求1所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述蒸发浓缩部分还包括主循环泵，所述机械蒸汽再压缩单元蒸发罐的循环排料口、所述蒸发浓缩部分进料口分别与所述主循环泵的一端连通，所述主循环泵的另一端与所述机械蒸汽再压缩单元主加热器的加热器进料口连通。
3.根据权利要求1所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述废气余热回循环回路包括热回收器，所述热回收器一端与所述发动机的所述发动机排烟口连通，另一端与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通。
4.根据权利要求3所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述废气余热回循环回路还包括预热器，所述热回收器的另一端通过所述预热器与所述蒸发浓缩部分的蒸发浓缩部分进料口连通。
5.根据权利要求1所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述机械蒸汽再压缩单元还包括废热回收蒸汽发生器，所述废热回收蒸汽发生器的一端与所述发动机的所述发动机排烟口连通，另一端与所述水蒸汽压缩机的水蒸汽 压缩机入口连通。
6.根据权利要求1所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述多效蒸发浓缩单元的每效加热蒸发部分包括所述多效蒸发浓缩单元主加热器、以及多效蒸发浓缩单元蒸发罐，每效加热蒸发部分的所述多效蒸发浓缩单元主加热器的加热器出料口与所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐的蒸发罐进料口连通，所述多效蒸发浓缩单元蒸发罐的蒸汽排出口与下一效的所述多效蒸发浓缩单元主加热器的加热器进气口连通。
7.根据权利要求1～6任一项所述的蒸发浓缩系统，其特征在于，所述发动机通过联轴器驱动所述水蒸汽压缩机。
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