CN110386631A - 一种高效蒸发结晶处理系统及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效蒸发结晶处理系统，包括预热器、蒸发器、与蒸发器相连的闪蒸罐、与蒸发器相连的蒸汽压缩机、补热换热器、冷媒压缩机、气液分离器、蒸发冷却器、与预热器连接的进料泵、循环泵、冷却水泵、第一减压阀和第二减压阀；蒸发器入口与预热器出口及补热换热器出口连通；闪蒸罐冷侧出口与补热换热器冷侧入口连通；闪蒸罐的饱和蒸汽出口与蒸气压缩机入口连通；预热器热侧入口与蒸发器热侧出口连通；补热换热器热侧入口依次与冷媒压缩机、气液分离器、蒸发冷却器连通，补热换热器热侧出口与蒸发冷却器冷侧入口连通；蒸发冷却器入口、出口分别与蒸气压缩机出口、入口连通。本系统热效率高、不需要辅助热源，运行成本低。

Description

一种高效蒸发结晶处理系统及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种高效蒸发结晶系统技术领域，尤其涉及一种启动和运行过程均能免除外部热源供热的高效蒸发结晶处理系统及其处理方法。

背景技术

在食品、化工和制药等领域产生的废水资源化利用过程中，目前比较广泛采用的是MVR蒸发结晶方法，该方法具有效率高，蒸发温度低，完全电力驱动等优点，但是在实际工作过程中，MVR系统的启动过程单纯靠压缩空气进行，启动时间长，并且运行过程由于热量散失和损耗，也需要外部热源供给，所以，设备供应商安装电辅热装置来加快系统启动过程，但是电辅热装置的热效率低，严重影响了系统的整机热效率。为了克服以上缺点，加大MVR系统整机热效率的研究。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种免除外部热源供热的高效蒸发结晶处理系统及其处理方法，以蒸汽压缩机的冷却水为热源，利用高效热泵技术，有效加快MVR系统启动速率，提高启动过程的热效率，同时根据变频调节满足运行过程的补热需求，保证系统不再需要辅助热源，并且在闪蒸罐内加装一种带疏水阀的折流分离器，有效降低MVR系统的整机高度，便于系统的整体撬装。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种高效蒸发结晶处理系统，包括预热器、蒸发器、闪蒸罐、蒸汽压缩机、补热换热器、冷媒压缩机、气液分离器、蒸发冷却器、进料泵、循环泵、冷却水泵、第一减压阀、第二减压阀、若干阀门及若干连接管；所述进料泵与所述预热器冷侧入口连通，所述蒸发器冷侧入口分别与所述预热器冷侧出口及所述补热换热器冷侧出口连通；所述蒸发器热侧入口与所述蒸汽压缩机出口连通；所述蒸发器冷侧出口通过所述第一减压阀与所述闪蒸罐冷侧入口连通，所述闪蒸罐冷侧出口通过所述循环泵与所述补热换热器冷侧入口连通；所述闪蒸罐的饱和蒸汽出口与所述蒸气压缩机入口连通；所述预热器热侧入口与所述蒸发器热侧出口连通，所述预热器设有用于排出冷凝水的冷凝水出口；所述补热换热器热侧入口与所述冷媒压缩机出口连通，所述冷媒压缩机入口与所述气液分离器出口连通，所述气液分离器入口与所述蒸发冷却器热侧出口连通，所述补热换热器热侧出口通过所述第二减压阀与所述蒸发冷却器冷侧入口连通；所述蒸发冷却器热侧入口与所述蒸气压缩机冷却水出口连通，所述蒸发冷却器冷侧出口通过所述冷却水泵与所述蒸气压缩机冷却水入口连通。

本系统提供一种不需要启动蒸气源的蒸发浓缩系统，是一种高效、节能、节水的蒸发浓缩处理方法；闪蒸罐入口管道设置第一减压阀，保证蒸发器内压力高于闪蒸压力，避免蒸发器内析出结晶盐堵塞；本系统采用热泵系统回收蒸汽压缩机冷却水热量，补充运行过程中由于散热损失和不可逆损失造成的热量不足，不再需要设置辅助热源。

所述闪蒸罐上部空间设有折流管，折流管的一端与所述闪蒸罐的饱和蒸汽出口连接，所述折流管底部安装有疏水阀；所述闪蒸罐底部安装有排出管，所述排出管上安装有第五截止阀。折流管与疏水阀的设置，可降低分离高度，提高汽水分离效果；排出管用于排出闪蒸过程析出的结晶盐。

所述蒸发器与所述蒸气压缩机之间的连接管上连接有自来水入水管，所述自来水入水管安装有第一截止阀。在热度过高时开启自来水入水管，起到降温作用。

所述阀门还包括第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀；所述第二截止阀安装在所述进料泵与所述预热器冷侧入口之间的连接管上；所述第三截止阀安装在所述蒸发器冷侧入口接入所述预热器冷侧出口的连接管接通处和所述补热换热器冷侧出口之间的连接管上；所述第四截止阀安装于所述蒸发冷却器热侧入口与所述蒸气压缩机冷却水出口之间的连接管上。

所述冷媒压缩机采用变频压缩技术的压缩机。冷媒压缩机采用变频压缩技术，实现启动过程热负荷和运行过热补热负荷的不同需求。

所述蒸气压缩机、蒸发冷却器、气液分离器、冷媒压缩机、补热换热器组成热泵循环，热泵循环中的冷媒采用R245f、CO₂、R1233zd(E)或R1336mzz(Z)。

基于高效蒸发结晶处理系统的处理方法，包括如下步骤：

步骤一、将进口物料通过预热器加热后，与浓缩后的一部分循环料液混合进入蒸发器继续加热至接近沸点温度，经过第一减压阀后进入闪蒸罐进行闪蒸；闪蒸过程温度降低、水分蒸发、溶液浓度增加，并伴随晶体析出；闪蒸罐内蒸发的蒸汽经过折流管分离出饱和蒸汽进入蒸气压缩机，在蒸气压缩机内升温升压后进入蒸发器作为热源继续循环；闪蒸罐内浓缩后的料液经循环泵进入补热换热器加热后与进口料液混合；闪蒸罐析出的结晶盐沉积到罐底，经排出管排出系统；

步骤二、冷媒经过冷媒压缩机升温升压后进入补热换热器放出热量，经第二减压阀进入蒸发冷却器吸收热量，再经过气液分离器分离出气态冷媒进入冷媒压缩机继续循环。

与现有技术对比，本发明的优点在于：

1、本系统为含盐废水资源化处理，提供了一种不需要外供热源启动和运行的蒸发结晶方法，热效率高；

2、采用热泵系统回收蒸汽压缩机冷却水热量，有效降低冷却水温度，冷却水可以重复利用，节约水资源，同时保证蒸汽压缩机润滑油温度和轴封水温度，保证压缩机的高效压缩。

3、采用热泵系统回收蒸汽压缩机冷却水热量，可以快速加热启动物料，减少启动过程时长，提高启动过程热效率；

4、采用热泵系统回收蒸汽压缩机冷却水热量，补充运行过程中由于散热损失和不可逆损失造成的热量不足，不再需要设置辅助热源；

5、采用折流管加装疏水阀，有效降低闪蒸罐高度，便于所发明设备的撬装运输，并且系统，热量利用率高，运行成本降低，为企业节省运行成本。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2位本发明实施例闪蒸罐的结构示意图。

图中附图标记含义：1、预热器；2、蒸发器；3、第一减压阀；4、闪蒸罐；5、蒸汽压缩机；6、循环泵；7、补热换热器；8、进料泵；9、气液分离器；10、冷媒压缩机；11、第二减压阀；12、蒸发冷却器；13、冷却水泵；14、折流管；15、疏水阀；16、第一截止阀；17、第二截止阀；18、第三截止阀；19、第四截止阀；20、第五截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

本发明中的实验设备和试剂均为本技术领域常规产品，图1中的箭头表示物料、冷凝水或者蒸汽的流动方向；A代表常温进料，B代表冷凝水出口，C代表自来水进的方向。

参阅图1及图2，为一种高效蒸发结晶处理系统，包括预热器1、蒸发器2、闪蒸罐4、蒸汽压缩机5、补热换热器7、冷媒压缩机10、气液分离器9、蒸发冷却器12、进料泵8、循环泵6、冷却水泵13、第一减压阀3、第二减压阀11、若干阀门及若干连接管；进料泵8与预热器1冷侧入口连通，蒸发器2冷侧入口分别与预热器1冷侧出口及补热换热器7冷侧出口连通；蒸发器2热侧入口与蒸汽压缩机5出口连通；蒸发器2冷侧出口通过第一减压阀3与闪蒸罐4冷侧入口连通，闪蒸罐4冷侧出口通过循环泵6与补热换热器7冷侧入口连通；闪蒸罐4的饱和蒸汽出口与蒸气压缩机入口连通；预热器1热侧入口与蒸发器2热侧出口连通，预热器1设有用于排出冷凝水的冷凝水出口；补热换热器7热侧入口与冷媒压缩机10出口连通，冷媒压缩机10入口与气液分离器9出口连通，气液分离器9入口与蒸发冷却器12热侧出口连通，补热换热器7热侧出口通过第二减压阀11与蒸发冷却器12冷侧入口连通；蒸发冷却器12热侧入口与蒸气压缩机冷却水出口连通，蒸发冷却器12冷侧出口通过冷却水泵13与蒸气压缩机冷却水入口连通。

本系统提供一种不需要启动蒸气源的蒸发浓缩系统，是一种高效、节能、节水的蒸发浓缩处理方法；闪蒸罐4入口管道设置第一减压阀3，保证蒸发器2内压力高于闪蒸压力，避免蒸发器2内析出结晶盐堵塞；本系统采用热泵系统回收蒸汽压缩机5冷却水热量，补充运行过程中由于散热损失和不可逆损失造成的热量不足，不再需要设置辅助热源。

闪蒸罐4上部空间设有折流管14，折流管14的一端与闪蒸罐4的饱和蒸汽出口连接，折流管14底部安装有疏水阀15；闪蒸罐4底部安装有排出管，排出管上安装有第五截止阀20。折流管14与疏水阀15的设置，可降低分离高度，提高汽水分离效果；排出管用于排出闪蒸过程析出的结晶盐。

蒸发器2与蒸气压缩机之间的连接管上连接有自来水入水管，自来水入水管安装有第一截止阀16。在热度过高时开启自来水入水管，起到降温作用。

阀门还包括第二截止阀17、第三截止阀18和第四截止阀19；第二截止阀17安装在进料泵8与预热器1冷侧入口之间的连接管上；第三截止阀18安装在蒸发器2冷侧入口接入预热器1冷侧出口的连接管接通处和补热换热器7冷侧出口之间的连接管上；第四截止阀19安装于蒸发冷却器12热侧入口与蒸气压缩机冷却水出口之间的连接管上。

冷媒压缩机10采用变频压缩技术的压缩机。冷媒压缩机10采用变频压缩技术，实现启动过程热负荷和运行过热补热负荷的不同需求。

蒸气压缩机、蒸发冷却器12、气液分离器9、冷媒压缩机10、补热换热器7组成热泵循环，热泵循环中的冷媒采用R245f、CO₂、R1233zd(E)或R1336mzz(Z)。

基于高效蒸发结晶处理系统的处理方法，包括如下步骤：

步骤一、将进口物料通过预热器1加热后，与浓缩后的一部分循环料液混合进入蒸发器2继续加热至接近沸点温度，经过第一减压阀3后进入闪蒸罐4进行闪蒸；闪蒸过程温度降低、水分蒸发、溶液浓度增加，并伴随晶体析出；闪蒸罐4内蒸发的蒸汽经过折流管14分离出饱和蒸汽进入蒸气压缩机，在蒸气压缩机内升温升压后进入蒸发器2作为热源继续循环；闪蒸罐4内浓缩后的料液经循环泵6进入补热换热器7加热后与进口料液混合；闪蒸罐4析出的结晶盐沉积到罐底，经排出管排出系统；

步骤二、冷媒经过冷媒压缩机10升温升压后进入补热换热器7放出热量，经第二减压阀11进入蒸发冷却器12吸收热量，再经过气液分离器9分离出气态冷媒进入冷媒压缩机10继续循环。

MVR是机械式蒸汽再压缩技术(mechanical vapor recompression)的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。MVR系统的核心装置是蒸汽压缩机5，由于蒸汽压缩机5的工作温度较高，润滑油冷却及机械密封冷却需要大量的循环水，本实施例利用循环冷却水的热量，结合高效热泵技术，一方面给系统启动过程和运行过程补充热量，另一方面冷却循环水，避免压缩机冷却水的直接排放，有效提高了机组的整机热效率。

本系统的工作流程如下：

原料液经预热器1加热后与循环料液混合，进入蒸发器2内进一步加热升温，经过第一减压阀3后进入闪蒸罐4进行闪蒸过程，产生的二次蒸汽通过折流管14分离出携带液滴，由疏水阀15直接排入下部浓缩料液(浓缩料液位于闪蒸罐4下部)，分离出的纯蒸汽进入蒸汽压缩机5完成升温升压过程，然后作为一次蒸汽进入蒸发器2完成循环；闪蒸后的浓缩料液经循环泵6升压后进入补热换热器7加热，升温后与进料混合继续进行循环，闪蒸过程析出的结晶盐在闪蒸罐4下部沉积后由排出管排出系统。系统还包括热泵循环回路，其中冷媒依次经过冷媒压缩机10、补热换热器7、第二减压阀11、蒸发冷却器12和气液分离器9完成冷媒循环，蒸汽压缩机5油冷却水和轴封冷却水与蒸发冷却器12组成闭式循环水回路。在启动过程，由于补热换热器7的加热作用，混合循环料液能快速达到闪蒸温度，减少启动时长。在运行过程中，补热换热器7也能满足系统的补热需求，同时冷却蒸汽压缩机5，保证系统的安全稳定运行。

蒸发冷却器12与蒸汽压缩机5冷却水组成水循环回路，减少系统用水量，保证蒸汽压缩机5的冷却效果和压缩效率；蒸汽压缩机5工作温度高，耗电量大，油冷却水和轴封冷水与蒸发冷却器12组成闭式循环，保证冷却水及蒸汽压缩机5均能得到有效冷却。

本实施例第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀、第四调节阀、第五调节阀，是一样的型号，该调节阀只要能满足实际的需要均可。图1中的箭头表示物料、水或者蒸汽的流动方向。

本实施例用于处理含盐废水的蒸发结晶方法的具体步骤为：

(1)启动过程：进料泵8、循环泵6、冷却水泵13和蒸汽压缩机5等均已打开，系统满足启动要求，含盐浓度为2％(不限制浓度)的含盐废水通过预热器1、蒸发器2进入闪蒸罐4，再通过循环泵6被补热换热器7加热升温至闪蒸温度，在闪蒸管内闪蒸分离出饱和蒸汽，饱和蒸汽进入蒸汽压缩机5升温升压后作为一次蒸汽通过蒸发器2加热循环物料，此时补热换热器7持续进行补热，直至循环料液被加热至设定温度完成启动过程。

(2)运行过程：该过程可以根据实际需求调节冷媒压缩机10转速来达到系统的热平衡，保证运行过程的热量的高效利用。运行状态下，含盐废水经预热器1加热后与循环物料混合，再进入蒸发器2内加热升温，此时物料压力大于蒸发压力，加热后的物料经第一减压阀3进入闪蒸罐4进行闪蒸过程，闪蒸过程温度降低、水分蒸发、溶液浓度增加，并伴随晶体析出，其中蒸发的蒸汽经过折流管14分离出饱和蒸汽进入蒸汽压缩机5，升温升压后进入蒸发器2作为热源继续循环，其中浓缩后的料液经循环泵6进入补热换热器7加热后与进口料液混合，析出的结晶盐沉积到罐底，经排出管排出系统。

(3)蒸汽压缩机5工作温度高，耗电量大，油冷却水和轴封冷水与蒸发冷却器12组成闭式循环，避免冷却水直接排放的同时保证冷却水温度和蒸汽压缩机5温度。热泵循环回路利用冷却水热量，来快速加热进口物料，提高启动速率，补充系统运行中热需求。其中冷媒经过冷媒压缩机10升温升压后进入补热换热器7放出热量，经第二减压阀11进入蒸发冷却器12吸收热量，再经过气液分离器9分离出气态冷媒进入压缩机继续循环。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：包括预热器、蒸发器、闪蒸罐、蒸汽压缩机、补热换热器、冷媒压缩机、气液分离器、蒸发冷却器、进料泵、循环泵、冷却水泵、第一减压阀、第二减压阀、若干阀门及若干连接管；所述进料泵与所述预热器冷侧入口连通，所述蒸发器冷侧入口分别与所述预热器冷侧出口及所述补热换热器冷侧出口连通；所述蒸发器热侧入口与所述蒸汽压缩机出口连通；所述蒸发器冷侧出口通过所述第一减压阀与所述闪蒸罐冷侧入口连通，所述闪蒸罐冷侧出口通过所述循环泵与所述补热换热器冷侧入口连通；所述闪蒸罐的饱和蒸汽出口与所述蒸气压缩机入口连通；所述预热器热侧入口与所述蒸发器热侧出口连通，所述预热器设有用于排出冷凝水的冷凝水出口；所述补热换热器热侧入口与所述冷媒压缩机出口连通，所述冷媒压缩机入口与所述气液分离器出口连通，所述气液分离器入口与所述蒸发冷却器热侧出口连通，所述补热换热器热侧出口通过所述第二减压阀与所述蒸发冷却器冷侧入口连通；所述蒸发冷却器热侧入口与所述蒸气压缩机冷却水出口连通，所述蒸发冷却器冷侧出口通过所述冷却水泵与所述蒸气压缩机冷却水入口连通。

2.根据权利要求1所述的高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：所述闪蒸罐上部空间设有折流管，折流管的一端与所述闪蒸罐的饱和蒸汽出口连接，所述折流管底部安装有疏水阀；所述疏水阀通过连接管安装在所述闪蒸罐底部安装有排出管，所述排出管上安装有第五截止阀。

3.根据权利要求1所述的高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：所述蒸发器与所述蒸气压缩机之间的连接管上连接有自来水入水管，所述自来水入水管安装有第一截止阀。

4.根据权利要求1所述的高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：所述阀门还包括第二截止阀、第三截止阀和第四截止阀；所述第二截止阀安装在所述进料泵与所述预热器冷侧入口之间的连接管上；所述第三截止阀安装在所述蒸发器冷侧入口接入所述预热器冷侧出口的连接管接通处和所述补热换热器冷侧出口之间的连接管上；所述第四截止阀安装于所述蒸发冷却器热侧入口与所述蒸气压缩机冷却水出口之间的连接管上。

5.根据权利要求1所述的高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：所述冷媒压缩机采用变频压缩技术的压缩机。

6.根据权利要求1所述的高效蒸发结晶处理系统，其特征在于：所述蒸气压缩机、蒸发冷却器、气液分离器、冷媒压缩机、补热换热器组成热泵循环，热泵循环中的冷媒采用R245f、CO₂、R1233zd(E)或R1336mzz(Z)。

7.根据基于权利要求2所述的高效蒸发结晶处理系统的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将进口物料通过预热器加热后，与浓缩后的一部分循环料液混合进入蒸发器继续加热至接近沸点温度，经过第一减压阀后进入闪蒸罐进行闪蒸；闪蒸过程温度降低、水分蒸发、溶液浓度增加，并伴随晶体析出；闪蒸罐内蒸发的蒸汽经过折流管分离出饱和蒸汽进入蒸气压缩机，在蒸气压缩机内升温升压后进入蒸发器作为热源继续循环；闪蒸罐内浓缩后的料液经循环泵进入补热换热器加热后与进口料液混合；闪蒸罐析出的结晶盐沉积到罐底，经排出管排出系统；

步骤二、冷媒经过冷媒压缩机升温升压后进入补热换热器放出热量，经第二减压阀进入蒸发冷却器吸收热量，再经过气液分离器分离出气态冷媒进入冷媒压缩机继续循环。