CN111747469B

CN111747469B - 一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统

Info

Publication number: CN111747469B
Application number: CN202010693516.4A
Authority: CN
Inventors: 林玉泰; 李桂林
Original assignee: XIAMEN VISBE ENVIRONMENTAL GROUP
Current assignee: XIAMEN VISBE ENVIRONMENTAL GROUP
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2040-07-17
Also published as: CN111747469A

Abstract

本发明公开了一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，包括蒸发罐、制热卡诺循环系统和含不凝气的混气及凝结水去除系统。蒸发罐的上部连接有废水进入管路和蒸汽排放管路，底部与废水进入管路之间设有废水加热系统，制热卡诺循环系统中的冷凝器是废水加热系统中的加热部件，蒸汽排放管路与制热卡诺循环系统中的蒸发器顶部相连。含不凝气的混气及凝结水去除系统包括水箱、水泵、文丘里和负压抽吸管路，水箱、水泵和文丘里通过管道顺次闭环连接，负压抽吸管路的一端与蒸发器的底部相连，另一端与文丘里的引入管相连。本发明具有维护成本低、使用寿命长的特点，通过设置含不凝气的混气及凝结水去除系统，实现了凝结水和不凝气的去除，提高蒸发浓缩效率。

Description

一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统

技术领域

本发明属于工业污水处理、工业料液浓缩处理和渗滤液浓缩处理技术领域，特别涉及一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统。

背景技术

高浓工业废水的委外处置费用高，传统的处理手段，如膜浓缩技术、超高频振动浓缩技术、碟管式反渗透技术等，因溶质浓度太高等无法进一步浓缩；又如三效蒸发器或MVR浓缩设备，蒸发温度在90到100多度，产生水垢速度快，维护成本高，设备使用寿命短。

申请号为201810062520.3的专利公开了一种热泵真空低温蒸发浓缩系统，该蒸发浓缩系统存在以下不足：1、对制热卡诺循环系统，输入给制热系统压缩机做功的机械能大部分转为热能输入，如果不能采取有效的散热措施，那么整个吸热-蒸发浓缩-冷凝系统的温度将大幅上升，导致系统不能在低温环境下工作；2、废水蒸发形成的水蒸气被文丘里抽吸形成真空吸入到蒸馏水循环系统，导致蒸馏水水温上升，为了避免上升，将升温后的蒸馏水与中筒中制冷机进行热交换以达到降温的目的，这将热量又引入系统，循环工作导致系统温度大幅上升，导致系统不能在低温工作；3、系统启动时，溶解在废水中的不凝气因高真空而释放到真空系统的气相空间，这些含不凝气的混气没有说明如何进行高效节能经济地去除。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种运行能耗低、有效散热、低温稳定蒸发浓缩、维护成本低、使用寿命长的改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，能够有效地去除蒸发罐所产生的凝结水和含不凝气的混气，同时能够使得系统在低温环境下工作。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，包括蒸发罐、制热卡诺循环系统和含不凝气的混气及凝结水去除系统。所述蒸发罐的上部连接有废水进入管路和蒸汽排放管路，底部与所述的废水进入管路之间设有废水加热系统。所述制热卡诺循环系统中的冷凝器是所述废水加热系统中的加热部件，所述的蒸汽排放管路与所述制热卡诺循环系统中的蒸发器顶部相连。所述含不凝气的混气及凝结水去除系统包括水箱、水泵、文丘里、负压抽吸管路和散热降温装置，所述的水箱、水泵、文丘里和散热降温装置通过管道顺次闭环连接，所述负压抽吸管路的一端与所述蒸发器的底部相连，另一端与所述文丘里的引入管相连，所述的负压抽吸管路上设有截止阀。

进一步地，所述水箱的上部连接有溢流管路。

进一步地，所述的蒸汽排放管路内靠近蒸发罐的一端设有凝结水分流面，所述蒸发罐的外壁面、所述凝结水分流面到所述蒸发罐之间的蒸汽排放管路的外壁面以及所述冷凝器的外壁面上均被包覆有一层保温层。

其中，保温层作用，减少料液向环境的热损失，大大减少已蒸发出的水蒸气在蒸发罐至凝结水分流面的壁面上生成的凝结水量，从而减少凝结水重新回到废水中的水量，减少废水/料液的蒸发浓缩效率的降低率。

进一步地，所述的废水进入管路上设有一未蒸发浓缩废水补充支路，所述支路上设有进料阀。

进一步地，所述蒸发罐底部与所述冷凝器之间的管路上设有一浓缩液排放管支路，所述的浓缩液排放管支路上设有排料泵和排料阀。

进一步地，所述冷凝器可以是列管式或套管式或夹套式。

进一步地，所述蒸发罐内中部设有液位计。

本发明具有如下有益效果：

1、运用了制热卡诺循环原理，通过冷媒冷凝释热给冷废水加热，和通过冷媒蒸发吸热回收绝大部分热量，同时使水蒸气凝结成水，从而分别实现对废水的升温和对蒸汽的凝结降温，极大地节省了对外界能量的需求。

2、在凝结水及含不凝气的混气去除系统里，通过水箱、水泵和文丘里及管路循环流动不断负压抽吸，实行凝结水和不凝汽的去除。系统启动时，通过循环水泵不断的对水箱中的洁净水进行循环，在流经文丘里部件时，负压抽吸蒸发罐内上部空间的空气，而被抽吸的空气通过回流到水箱溢上部，并通过溢流口或水箱上部与盖子之间的缝隙排到外界，洁净水快速循环使得蒸发罐内快速形成真空，当真空度达到96.5Kpa及以上时，废水达到30多度就在蒸发罐内形成蒸汽，无需等到100℃才汽化，从而在低温下蒸发出的易挥发物质在凝结水中的含量显著降低，保证了凝结水的好水质。

3、在蒸发罐容器外部和罐体的蒸汽排放至凝结水分流面的管路外部包覆保温层目的：由于包覆保温层的保温作用，壁面内表面大大减少了生成的凝结水量，从而减少了料液实际浓缩效率的降低率；所述冷凝器的外壁面包覆保温层的作用，减少冷凝器的外壁面向环境的散热的热损失。上述保温的目的，使得压缩机63压缩做工产生的中温高压冷媒液化所释放的热量，尽可能多产生，通过凝结水分流面的水蒸汽量，从而使废水/料液节能地蒸发浓缩。

4、一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统主要依靠以下四方面散热维持整个真空低温蒸发浓缩系统能够在设定低温范围内工作。

4.1从凝结水分流面到所述蒸发器之间的蒸汽排放管路外壁及所述蒸发器外壁不设置保温层，使得该段蒸汽排放管路和所述蒸发器尽可能散热，达到向外界散热。

4.2在散热降温装置降温散热作用。

4.3含不凝气的混气及凝结水去除系统部件及管路不设置保温层，利于循环洁净水向外界散热。

4.4溢流出的凝结水和被排出的不凝气也在向外界散热。

5、凝结水及含不凝气的混气去除系统可在系统启动后和运行过程中利用文丘里负压抽吸有效且节能地去除凝结水及含不凝气的混气，在系统稳定运行过程中，由于溶在废水液相的含不凝气的混气由于气压降低到真空压力和温度升高导致溶解能力降低而部分释放到气相中，经文丘里负压抽吸去除。

6、将废水/料液蒸发出的水蒸汽先经过蒸发器冷凝后，再被负压抽吸到洁净水循环系统的工艺流程，这工艺流程使得绝大部分的蒸汽在蒸发器中冷凝成凝结水，从而能大大减少含不凝气的混气和凝结水去除系统的单位时间内的负压抽吸量，从而大幅度降低循环泵42的功率，达到高效节能去除启动时的系统内不凝气和运行时溶解在废水中的不凝气，最终达到整体降低蒸发浓缩系统的生成每吨凝结水的能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

主要组件符号说明：1、蒸发罐；10、保温层；11、未蒸发浓缩废水补充支路；111、进料阀；12、蒸汽排放管路；121、凝结水分流面；13、浓缩液排放管支路；131、排料泵；132、排料阀；14、液位计；2、制热卡诺循环系统；21、冷凝器；22、节流阀；23、蒸发器；24、压缩机；4、凝结水去除系统；41、水箱；410、溢流管路；42、水泵；43、文丘里；430、引入管；44、散热降温装置；45、负压抽吸管路；46、截止阀；51、第一管道；52、循环泵；53、废水进入管路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

如图1所示，如图1所示，一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，包括蒸发罐1、制热卡诺循环系统2和含不凝气的混气及凝结水去除系统4。蒸发罐1的上部连接有废水进入管路53和蒸汽排放管路12，蒸发罐1内中部设有液位计14。废水进入管路53上设有一未蒸发浓缩废水补充支路11，未蒸发浓缩废水补充支路11上设有进料阀111。蒸发罐1底部与冷凝器21之间的管路上设有一浓缩液排放支路13，浓缩液排放支路13上设有排料泵131和排料阀132。蒸汽排放管路12内设有凝结水分流面121，蒸汽排放管路12与蒸发器23的顶部相连。蒸汽排放管路12内靠近蒸发罐1的一端设有凝结水分流面121，蒸发罐1的外壁面、凝结水分流面121至蒸发罐1之间的蒸汽排放管路12的外壁面上、制热卡诺循环系统中的冷凝器21外壁上均包覆有一层保温层10。

注：在蒸汽排放管内壁面上凝结的凝结水要么流到蒸发罐内，要么流到负压抽吸管路，因此存在一凝结水分界面，被称为凝结水分流面。凝结水分流面的一侧凝结水流到蒸发罐内，另一侧流到负压抽吸管路。为了更易让蒸汽排放管内的凝结水分流，需要两侧蒸汽排放管远端向低处倾斜。

蒸发罐1底部与废水进入管路53之间设有废水加热系统，废水加热系统包括由蒸发罐1流向冷凝器21内的第一管道51、设在第一管道51上的循环泵52以及由冷凝器21流向蒸发罐1内的废水进入管路53。冷凝器21可以是列管式或套管式或夹套式。

制热卡诺循环系统包括冷凝器21、蒸发器23、压缩机24和节流阀22。制热卡诺循环系统中冷媒在压缩机24压缩下由低温低压的气体变成中温高压的气体，并在冷凝器21内的待加热废水吸热下变成中温高压的液相，然后在流过节流阀62后变成低压的液相，接着在蒸发器23内吸收水蒸汽的液化热下变成低压的气相，最后被吸入到压缩机24实现循环。

含不凝气的混气及凝结水去除系统4包括水箱41、水泵42、文丘里43、散热降温装置44和负压抽吸管路45。水箱41、水泵42、文丘里43和散热降温装置44通过管道顺次闭环连接，水箱41的上部连接有溢流管路410。负压抽吸管路45的一端与蒸发器23的底部相连，另一端与文丘里43的引入管430相连，负压抽吸管路45上设有截止阀46。洁净水在水泵42加压作用下从水箱41流经文丘里43，在流经文丘里43同时负压抽吸来自蒸汽排放管路12一侧下部的汇集凝结水和含不凝气的剩余混气，抽吸混合后洁净水水温升高,接着流经散热降温装置44使水温下降,然后回流到水箱41，循环系统多出的水量通过溢流管路410而排出，被抽吸的不凝气通过溢流管路410或水箱上部与盖子之间的缝隙排出。当水泵42停止工作前须先关闭截止阀46。

本发明的工作原理为：当蒸发罐1内的废水达到设定液位时，进料阀111关闭，此时，各个循环管路开始启动工作。当废水处理结束后，排料阀132开启，排料泵131启动，将蒸发罐1内的浓缩液排出。

高浓废水低温蒸发浓缩所吸收的热能来自热泵系统压缩机24压缩的中温高压的冷媒的液化热，而蒸发出的水蒸汽的液化所释放的热能通过热泵系统的蒸发器23传给液相冷媒，使之气化。利用文丘里43运行时产生的负压抽吸原理去除蒸发浓缩系统中的含不凝气的剩余混气，使之不凝气浓度低于水蒸汽浓度的10％(摩尔百分比)为宜，低于5％更好，目的是提高废水蒸发效率和水蒸汽凝结效率。给蒸发罐1和与之相连的蒸汽排放管路12覆盖保温层10，可避免已蒸发出水蒸汽在蒸发罐1至凝结水分流面121的壁面上凝结后凝结水重流回废水。利用文丘里43运行时产生的负压抽吸原理吸收蒸发浓缩系统中的冷凝后的凝结水及含不凝气的剩余混气，达到吸收压缩机24压缩功转化的热能，从而达到稳定蒸发浓缩的低温运行温度；利用散热降温装置44可有效降低洁净水循环系统因吸收含不凝气的混气而引起的水温上升。将废水蒸发出的水蒸汽先经过蒸发器23冷凝后，绝大部分的蒸汽凝结成凝结水，剩下很少部分的水蒸汽被吸向负压抽吸系统，这大大减少含不凝气的混气和凝结水去除系统的单位时间内的负压抽吸量，从而大幅度节省水泵42的功耗。

本套系统也可连续处理废水蒸发浓缩。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims

1.一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：包括蒸发罐、制热卡诺循环系统和含不凝气的混气及凝结水去除系统，所述蒸发罐的上部连接有废水进入管路和蒸汽排放管路，底部与所述的废水进入管路之间设有废水加热系统，所述制热卡诺循环系统中的冷凝器是所述废水加热系统中的加热部件，所述的蒸汽排放管路与所述制热卡诺循环系统中的蒸发器顶部相连，所述含不凝气的混气及凝结水去除系统包括水箱、水泵、文丘里、负压抽吸管路和散热降温装置，所述的水箱、水泵、文丘里和散热降温装置通过管道顺次闭环连接，所述负压抽吸管路的一端与所述蒸发器的底部相连，另一端与所述文丘里的引入管相连，所述的负压抽吸管路上设有截止阀；所述的蒸汽排放管路内靠近蒸发罐的一端设有凝结水分流面，所述蒸发罐的外壁面、所述凝结水分流面到所述蒸发罐之间的蒸汽排放管路的外壁面以及所述制热卡诺循环系统的冷凝器外壁面上均被包覆有一层保温层。

2.如权利要求1所述的一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：所述水箱的上部连接有溢流管路。

3.如权利要求1所述的一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：所述的废水进入管路上设有一未蒸发浓缩废水补充支路，所述支路上设有进料阀。

4.如权利要求1所述的一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：所述的废水加热系统在所述蒸发罐底部与所述冷凝器之间的管路上设有一浓缩液排放管支路，所述的浓缩液排放管支路上设有排料泵和排料阀。

5.如权利要求1所述的一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：所述冷凝器选择列管式或套管式或夹套式。

6.如权利要求1所述的一种改进型热泵真空低温蒸发浓缩系统，其特征在于：所述蒸发罐内中部设有液位计。