CN112090095A - 一种热能回收低温常压蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热能回收低温常压蒸发器，涉及环保工程中废水处理技术领域，包括料液循环浓缩系统、空气循环系统和冷凝回收系统，其中料液循环浓缩系统中原料箱的输出端通过进液泵与溶液收集箱的输入端连接，溶液收集箱依次通过料液循环泵、石墨换热器建立与蒸发系统之间的循环连接，溶液收集箱的输出端通过出料泵与浓缩桶的输入端连接，保温水箱通过第一热水循环泵建立与石墨换热器之间的循环连接，保温水箱通过第二热水循环泵建立与壳管换热器之间的循环连接，本发明含湿量的空气在蒸发室内与料液接触加热并吸收水分，在冷凝室内凝结成水，利用热泵将冷凝热量作为料液加热热源，蒸发过程无需外接热源，有效降低能耗。

Description

一种热能回收低温常压蒸发器

技术领域

本发明涉及环保工程中废水处理技术领域，具体涉及一种热能回收低温常 压蒸发器。

背景技术

现有低温常压蒸发装置多采用生蒸汽作为热源，主要包含原料箱、蒸汽发生 器、预热器、蒸发浓缩主体、冷凝回收系统等。废水需先由原料箱泵入预热器加 热到蒸发温度后进入蒸发浓缩主体进行蒸发，产生蒸汽经冷凝器冷却后回收液体， 浓缩液收集委外处理或回用，此过程中不断需要新的热源加热进料液，造成了资 源上的浪费。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种热能回收 低温常压蒸发器，解决了现有蒸发装置使用时需要不断地补充热源加热进料液的 问题，该蒸发器中含湿量的空气在蒸发室内与料液接触加热并吸收水分，在冷凝 室内凝结成水，利用热泵将冷凝热量作为料液加热热源，利用系统多余的热量给 料液加温，蒸发过程无需外接热源，有效降低能耗。

提供一种热能回收低温常压蒸发器，包括料液循环浓缩系统、空气循环系统 和冷凝回收系统，其中；

所述料液循环浓缩系统包括原料箱、进液泵、蒸发系统、溶液收集箱、料液 循环泵、石墨换热器、浓缩桶、出料泵、第一热水循环泵、保温水箱、第二热水 循环泵和壳管换热器，所述原料箱的输出端通过所述进液泵与所述溶液收集箱的 输入端连接，溶液收集箱依次通过所述料液循环泵、所述石墨换热器建立与所述 蒸发系统之间的循环连接，溶液收集箱的输出端通过所述出料泵与所述浓缩桶的 输入端连接，所述保温水箱通过所述第一热水循环泵建立与石墨换热器之间的循 环连接，保温水箱通过所述第二热水循环泵建立与所述壳管换热器之间的循环连 接；

所述空气循环系统包括热泵主机、离心风机和热质交换器，蒸发系统内设有 若干层的蒸发室，,每一层的所述蒸发室内均设有除沫器，每一层的蒸发室内均 设有倾斜设置的所述热质交换器，所述热泵主机通过所述离心风机建立与蒸发系 统之间的循环连接，热泵主机输出的空气经过离心风机流入到蒸发系统内，并与 蒸发系统内各层的热质交换器进行传质传热；

所述冷凝回收系统包括热泵主机、壳管换热器和冷凝桶，热泵主机与壳管换 热器之间建立循环连接，热泵主机的输出端连接有所述冷凝桶的输入端。

可选的，所述蒸发系统包括蒸发室、风管、盖板、溢流堰、热质交换器和降 液管，所述溶液收集箱位于蒸发系统的底部，蒸发系统内设有若干层所述蒸发室， 蒸发室之间通过所述盖板进行分隔，每一层的蒸发室内均设有循环出口接口，所 述石墨换热器的料液输出端与各层蒸发室的所述循环出口接口连接，蒸发室内设 有所述溢流堰和所述热质交换器，溢流堰设置在蒸发室侧壁上，热质交换器倾斜 设置在蒸发室内部，热质交换器的一端与溢流堰连接，热质交换器的另一端与蒸 发室的内底面连接，蒸发室内设有所述除沫器，相邻的两层蒸发室之间通过所述 降液管连接，降液管的一端延伸至溶液收集箱内部，降液管的另一端延伸至最顶 层的蒸发室内部，各层蒸发室均与降液管连通。

可选的，溶液收集箱包括出料口、排空口、循环进口出口和进料口，进液泵 的输出端与所述进料口连接，所述出料口与所述出料泵的输入端连接，所述循环 进口出口与石墨换热器的料液输入端连接。

可选的，溶液收集箱的内底面设有倾斜设置的导流板。

可选的，所述壳管换热器的输出端与所述热泵主机的输入端进行连接的管路 上设有辅助冷凝器和节流装置。

可选的，与热泵主机输入端连接的风管上设有温度计和流量计，热泵主机的 输出端与所述离心风机的输入端进行连接的管路上设有温度计和流量计。

可选的，溶液收集箱上设有比重计和光电开关。

可选的，溶液收集箱上设有第一液位管。

可选的，所述保温水箱上设有浮球补水计。

可选的，保温水箱上设有第二液位管。

本发明的优点在于：

整个系统可以可在远程监控下持续工作，减少人工参与程度，自动化程度高， 减少误操作。低含湿量的空气在蒸发室内与料液接触加热并吸收水分，凝结成水， 利用热泵将冷凝热量作为料液加热热源，蒸发能耗远低于传统三效蒸发能耗。蒸 发过程发生在塑料材质制成的热质交换器上，不易结晶堵塞，系统运行稳定，清 洗方便。系统运行温度可以低于65℃，常压，主要动力设备为风机、水泵及热 泵主机，热泵祖籍作为清洁节能新能源广泛应用于采暖及烘干等行业，技术成熟， 故障率低，热泵参与的换热均为间歇换热，且多台热泵与蒸发系统对接，机动性 强，不会造成故障性停产。空气循环系统采用全封闭循环系统，无二次污染，无 需废气处理装置。

附图说明

图1为本发明具体实施例的管路示意图；

图2为本发明具体实施例中蒸发系统处的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中蒸发系统处的正视图；

图4为本发明具体实施例中蒸发系统处的侧视图；

图5为本发明具体实施例中蒸发系统处的背视图；

图6为本发明具体实施例中第一盖板处的俯视图；

图7为本发明具体实施例中第二盖板处的俯视图；

图8为本发明具体实施例中第三盖板处的俯视图；

图9为本发明具体实施例中第四盖板处的俯视图；

图10为本发明具体实施例中热质交换器处的俯视图。

其中，1-原料箱；2-进液泵；3-蒸发系统；301-风管；302-控制阀；303- 第一盖板；304-第二盖板；305-第三盖板；306-第四盖板；307-溢流堰；308- 热质交换器；310-降液管；311-蒸发室；314-循环出口接口；4-溶液收集箱；401- 出料口；402-排空口；403-循环进口出口；404-进料口；405-导流板；406-第一 液位管；5-料液循环泵；6-石墨换热器；7-热泵主机；8-离心风机；9-冷凝桶； 10-浓缩桶；11-出料泵；12-第一热水循环泵；13-保温水箱；14-第二热水循环 泵；15-壳管换热器；16-辅助冷凝器；17-节流装置；18-除沫器；19-比重计；20-光电开关；21-浮球补水计；22-第二液位管；23-温度计；24-流量计。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

作为本发明的一个实施例，本发明提出一种热能回收低温常压蒸发器，包括 料液循环浓缩系统、空气循环系统和冷凝回收系统，其中；

所述料液循环浓缩系统包括原料箱、进液泵、蒸发系统、溶液收集箱、料液 循环泵、石墨换热器、浓缩桶、出料泵、第一热水循环泵、保温水箱、第二热水 循环泵和壳管换热器，所述原料箱的输出端通过所述进液泵与所述溶液收集箱的 输入端连接，溶液收集箱依次通过所述料液循环泵、所述石墨换热器建立与所述 蒸发系统之间的循环连接，溶液收集箱的输出端通过所述出料泵与所述浓缩桶的 输入端连接，所述保温水箱通过所述第一热水循环泵建立与石墨换热器之间的循 环连接，保温水箱通过所述第二热水循环泵建立与所述壳管换热器之间的循环连 接；

所述空气循环系统包括热泵主机、离心风机和热质交换器，蒸发系统内设有 若干层的蒸发室，,每一层的所述蒸发室内均设有除沫器，每一层的蒸发室内均 设有倾斜设置的所述热质交换器，所述热泵主机通过所述离心风机建立与蒸发系 统之间的循环连接，热泵主机输出的空气经过离心风机流入到蒸发系统内，并与 蒸发系统内各层的热质交换器进行传质传热；

所述冷凝回收系统包括热泵主机、壳管换热器和冷凝桶，热泵主机与壳管换 热器之间建立循环连接，热泵主机的输出端连接有所述冷凝桶的输入端。

通过该蒸发器的设计，整个系统可以可在远程监控下持续工作，减少人工参 与程度，自动化程度高，减少误操作。低含湿量的空气在蒸发室内与料液接触加 热并吸收水分，凝结成水，利用热泵将冷凝热量作为料液加热热源，蒸发能耗远 低于传统三效蒸发能耗。蒸发过程发生在塑料材质制成的热质交换器上，不易结 晶堵塞，系统运行稳定，清洗方便。系统运行温度可以低于65℃，常压，主要 动力设备为风机、水泵及热泵主机，热泵祖籍作为清洁节能新能源广泛应用于采 暖及烘干等行业，技术成熟，故障率低，热泵参与的换热均为间歇换热，且多台 热泵与蒸发系统对接，机动性强，不会造成故障性停产。空气循环系统采用全封 闭循环系统，无二次污染，无需废气处理装置。

下面结合本发明的较佳实施例对该蒸发器进行说明。

请参阅图1，该蒸发器主要包括料液循环浓缩系统、空气循环系统和冷凝回 收系统，其中；

料液循环浓缩系统包括原料箱1、进液泵2、蒸发系统3、溶液收集箱4、料 液循环泵5、石墨换热器6、浓缩桶10、出料泵11、第一热水循环泵12、保温 水箱13、第二热水循环泵14和壳管换热器15，原料箱1的输出端通过进液泵2 与溶液收集箱4的输入端连接，溶液收集箱4依次通过料液循环泵5、石墨换热 器6建立与蒸发系统3之间的循环连接，溶液收集箱4的输出端通过出料泵11 与浓缩桶10的输入端连接，保温水箱13通过第一热水循环泵12建立与石墨换 热器6之间的循环连接，保温水箱13通过第二热水循环泵14建立与壳管换热器15之间的循环连接，保温水箱13上设有浮球补水计21和第二液位管22，壳管 换热器15的输出端与热泵主机7的输入端进行连接的管路上设有辅助冷凝器16 和节流装置17。

空气循环系统包括热泵主机7、离心风机8和热质交换器308，蒸发系统3 内设有若干层的蒸发室311，,每一层的蒸发室311内均设有除沫器18，每一层 的蒸发室311内均设有倾斜设置的热质交换器308，热泵主机7通过离心风机8 建立与蒸发系统3之间的循环连接，热泵主机7输出的空气经过离心风机8流入 到蒸发系统3内，并与蒸发系统3内各层的热质交换器308进行传质传热，与热 泵主机7输入端连接的风管301上设有温度计23和流量计24，热泵主机7的输 出端与离心风机8的输入端进行连接的管路上设有温度计23和流量计24；

冷凝回收系统包括热泵主机7、壳管换热器15和冷凝桶9，热泵主机7与壳 管换热器15之间建立循环连接，热泵主机7的输出端连接有冷凝桶9的输入端。

具体的，请参阅图2-图10，蒸发系统3包括蒸发室311、风管301、盖板、 溢流堰307、热质交换器308和降液管310，溶液收集箱4位于蒸发系统3的底 部，蒸发系统3内设有若干层蒸发室311，以设置三层蒸发室311举例进行说明， 蒸发室311之间通过盖板进行分隔，盖板自下而上依次设置为第一盖板303、第 二盖板304、第三盖板305和第四盖板306，利用第一盖板303、第二盖板304、 第三盖板305将蒸发系统3与溶液收集箱4、各层蒸发室311之间分隔开来。

每一层的蒸发室311内均设有循环出口接口314，石墨换热器6的料液输出 端与各层蒸发室311的循环出口接口314连接，蒸发室311内设有溢流堰307 和热质交换器308，溢流堰307设置在蒸发室311侧壁上，在本实施例中，热质 交换器308采用塑料材料制成，在热质交换器308上分布有若干的浓缩孔，热质 交换器308倾斜设置在蒸发室311内部，热质交换器308的一端与溢流堰307 连接，热质交换器308的另一端与蒸发室311的内底面连接，蒸发室311内设有 除沫器18，相邻的两层蒸发室311之间通过降液管310连接，降液管310的一端延伸至溶液收集箱4内部，降液管310的另一端延伸至最顶层的蒸发室311 内部，在第一盖板303、第二盖板304和第三盖板305上对应开设有供降液管310 贯穿的通孔，各层蒸发室311均与降液管310连通。

溶液收集箱4包括出料口401、排空口402、循环进口出口403、进料口404 和导流板405，进液泵2的输出端与进料口404连接，出料口401与出料泵11 的输入端连接，循环进口出口403与石墨换热器6的料液输入端连接，溶液收集 箱4的内底面设有倾斜设置的导流板405，溶液收集箱4上设有比重计19、光电 开关20和第一液位管406。

料液浓缩系统，在料液循环泵5的驱动下，料液在石墨换热器6内被加热， 提高料液表面的水蒸气分压，然后流入到各层蒸发室311内，进入离心风机8 进行浓缩，一次浓缩处理后再次进入溶液收集箱4，经多次循环浓缩，最后通过 离心风机8将浓缩后的料液排出至浓缩桶10处，此过程为料液循环浓缩系统的 料液浓缩流程。

石墨换热器6通过与保温水箱13连接，用来加热料液，蒸发系统3提供冷 量来冷凝循环空气中的水分，利用系统多余的热量给料液加温，蒸发过程无需外 接热源。为保证冬天能正常启动，可在原料箱1处设置辅助蒸汽加热装置，在启 动热泵主机7之前对料液进行预热。同时利用除沫器18，除去空气中料液溶质 夹带，避免对影响冷凝水质，且保护离心风机8蜗壳延长离心风机8的使用寿命， 此为料液循环浓缩系统料液浓缩流程的热泵循环流程。

低温的蒸发室311在常压的范畴内相对于高温蒸发和沸腾蒸发的一种蒸发 方法，处理含水率较高的高沸点物质，不仅可以避免处理过程中污染物组分蒸发 产生的夹带或者发生化学反应等问题，还可以避免高温蒸发浓缩对高品位热源的 要求，实现低品位热源的回收利用。采用热泵主机7驱动和低温表面蒸发技术， 利用废液表面水蒸气分压力与空气中水蒸气分压力不同，实现废液浓缩，最大限 度降低处理成本。

空气循环系统整体采用回路封闭式设计，空气循环系统内空气在离心风机8 驱动下通过风管301进入到蒸发系统3内，与离心风机8连接的风管301上可以 设置控制阀302，控制阀302的数量与蒸发室311相匹配，用于控制进入到每层 蒸发室311内空气的通断状态。空气进入到蒸发室311内后，会流入热质交换器 308处，与加热后的料液在热质交换器308处进行传质传热，在传质驱动势作用 下，水分从料液表面向循环空气迁移得到浓缩，循环空气含湿量增大，高湿空气 在流出热质交换器308后进入蒸发室311内，当温度降到露点温度以下时，循环 空气中的水分凝结析出，空气迅速降温除湿通过离心风机8再次引入离心风机8 进行循环。

综上所述，本发明的优点在于：整个系统可以可在远程监控下持续工作，减 少人工参与程度，自动化程度高，减少误操作。低含湿量的空气在蒸发室内与料 液接触加热并吸收水分，凝结成水，利用热泵将冷凝热量作为料液加热热源，蒸 发能耗远低于传统三效蒸发能耗。蒸发过程发生在塑料材质制成的热质交换器上， 不易结晶堵塞，系统运行稳定，清洗方便。系统运行温度可以低于65℃，常压， 主要动力设备为风机、水泵及热泵主机，热泵祖籍作为清洁节能新能源广泛应用 于采暖及烘干等行业，技术成熟，故障率低，热泵参与的换热均为间歇换热，且 多台热泵与蒸发系统对接，机动性强，不会造成故障性停产。空气循环系统采用 全封闭循环系统，无二次污染，无需废气处理装置。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实 施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明， 并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发 明包含。

Claims (10)

1.一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于，包括料液循环浓缩系统、空气循环系统和冷凝回收系统，其中；

所述料液循环浓缩系统包括原料箱(1)、进液泵(2)、蒸发系统(3)、溶液收集箱(4)、料液循环泵(5)、石墨换热器(6)、浓缩桶(10)、出料泵(11)、第一热水循环泵(12)、保温水箱(13)、第二热水循环泵(14)和壳管换热器(15)，所述原料箱(1)的输出端通过所述进液泵(2)与所述溶液收集箱(4)的输入端连接，溶液收集箱(4)依次通过所述料液循环泵(5)、所述石墨换热器(6)建立与所述蒸发系统(3)之间的循环连接，溶液收集箱(4)的输出端通过所述出料泵(11)与所述浓缩桶(10)的输入端连接，所述保温水箱(13)通过所述第一热水循环泵(12)建立与石墨换热器(6)之间的循环连接，保温水箱(13)通过所述第二热水循环泵(14)建立与所述壳管换热器(15)之间的循环连接；

所述空气循环系统包括热泵主机(7)、离心风机(8)和热质交换器(308)，蒸发系统(3)内设有若干层的蒸发室(311)，,每一层的所述蒸发室(311)内均设有除沫器(18)，每一层的蒸发室(311)内均设有倾斜设置的所述热质交换器(308)，所述热泵主机(7)通过所述离心风机(8)建立与蒸发系统(3)之间的循环连接，热泵主机(7)输出的空气经过离心风机(8)流入到蒸发系统(3)内，并与蒸发系统(3)内各层的热质交换器(308)进行传质传热；

所述冷凝回收系统包括热泵主机(7)、壳管换热器(15)和冷凝桶(9)，热泵主机(7)与壳管换热器(15)之间建立循环连接，热泵主机(7)的输出端连接有所述冷凝桶(9)的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：所述蒸发系统(3)包括蒸发室(311)、风管(301)、盖板、溢流堰(307)、热质交换器(308)和降液管(310)，所述溶液收集箱(4)位于蒸发系统(3)的底部，蒸发系统(3)内设有若干层所述蒸发室(311)，蒸发室(311)之间通过所述盖板进行分隔，每一层的蒸发室(311)内均设有循环出口接口(314)，所述石墨换热器(6)的料液输出端与各层蒸发室(311)的所述循环出口接口(314)连接，蒸发室(311)内设有所述溢流堰(307)和所述热质交换器(308)，溢流堰(307)设置在蒸发室(311)侧壁上，热质交换器(308)倾斜设置在蒸发室(311)内部，热质交换器(308)的一端与溢流堰(307)连接，热质交换器(308)的另一端与蒸发室(311)的内底面连接，蒸发室(311)内设有所述除沫器(18)，相邻的两层蒸发室(311)之间通过所述降液管(310)连接，降液管(310)的一端延伸至溶液收集箱(4)内部，降液管(310)的另一端延伸至最顶层的蒸发室(311)内部，各层蒸发室(311)均与降液管(310)连通。

3.根据权利要求2所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：溶液收集箱(4)包括出料口(401)、排空口(402)、循环进口出口(403)和进料口(404)，进液泵(2)的输出端与所述进料口(404)连接，所述出料口(401)与所述出料泵(11)的输入端连接，所述循环进口出口(403)与石墨换热器(6)的料液输入端连接。

4.根据权利要求3所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：溶液收集箱(4)的内底面设有倾斜设置的导流板(405)。

5.根据权利要求4所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：所述壳管换热器(15)的输出端与所述热泵主机(7)的输入端进行连接的管路上设有辅助冷凝器(16)和节流装置(17)。

6.根据权利要求5所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：与热泵主机(7)输入端连接的风管(301)上设有温度计(23)和流量计(24)，热泵主机(7)的输出端与所述离心风机(8)的输入端进行连接的管路上设有温度计(23)和流量计(24)。

7.根据权利要求6所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：溶液收集箱(4)上设有比重计(19)和光电开关(20)。

8.根据权利要求7所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：溶液收集箱(4)上设有第一液位管(406)。

9.根据权利要求8所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：所述保温水箱(13)上设有浮球补水计(21)。

10.根据权利要求9所述的一种热能回收低温常压蒸发器，其特征在于：保温水箱(13)上设有第二液位管(22)。

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