CN113368514A - 蒸汽循环供热盘式蒸发设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其包括：蒸发装置，包括蒸发罐、设于蒸发罐内的蒸汽换热载体、原液喷头及刮刀，原液喷头用于向所述蒸汽换热载体表面喷淋原液，刮刀用于将所述蒸汽换热载体的表面形成的蒸发残留物进行刮除；热泵压缩机；抽真空装置；换热装置；蒸汽循环管路，依次连接所述热泵压缩机、蒸汽换热载体及换热装置；原液蒸汽管路，依次连接所述蒸发罐、换热装置及抽真空装置，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在蒸汽换热载体中换热后产生的冷凝水在所述换热装置中进行换热。如此设置，可有效回收热量、减小蒸汽设备的整体能耗，还可以避免直接回收利用原液蒸汽时其中的不凝气体等杂质影响整个设备的运行稳定性。

Description

蒸汽循环供热盘式蒸发设备

技术领域

本发明涉及蒸发技术领域，尤其涉及一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备。

背景技术

目前，蒸发工艺是废液处理回收利用的主要措施，该处理方法及工艺在现代工业生产中应用十分广泛，其目的基本都是去除废液中的水分，成为蒸馏水，同时提高废液浓度，以达到后续处理要求。而蒸发工艺一般能耗较高，因此利用MVR蒸发器对污水废液进行处理是现阶段较多见的方式，该方式可对蒸发产生的蒸汽进行回收利用，能耗较少。

然而该工艺中，不论是直接对蒸发产生的原液蒸汽进行利用，还是通过气液分离装置的净化后进行利用，原液蒸汽中仍会残留部分杂质或腐蚀性气体，会对热泵压缩机或热泵压缩机造成一定程度的污染或损坏，另外，原液蒸汽中还存在部分不凝气体，直接回收利用原液蒸汽时会明显影响热泵压缩机的运行稳定性，使得能耗增加，原液处理量减少。

因此，有必要设计一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效利用原液蒸汽的热量的蒸汽循环供热盘式蒸发设备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其包括：

蒸发装置，包括蒸发罐、设于蒸发罐内的蒸汽换热载体、原液喷头及刮刀，原液喷头用于向所述蒸汽换热载体表面喷淋原液，刮刀用于将所述蒸汽换热载体的表面形成的蒸发残留物进行刮除；

热泵压缩机，用于向蒸汽换热载体内部提供蒸汽；

抽真空装置，用于对所述蒸发罐进行抽真空；

换热装置；

蒸汽循环管路，依次连接所述热泵压缩机、蒸汽换热载体及换热装置，蒸汽循环管路还设有用于控制蒸汽循环管路中蒸汽压力的控制装置；

原液蒸汽管路，依次连接所述蒸发罐、换热装置及抽真空装置，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在蒸汽换热载体中换热后产生的冷凝水在所述换热装置中进行换热。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸汽换热载体包括蒸发盘及中空轴，蒸发盘及中空轴均为中空设置且二者连通，中空轴带动所述蒸发盘转动，所述刮刀及原液喷头靠近所述蒸发盘的侧面设置，当所述蒸发盘转动时，所述刮刀将所述蒸发盘上的蒸发残留物刮除。

作为本发明进一步改进的技术方案，蒸发盘的两侧均设有所述原液喷头及所述刮刀，所述原液喷头靠近蒸发盘的轴心设置，所述刮刀及原液喷头均位于所述蒸发盘的下半部分且分设于蒸发盘左右两边。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述蒸汽循环管路包括高温高压蒸汽管路、气液混合蒸汽管路及低压蒸汽管路，所述高温高压蒸汽管路设于热泵压缩机与蒸汽换热载体之间，以将热泵压缩机产生的高温高压蒸汽通入所述蒸汽换热载体中，所述气液混合蒸汽管路设于所述蒸汽换热载体与所述换热装置之间，用于输送在蒸汽换热载体中与原液换热后的气液混合物，所述低压蒸汽管路设于换热装置与热泵压缩机之间。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述原液蒸汽管路包括高温原液蒸汽管路及原液蒸汽冷凝水管路，所述高温原液蒸汽管路设于所述蒸发罐与所述换热装置之间，所述原液蒸汽冷凝水管路设于所述换热装置与所述抽真空装置之间，所述抽真空装置通过原液蒸汽冷凝水管路、换热装置及高温原液蒸汽管路对所述蒸发罐内部进行抽真空。

作为本发明进一步改进的技术方案，还包括向所述热泵压缩机提供蒸汽的供热装置；所述换热装置包括壳体及设于所述壳体内的盘管或列管。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述供热装置为蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述壳体连通。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述供热装置为设于所述壳体内的加热器。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述控制装置包括节流装置及疏水装置。

作为本发明进一步改进的技术方案，所述抽真空装置包括依次通过管路循环连接的射流器、储水罐及水泵，所述射流器与所述蒸发罐连接。

由以上技术方案可知，本发明通过设置蒸汽循环管路、原液蒸汽管路及换热装置，可有效对原液蒸发所产生的原液蒸汽的热量进行利用，一方面可有效回收热量、减小蒸汽设备的整体能耗，另一方面可避免直接回收利用原液蒸汽时其中的不凝气体等杂质影响整个设备的运行稳定性；其次，蒸汽热源与原液换热后也可以进行循环利用，无需冷凝回收，该部分余热也得到有效的利用，进一步减小蒸汽设备的整体能耗，节省了能源；另外，通过蒸汽换热载体及抽真空装置能极大地增加其处理量，并能以较低的成本实现其高换热效率和高出水品质。

附图说明

图1为本发明一实施例的蒸汽循环供热盘式蒸发设备的示意图。

图2为图1中蒸汽换热载体的示意图。

图3为图1中蒸汽换热载体的侧视图。

图4为另一实施例中换热装置的示意图。

图5为另一实施例中供热装置与换热装置的示意图。

图6为图1中抽真空装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

请参图1所示的一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其包括：蒸发装置1、热泵压缩机2、换热装置5、抽真空装置6、蒸汽循环管路10、原液蒸汽管路20及原液进液管路30。

请一并参图2所示，蒸发装置1包括蒸发罐11及设于蒸发罐11内部的蒸汽换热载体12、原液喷头13及刮刀14，原液喷头13用于向蒸汽换热载体12表面喷淋原液，刮刀14用于将蒸汽换热载体12的表面形成的蒸发残留物进行刮除。

蒸发罐11的内部形成蒸发腔室，蒸汽换热载体12设于蒸发腔室且其内部为中空设置。蒸汽换热载体12用于将蒸汽热源与原液进行换热，其具有蒸汽入口121及蒸汽出口122，原液在其表面进行蒸发。具体的，蒸汽换热载体12包括中空轴123及蒸发盘124，蒸发盘124及中空轴123均为中空设置且二者连通，中空轴123带动蒸发盘124转动。中空轴123的两端穿出蒸发罐11，蒸汽入口121及蒸汽出口122设于中空轴123的两端。优选的，中空轴123通过减速机进行驱动并带动蒸发盘124转动。本实施例中，蒸发盘124为多个，多个蒸发盘124沿中空轴123的轴向排布。

热泵压缩机2用于向蒸汽换热载体内部提供高温高压蒸汽，具体的，热泵压缩机2包括蒸汽入口21及蒸汽出口22，蒸汽出口22与中空轴123的蒸汽入口121连接，蒸汽经过蒸发盘124内部并自中空轴123的蒸汽出口122排出。

原液喷头13与原液进液管路30连接，原液喷头13用于将待蒸发的原液向蒸发盘124表面喷淋。蒸发盘表面的原液遇热蒸发，产生原液蒸汽及蒸发残留物。刮刀14用于将蒸发盘的表面形成的蒸发残留物进行刮除。蒸发盘的两侧均设有原液喷头13及刮刀14。

请参图3所示，本实施例中，原液喷头13靠近蒸发盘124的轴心设置，刮刀14及原液喷头13均位于蒸发盘124的下半部分且分设于蒸发盘124左右两边。具体来讲，以蒸发盘124的轴心为原点，经过轴心的横向线为横轴，经过轴心的纵向线为纵轴，横轴和纵轴将蒸发盘124划分为四个象限，从蒸发盘124一侧观察，蒸发盘124顺时针转动，原液喷头13位于第三象限，刮刀14位于第四象限；从蒸发盘124的另一侧观察，蒸发盘124逆时针转动，原液喷头13位于第四象限，刮刀14位于第三象限。

刮刀14下方设有蒸发残留物接收槽15，以用于接收刮刀14刮下的蒸发残留物。原液喷头13下方设有原液回收槽16，以收集自蒸发盘124表面留下的多余的原液。原液回收槽16通过管路与原液进液管路30相连接，以将其中的原液回收后进行蒸发。

蒸汽循环管路10依次连接热泵压缩机2、蒸汽换热载体12及换热装置5，以对热源蒸汽进行循环。热泵压缩机2用于对蒸汽进行压缩并向蒸汽换热载体12提供蒸汽热源。原液蒸汽管路20依次连接蒸发罐11、换热装置5及抽真空装置6，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在蒸汽换热载体12中换热后产生的冷凝水在换热装置5中进行换热。

具体的，蒸汽循环管路10包括高温高压蒸汽管路101、气液混合蒸汽管路102及低压蒸汽管路103，高温高压蒸汽管路101设于热泵压缩机2与蒸汽换热载体12之间，以将热泵压缩机2产生的高温高压蒸汽通入蒸汽换热载体12中；气液混合蒸汽管路102设于蒸汽换热载体12与换热装置5之间，用于输送在蒸汽换热载体12中与原液换热后的气液混合物。低压蒸汽管路103设于换热装置5与热泵压缩机2之间，热泵压缩机2通过低压蒸汽管路103对换热装置5中的液态冷凝水进行减压气化并抽取，从而进行下一轮的压缩形成高温高压蒸汽。

优选的，蒸汽循环管路10还设有控制装置，控制装置用于控制蒸汽循环管路10中蒸汽压力，其设于气液混合蒸汽管路102上。优选的，控制装置包括节流装置3及疏水装置4，节流装置3及疏水装置4在蒸汽换热载体12与换热装置5之间顺次安装，节流装置3用于调节高温高压蒸汽管路101中蒸汽的压力及温度，疏水装置4用于将气液混合蒸汽管路102中流过的气液混合物进行分离，并将液态的冷凝水通入换热装置5中。优选的，高温高压蒸汽管路101中蒸汽的压力约140KPa，温度为110℃。本实施例中，节流装置3为比例控制阀，疏水装置4为疏水阀。控制装置的设置保持了蒸汽热源及热泵压缩机2产生的高温高压蒸汽的压力及温度及压力恒定，使得热泵压缩机2工作稳定，不仅可以保证热泵压缩机2的使用寿命，而且使得能耗降低，进一步降低蒸发能耗，节约成本。

原液蒸汽管路20具体包括高温原液蒸汽管路201及原液蒸汽冷凝水管路202。高温原液蒸汽管路201设于蒸发罐11与换热装置5之间，原液蒸汽冷凝水管路202设于换热装置5与抽真空装置6之间。抽真空装置6用于对蒸发罐11进行抽真空，具体的，抽真空装置6通过原液蒸汽冷凝水管路202、换热装置5及高温原液蒸汽管路201对蒸发罐11内部进行抽真空处理。

由此可见，原液蒸发产生的原液蒸汽与冷凝水在换热装置5中进行热交换过程。冷凝水吸收原液蒸汽的热量升温，并在热泵压缩机2的作用下气化，而原液蒸汽降温变成原液冷凝水并自抽真空装置6抽出。本实施例中，换热装置5为列管式换热器，其包括壳体51及设于壳体51内并列设置的若干列管52，壳体51与列管52之间形成壳层。原液蒸汽管路20与壳层连通，蒸汽循环管路10与列管52连通。如此进行原液蒸汽与冷凝水的换热。通过换热装置5，利用原液蒸发出的原液蒸汽的热能，使得蒸汽可循环使用，持续提供蒸发热源，无需持续使用外接蒸汽，大大减少热源蒸汽耗量，减小了蒸发系统能耗，降低了蒸汽设备的运行成本。

本发明中，换热装置5的形式可以选择其他类型。请参图4所示，为另一实施例中的换热装置5c的示意图，换热装置5c为盘管式换热器，其包括壳体51c及设于壳体51c内的盘管52c，壳体51c与盘管52c之间形成壳层。原液蒸汽管路20与盘管52c连通，蒸汽循环管路10与壳层连通。如此设置，同样可以实现高温原液蒸汽与冷凝水的换热。

蒸汽循环供热盘式蒸发设备还包括向热泵压缩机2提供蒸汽的供热装置7，其作用为：为蒸汽循环管路10提供初始蒸汽热源，以快速启动蒸发过程。具体的，本实施例中，供热装置7为蒸汽发生器，优选的，蒸汽发生器的蒸汽出口与壳体51连通，即：蒸汽发生器的蒸汽出口与换热装置5的壳层连通，其产生的初始蒸汽热源首先通入壳层，进而被热泵压缩机2吸入。

请参图5所示，在另一实施例中，供热装置为加热器7d，其设于换热装置5的壳层内，壳层内首先设置一定量的纯水，加热器7d用于对纯水进行加热，以产生初始蒸汽热源。在此实施例中，原液蒸汽管路20与列管52连通，蒸汽循环管路10与壳层连通。如此进行高温原液蒸汽与冷凝水的换热。在其他实施例中，也可以直接采用外接蒸汽，为蒸汽循环管路提供初始蒸汽热源。

请参图6所示，本实施例中，抽真空装置6包括依次通过管路循环连接射流器61、储水罐63及水泵62，射流器61与蒸发罐11连接。原液蒸发产生的原液蒸汽经换热后成为冷凝水，经水泵62和射流器61持续工作的作用，抽至储水罐63中；储水罐63设有排水阀64及排水泵65，储水罐63内自上而下还设有液位开关66、67、68，设定液位开关66为高液位，液位开关67为中液位，液位开关68为低液位，当冷凝水液位到达液位开关67的位置时，排水阀64打开，排水泵65工作将冷凝水排出；当冷凝水液位到达液位开关68的位置时，排水阀64关闭，排水泵65停止工作。在其他实施方式中，抽真空装置也可以设置为其他形式，如真空泵、风机等。

本实例中，维持蒸发罐11的真空度为-43KPa，原液在此真空度下的蒸发温度低于其常压的沸点温度，原液进行蒸发产生蒸汽温度约为85-90℃，其经由高温原液蒸汽管路201进入换热装置5。抽真空装置6的设置使得原液蒸发温度低于常压时的沸点，使得原液蒸发所需热量减少。其他实施例中，可根据实际需要设置蒸发罐的真空度，在此不予限制。

优选的，蒸发罐11与换热装置5之间还有气液分离装置(未图示)，气液分离装置用于对原液蒸发产生的原液蒸汽进行气液分离，防止原液蒸汽携带原液液滴或固体杂质进入后续装置。

优选的，抽真空装置6与换热装置5之间还设有换热器(未图示)，以对原液进行预热，进而通过原液进液管路30通入蒸发罐11。如此设置，可进一步利用原液蒸汽经过换热装置5换热后剩余的热量，提高原液温度，进而减少原液蒸发所需热量。

工作时，首先蒸发装置1启动，抽真空装置6开始运行，抽真空装置6持续抽出蒸发罐11内的气体，使得蒸发罐11内的负压保持在恒定值；当蒸发罐11中的真空度达到设定值时，原液由原液进液管路30进入蒸发罐11内，同时供热装置7开始向热泵压缩机2提供初始蒸汽热源，热泵压缩机2工作，持续抽入这部分蒸汽转化为高温高压的蒸汽并排出，经由高温高压蒸汽管路101进入蒸汽换热载体12供原液蒸发使用。原液吸收了这部分高温高压蒸汽的热量，蒸汽温度有所降低，形态由水气混合态逐渐成为液态，经由节流装置3、疏水装置4，进入换热装置5进行换热。由于热泵压缩机2的蒸汽入口21持续抽吸，疏水装置4之后的气液混合蒸汽管路102中为负压，液态热水温度降至80℃-85℃，经过换热装置5吸收原液蒸发产生的蒸汽的热能，使其在85℃左右发生相变，液态热水转变成温度恒定的蒸汽，并进入热泵压缩机2中，热泵压缩机2再将其转变为恒定的高温高压蒸汽(110℃)并排出，如此循环。

由上述过程可以看出蒸汽热源的形态变化：供热装置7提供的初始蒸汽热源，热泵压缩机2吸收初始蒸汽热源并将其转变为高温高压蒸汽，进入到蒸汽换热载体12进行蒸发，蒸发后由水气混合物逐渐转为液态热水，进入换热装置5进行换热；液态热水吸收原液蒸发蒸汽的热能，转化为其汽化的潜热，转变为蒸汽，经由低压蒸汽管路103进入到热泵压缩机2，热泵压缩机2将此部分蒸汽又转化为高温高压的蒸汽以供原液蒸发使用。该变化过程中，供热装置7提供的初始热源在第一个蒸发循环后，转变成了下一个蒸发循环的热源，这样供热装置7就可以停止初始热源的提供，大大降低了蒸汽耗量。

综上所述，本发明通过设置蒸汽循环管路、原液蒸汽管路及换热装置，可有效对原液蒸发所产生的原液蒸汽的热量进行利用，一方面可有效回收热量、减小蒸汽设备的整体能耗，另一方面可避免直接回收利用原液蒸汽时其中的不凝气体或固体颗粒等杂质影响整个设备的运行稳定性；另外，蒸汽热源与原液换热后也可以进行循环利用，无需冷凝回收，该部分余热也得到有效的利用，进一步减小蒸汽设备的整体能耗，节省了能源；本发明的蒸发设备无需持续通入蒸汽，只需在蒸发装置运行的初期提供蒸汽热源，降低蒸发器运行成本；本发明的蒸发设备通过设置抽真空装置，使得原液蒸发所需温度较低，提高了蒸发效率；本发明通过设置蒸发盘提高了原液蒸发时的换热面积，不仅蒸发效率高，而且可通过刮刀及时将蒸发残留物进行收集，可持续进行蒸发，防止蒸发残留物堆积影响换热效率。

以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，包括：

蒸发装置，包括蒸发罐、设于蒸发罐内的蒸汽换热载体、原液喷头及刮刀，原液喷头用于向所述蒸汽换热载体表面喷淋原液，刮刀用于将所述蒸汽换热载体的表面形成的蒸发残留物进行刮除；

热泵压缩机，用于向蒸汽换热载体内部提供蒸汽；

抽真空装置，用于对所述蒸发罐进行抽真空；

换热装置；

蒸汽循环管路，依次连接所述热泵压缩机、蒸汽换热载体及换热装置，蒸汽循环管路还设有用于控制蒸汽循环管路中蒸汽压力的控制装置；

原液蒸汽管路，依次连接所述蒸发罐、换热装置及抽真空装置，原液蒸发所产生的原液蒸汽与蒸汽热源在蒸汽换热载体中换热后产生的冷凝水在所述换热装置中进行换热。

2.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述蒸汽换热载体包括蒸发盘及中空轴，蒸发盘及中空轴均为中空设置且二者连通，中空轴带动所述蒸发盘转动，所述刮刀及原液喷头靠近所述蒸发盘的侧面设置，当所述蒸发盘转动时，所述刮刀将所述蒸发盘上的蒸发残留物刮除。

3.根据权利要求2所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，蒸发盘的两侧均设有所述原液喷头及所述刮刀，所述原液喷头靠近蒸发盘的轴心设置，所述刮刀及原液喷头均位于所述蒸发盘的下半部分且分设于蒸发盘左右两边。

4.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述蒸汽循环管路包括高温高压蒸汽管路、气液混合蒸汽管路及低压蒸汽管路，所述高温高压蒸汽管路设于热泵压缩机与蒸汽换热载体之间，以将热泵压缩机产生的高温高压蒸汽通入所述蒸汽换热载体中，所述气液混合蒸汽管路设于所述蒸汽换热载体与所述换热装置之间，用于输送在蒸汽换热载体中与原液换热后的气液混合物，所述低压蒸汽管路设于换热装置与热泵压缩机之间。

5.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述原液蒸汽管路包括高温原液蒸汽管路及原液蒸汽冷凝水管路，所述高温原液蒸汽管路设于所述蒸发罐与所述换热装置之间，所述原液蒸汽冷凝水管路设于所述换热装置与所述抽真空装置之间，所述抽真空装置通过原液蒸汽冷凝水管路、换热装置及高温原液蒸汽管路对所述蒸发罐内部进行抽真空。

6.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，还包括向所述热泵压缩机提供蒸汽的供热装置；所述换热装置包括壳体及设于所述壳体内的盘管或列管。

7.根据权利要求6所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述供热装置为蒸汽发生器，所述蒸汽发生器的蒸汽出口与所述壳体连通。

8.根据权利要求6所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述供热装置为设于所述壳体内的加热器。

9.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述控制装置包括节流装置及疏水装置。

10.根据权利要求1所述的蒸汽循环供热盘式蒸发设备，其特征在于，所述抽真空装置包括依次通过管路循环连接的射流器、储水罐及水泵，所述射流器与所述蒸发罐连接。

Images