CN204824504U - 机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，包括高盐废水预处理系统、降膜蒸发器、蒸汽压缩循环再利用系统；所述蒸汽压缩循环再利用系统包括蒸汽压缩机，蒸汽压缩机的进口连接降膜蒸发器的二次蒸汽出口，蒸汽压缩机的出口连接降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口；由蒸发室出来的二次蒸汽进入蒸汽压缩机，蒸汽经压缩后蒸汽的压力提高，同时温度也升高，重新返回降膜蒸发器的壳程被再次利用；同时，降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口连接外部蒸汽管道。

Description

机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统

技术领域

本实用新型涉及一种机械蒸汽再压缩蒸发系统(MVR)，主要用于高含盐废水处理系统，可将废水中的盐分进行蒸发浓缩和结晶，冷凝后的水可以回收利用，形成盐分固体可以作为回收资源，实现废水的“零排放”的系统。

背景技术

早在上世纪60年代，德国和法国已经成功的将机械式蒸汽再压缩技术应用于化工、制药、造纸、污水处理、海水淡化等行业。

“机械式蒸汽再压缩”蒸发系统简称MVR蒸发器是英文(MechanicalVaporRecompression)的缩写。它是国际上二十世纪九十年代末开发出来的一种新型高效节能蒸发设备。MVR蒸发器是采用低温和低压汽蒸技术和清洁能源----“电能”，产生蒸汽，将媒介中的水分分离出来。目前MVR是国际上最先进的蒸发技术，是替代传统蒸发器的升级换代产品，只有北美和欧洲等一些发达国家掌握了该项技术在众多领域中的应用。

MVR蒸发器从2007年起开始从北美和欧洲进入中国市场，主要应用在食品深加工、奶制品行业和饮料等行业。随着经济的飞速发展，我国水环境污染也越来越严峻，所以工业企业废水“零排放”被提上日程，目前，国内高盐废水处理系统中的蒸发装置多采用普通多效蒸发装置，相较于机械蒸汽再压缩蒸发系统(MVR蒸发系统)能耗较高、稳定性较低、占地面积大、运行成本较高。

实用新型内容

为了解决上述难点，本实用新型提供一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，使蒸汽循环再利用，大大降低能源消耗，污废水处理能力大大提高，自动化程度高，操作简单方便，适用于规模化生产。

本实用新型的技术方案是：一种机械再压缩降膜蒸发系统，包括高盐废水预处理系统、降膜蒸发器、蒸汽压缩循环再利用系统；

所述高盐废水预处理系统包括给料泵、第一预热器、第二预热器、第二冷凝水泵、除气器、给料泵、蒸汽闪蒸罐、第一浓缩水泵；进料管道通过给料泵管道连接至第一预热器的进料口，第一预热器的出料口连接至第二预热器的进料口，第二预热器的出料口连接至除气器的进料口，同时降膜蒸发器的蒸发室液体出口连接至除气器底部进口，通过除气器将经除气器处理后的料液与降膜蒸发器中经蒸发室蒸发处理后的液体混合后，发送至给料泵，给料泵出口通过第一浓缩水泵管道连接至降膜蒸发器进料口，从而将混合料液输送至降膜蒸发器内部；

所述降膜蒸发器的凝结水出口连接至蒸汽闪蒸罐进液口，蒸汽闪蒸罐出气口通过第二冷凝水泵管道连接至第一预热器的蒸汽进口；通过蒸汽闪蒸罐和第二冷凝水泵将降膜蒸发器二次蒸汽冷凝下来的凝结水闪蒸后输送至第一预热器，对物料进行预热；充分利用系统的余热。

所述蒸汽压缩循环再利用系统包括蒸汽压缩机，蒸汽压缩机的进口连接降膜蒸发器的二次蒸汽出口，蒸汽压缩机的出口连接降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口；由蒸发室出来的二次蒸汽进入蒸汽压缩机，蒸汽经压缩后蒸汽的压力提高，同时温度也升高，重新返回降膜蒸发器的壳程被再次利用；同时，降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口连接外部蒸汽管道。

进一步的，包括冷凝水回收利用系统，所述冷凝水回收利用系统包括冷凝水箱、第一冷凝水泵，冷凝水箱的进液口连接第一预热器的蒸汽冷凝器水出口，冷凝水箱的出液口通过第一冷凝水泵管道连接至降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口和降膜蒸发器底端的液体进口；在系统工作完成后，通过控制第一冷凝水泵，实现对降膜蒸发器的冲洗，实现冷凝水回收利用，充分利用系统资源。

进一步的，包括晶体回收系统，所述晶体回收系统包括旋流分离器、晶种回收罐、第一浓缩水泵、第二浓缩水泵、搅拌槽、离心分离器；所述降膜蒸发器的浓缩液出口通过第一浓缩水泵管道连接至旋流分离器进液口，旋流分离器的轻向出口连接至离心分离器，通过离心分离器脱水分离出盐，旋流分离器的重向出口连接至晶种回收罐进口，通过晶种回收罐回收晶体后，通过第二浓缩水泵将晶体输送至搅拌槽搅拌后，利用第二浓缩水泵输送回降膜蒸发器，回收利用晶种。

进一步的，所述第二预热器的蒸汽进口连接外部蒸汽管道，第二预热器的蒸汽冷凝器水出口连接第二冷凝水泵的进口；系统首次启动时采用外部蒸汽作为热源对物料进行预热处理。

本项目研究的MVR蒸发器主要有以下特点及创新之处：

(1)热效率高，节省能源，功耗低。蒸发一吨水的能耗只相当于传统蒸发器的四分之一到五分之一。节能效果十分显著。

(2)运行成本低。MVR蒸发器耗能一般是传统多效蒸发器三分之一到四分之一。节省的运行费用将是一大笔企业利润。以一个每小时蒸发50吨水的MVR蒸发器来说，若以购买蒸汽200元/吨计算(内地的平均价格，深圳的价格为300元/吨)，传统蒸发器的每吨水成本约为50元/吨(每吨蒸汽可以蒸发4吨水)，而MVR蒸发器为20元/吨。若以蒸发器平均每天工作20个小时，一年运行300天计算，则一年就可以节省30×50×20×300＝9,000,000元人民币。若MVR蒸发器的成本为1800万，则两年节省的钱就可收回MVR蒸发器的全部投资。

(3)清洁能源，没有任何污染。MVR蒸发器只要有电就可以运行。采用的是工业电源，系统本身没有任何二氧化碳排放的问题。不用蒸汽，不用锅炉，不用烧煤和油，不用烟囱，不用冷却水没有CO2和SO2的排放。现在国际上盛行的CDM项目，中国作为发展中国家来说，这也是个很大收入，当前国际上每吨CO2的价格是9.8欧元。所以如果大量使用MVR蒸发器，将给国家带来大量的CDM收入。

(4)通过二次蒸汽回用技术，蒸汽冷凝水的COD和BOD值以及氨氮含量远低于传统的多效蒸发器的指标，他们完全符合国家规定的排放标准，冷凝水完全可以回用。

(5)采用单级真空蒸发，蒸发温度低，特别适合热敏性较强的物料，不易使物料变性。采用低温负压蒸发(50-80℃)，有利于防止被蒸发物料的高温变性。

(6)MVR蒸发器是传统多效降膜蒸发器的换代产品。凡单效及多效蒸发器适用的物料和工艺，均适合采用MVR蒸发器，在技术上具有完全可替代性，并具有更优良的环保与节能特性。

(7)自动化程度高，MVR蒸发器采用工控机和PLC控制系统以及变频技术，完全实现了无人值守的全自动运行。

(8)MVR低温节能高效蒸发器体积小，可移动性。中小型MVR蒸发器，占地面积在10到50平方米的范围内，可以设计成移动式结构，便于安装、调试和运输。

附图说明

图1为本实用新型的工艺流程图。

图中：1为原水箱、2为给料泵、3为第一预热器、4为第二预热器、5为冷凝水箱、6为第一冷凝水泵、7为第二冷凝水泵、8为除气器、9为给料泵、10为蒸汽闪蒸罐、11为降膜蒸发器、12为蒸汽压缩机、13为旋流分离器、14为晶种回收罐、15为第二浓缩水泵、16为搅拌槽、17为第一浓缩水泵、18为离心分离器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，机械再压缩降膜蒸发系统包括高盐废水预处理系统、降膜蒸发器11、蒸汽压缩循环再利用系统、冷凝水回收利用系统、晶体回收系统。

所述高盐废水预处理系统包括原水箱1、给料泵2、第一预热器3、第二预热器4、第二冷凝水泵7、除气器8、给料泵9、蒸汽闪蒸罐10、第一浓缩水泵17；进料管道连接至原水箱1的进料口，原水箱1的出料口通过给料泵2管道连接至第一预热器3的进料口，第一预热器3的出料口连接至第二预热器4的进料口，第二预热器4的出料口连接至除气器8的进料口，同时降膜蒸发器11的蒸发室液体出口连接至除气器8底部进口，除气器8的液体出口连接至给料泵9，给料泵9出口通过第一浓缩水泵17管道连接至降膜蒸发器11进料口。

物料存储于原水箱内，通过给料泵输送至第一预热器和第二预热器进行预热处理，预热后的物料进入除气器进行除气处理，经除气器处理后的气体送至系统外部设备，经除气器处理后的料液与降膜蒸发器中经蒸发室蒸发处理后的液体在除气器内混合后，通过给料泵9和第一浓缩水泵17将混合料液输送至降膜蒸发器11内部。

降膜蒸发器11的凝结水出口连接至蒸汽闪蒸罐10进液口，蒸汽闪蒸罐10出气口通过第二冷凝水泵7管道连接至第一预热器3的蒸汽进口。通过蒸汽闪蒸罐和第二冷凝水泵将降膜蒸发器二次蒸汽冷凝下来的凝结水闪蒸后输送至第一预热器，对物料进行预热，充分利用系统的余热。

第二预热器4的蒸汽进口连接外部蒸汽管道，第二预热器4的蒸汽冷凝器水出口连接第二冷凝水泵7的进口。首次启动时采用外部蒸汽作为热源对物料进行预热处理。

所述降膜蒸发器11，物料经过蒸发器壳程蒸汽的间接加热，吸收热量后温度升高，然后进入蒸发室，由于蒸发室内为负压，物料进来后瞬间蒸发，大部分水变成二次蒸汽，由二次蒸汽出口排出；由于降膜蒸发器是液膜传热，所以其传热系数高于其他形式的蒸发器；此外，降膜蒸发没有液柱静压力，传热温差显著高于其他形式的蒸发器。故可取的良好的传热效果。

在降膜蒸发器中，液体和蒸汽向下并流流动。料液经预热器预热至沸腾温度，经顶部的液体分布装置形成均匀的液膜进入加热管，并在管内部分蒸发。二次蒸汽与浓缩液在管内并流而下，料液在蒸发器中的停留时间短，能适应热敏性溶液的蒸发。另外，降膜蒸发还适用于高粘度溶液。降膜蒸发器极易使管内的泡沫破裂，故亦适用于易发泡物料的蒸发。

所述蒸汽压缩循环再利用系统包括蒸汽压缩机12，蒸汽压缩机12的进口连接降膜蒸发器11的二次蒸汽出口，蒸汽压缩机12的出口连接降膜蒸发器11顶端的二次蒸汽循环进口。由蒸发室出来的二次蒸汽进入蒸汽压缩机，蒸汽经压缩后蒸汽的压力提高，同时温度也升高，重新返回降膜蒸发器的壳程被再次利用。

同时，降膜蒸发器11顶端的二次蒸汽循环进口连接外部蒸汽管道，外部蒸汽管道中的新鲜蒸汽仅用于补充热损失和补充进出料热焓，大幅度减低蒸发器对外来新鲜蒸汽的消耗。

所述冷凝水回收利用系统包括冷凝水箱5、第一冷凝水泵6，冷凝水箱5的进液口连接第一预热器3的蒸汽冷凝器水出口，冷凝水箱5的出液口通过第一冷凝水泵6管道连接至降膜蒸发器11顶端的二次蒸汽循环进口和降膜蒸发器11底端的液体进口。在系统工作完成后，通过控制第一冷凝水泵6，可实现对降膜蒸发器的冲洗，实现冷凝水回收利用，充分利用系统资源。

所述晶体回收系统包括旋流分离器13、晶种回收罐14、第一浓缩水泵17、第二浓缩水泵15、搅拌槽16、离心分离器18；所述降膜蒸发器11的浓缩液出口通过第一浓缩水泵17管道连接至旋流分离器13进液口，旋流分离器13的轻向出口连接至离心分离器18，通过离心分离器18脱水分离出盐，旋流分离器13的重向出口连接至晶种回收罐14进口，通过晶种回收罐14回收晶体后，通过第二浓缩水泵15将晶体输送至搅拌槽16搅拌后，利用第二浓缩水泵15输送回降膜蒸发器11，实现晶种的回收利用。

本实用新型的自动控制系统：主要包括：设备自动启动、停机和CIP清洗程序对于部件的单独控制，可配置自动化系统，实现进料量自动控制，加热温度自动控制，出料浓度自动控制，清洗自动控制，还可配备突发停电、故障时对敏感性物料的保护措施。其它安全、报警等自动化操作、控制。MVR蒸发器采用工控机和PLC控制系统以及变频技术，完全实现了无人值守的全自动运行，符合安全、灵活的操作要求。

在机械再压缩降膜蒸发系统内，在一定的压力下，利用蒸汽压缩机对换热器中的不凝气(开始预热时)和水蒸汽(开始蒸发时)进行压缩,从而产生蒸汽,同时释放出热能。产生的二次蒸汽经机械式热能压缩机作用后，并在蒸发器系统内多次重复利用所产生的二次蒸汽的热量，使系统内的温度提升5～20℃，热量可以连续多次的被利用，外部新鲜蒸汽仅用于补充热损失和补充进出料热焓，大幅度减低蒸发器对外来新鲜蒸汽的消耗。提高了热效率，降低了能耗，避免使用外部蒸汽和锅炉(本蒸汽再压缩式节能蒸发器的主要运行费用仅仅是驱动压缩机的电能)。由于电能是清洁能源，因此，MVR蒸发器真正达到了“零”污染的排放(完全没有二氧化碳的排放)。在中国各级政府大力提倡节能减排的今天，MVR技术的应用具有特别重要的现实意义。

机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器的应用使原来要废弃的蒸汽得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，减少了对外部加热及冷却资源的需求，降低能耗，减少污染。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，其特征在于：包括高盐废水预处理系统、降膜蒸发器、蒸汽压缩循环再利用系统；

所述高盐废水预处理系统包括给料泵、第一预热器、第二预热器、第二冷凝水泵、除气器、给料泵、蒸汽闪蒸罐、第一浓缩水泵；进料管道通过给料泵管道连接至第一预热器的进料口，第一预热器的出料口连接至第二预热器的进料口，第二预热器的出料口连接至除气器的进料口，同时降膜蒸发器的蒸发室液体出口连接至除气器底部进口，通过除气器将经除气器处理后的料液与降膜蒸发器中经蒸发室蒸发处理后的液体混合后，发送至给料泵，给料泵出口通过第一浓缩水泵管道连接至降膜蒸发器进料口，从而将混合料液输送至降膜蒸发器内部；

所述降膜蒸发器的凝结水出口连接至蒸汽闪蒸罐进液口，蒸汽闪蒸罐出气口通过第二冷凝水泵管道连接至第一预热器的蒸汽进口；通过蒸汽闪蒸罐和第二冷凝水泵将降膜蒸发器二次蒸汽冷凝下来的凝结水闪蒸后输送至第一预热器，对物料进行预热；

所述蒸汽压缩循环再利用系统包括蒸汽压缩机，蒸汽压缩机的进口连接降膜蒸发器的二次蒸汽出口，蒸汽压缩机的出口连接降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口；由蒸发室出来的二次蒸汽进入蒸汽压缩机，蒸汽经压缩后蒸汽的压力提高，同时温度也升高，重新返回降膜蒸发器的壳程被再次利用；同时，降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口连接外部蒸汽管道。

2.根据权利要求1所述的一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，其特征在于：包括冷凝水回收利用系统，所述冷凝水回收利用系统包括冷凝水箱、第一冷凝水泵，冷凝水箱的进液口连接第一预热器的蒸汽冷凝器水出口，冷凝水箱的出液口通过第一冷凝水泵管道连接至降膜蒸发器顶端的二次蒸汽循环进口和降膜蒸发器底端的液体进口；在系统工作完成后，通过控制第一冷凝水泵，实现对降膜蒸发器的冲洗。

3.根据权利要求1所述的一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，其特征在于：包括晶体回收系统，所述晶体回收系统包括旋流分离器、晶种回收罐、第一浓缩水泵、第二浓缩水泵、搅拌槽、离心分离器；所述降膜蒸发器的浓缩液出口通过第一浓缩水泵管道连接至旋流分离器进液口，旋流分离器的轻向出口连接至离心分离器，通过离心分离器脱水分离出盐，旋流分离器的重向出口连接至晶种回收罐进口，通过晶种回收罐回收晶体后，通过第二浓缩水泵将晶体输送至搅拌槽搅拌后，利用第二浓缩水泵输送回降膜蒸发器，回收利用晶种。

4.根据权利要求1所述的一种机械蒸汽再压缩降膜蒸发工艺系统，其特征在于：所述第二预热器的蒸汽进口连接外部蒸汽管道，第二预热器的蒸汽冷凝器水出口连接第二冷凝水泵的进口；系统首次启动时采用外部蒸汽作为热源对物料进行预热处理。