CN207970468U - 一种mvr蒸发浓缩系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种MVR蒸发浓缩系统，属于工业蒸发或浓缩技术领域。包括进水泵、换热器、进水阀、循环水泵、蒸发器、补偿加热装置、MVR蒸汽压缩机和出水泵等。利用MVR蒸汽压缩机对二次蒸汽进行余热回收利用，采用补偿加热装置为MVR蒸汽压缩回收利用系统的启动和正常稳定运行提供外部热源，解决了现有MVR蒸发浓缩系统的启动问题，以及无法做到零损耗导致的持续性差的问题，也解决了直接接入生蒸汽导致的不同压力的蒸汽混合和切换不便等弊端，从而有效地提高了MVR系统运行的稳定性、持续性、可靠性和效率。整个系统具有体积小、成本低、能量需求少、操作简单、节能环保等优点，非常适合于大规模推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种MVR蒸发浓缩系统，特别是一种带有外部能量补偿的MVR蒸发或浓缩系统。属于工业蒸发或浓缩技术领域。
背景技术
目前，MVR技术广泛应用于海水淡化领域、废水处理领域、制盐领域、乳液浓缩领域、造纸业以及蒸馏领域等。在产品制造过程中，需要进行蒸汽浓缩、蒸发结晶、低温蒸发等工艺过程，而溶液的浓缩、结晶等大多是采用工业蒸汽实现，传统的蒸发器如单效或多效蒸发器存在着热效率低、功耗大、运行成本高、浪费资源等一系列不足。
MVR蒸发器利用自身产生的二次蒸汽作为加热蒸汽，将低温、低压的的蒸汽进行压缩，产生高温、高压、热焓高的蒸汽，充分利用蒸汽的潜热，从而大大减少了对能源的需求。但是MVR蒸发系统一方面在没有初始外源蒸汽的情况下无法启动，另一方面由于无法做到零损耗，在蒸汽量不足的情况下无法维持蒸发系统的持续工作。现有的相关专利中多数回避这一问题，少数采用生蒸汽与MVR蒸汽压缩机出口并联的方法，则又存在不同压力的蒸汽混合和切换不便等弊端，使得MVR系统工作稳定性、持续性和可靠性等都受到较大影响，严重时甚至无法运行。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种MVR蒸发浓缩系统，采用补偿加热装置为MVR蒸汽压缩回收利用系统的启动和正常稳定运行提供外部热源，有效提高了MVR系统运行的稳定性、持续性和可靠性。整个系统具有体积小、成本低、能量需求少、操作简单、节能环保等优点，非常适合于大规模推广应用。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的一种MVR蒸发浓缩系统，包括进水泵（1）、换热器（2）、进水阀（3）、循环水泵（4）、蒸发器（5）、补偿加热装置（6）、MVR蒸汽压缩机（7）、出水泵（8）。
料液首先经进水泵（1）进入换热器（2）与冷凝水换热，料液温度升高，冷凝水温度降低，对料液进行预热处理，随后经进水阀（3）进入补偿加热装置（6）加热，并在蒸发器（5）中开始蒸发过程，进水阀（3）可采用比例阀，根据需求调节水量。
循环水泵（4）置于蒸发器（5）上，使料液能够循环蒸发，此过程中循环水泵（4）强制对蒸发器（5）内的料液进行循环，控制料液的浓度。
由于MVR的理论基础是波义耳定律，即PV/T = K，其含义是一定质量的气体的压强×体积/温度为常数，也就意味着当气体的体积减小，压强增大时，气体的温度也会随之升高；根据此原理，当稀薄的二次蒸汽在经体积压缩后其温度会随之升高，从而实现将低温、低压的蒸汽变成高温高压的蒸汽。
则料液蒸发时，产生的二次蒸汽经MVR蒸汽压缩机（7）压缩，得到温度和压力升高的二次蒸汽，送回蒸发器（5）对料液加热使其蒸发，进行余热回收利用，从而有效回收蒸汽中所含大量潜热，释放出潜热后变为冷凝水，经出水泵（8）送入换热器（2）为进水泵（1）送入的料液进行预热，热的冷凝水与新进料液进行换热，对整个系统余热进行回收利用，提高系统效率、进一步降低能源消耗。
MVR蒸汽压缩回收利用系统在一开始启动时，必须先有蒸汽，所以所述系统启动时，采用补偿加热装置（6）加热料液进行蒸发。采用补偿加热装置为MVR蒸汽压缩回收利用系统提供外部热源，解决了现有MVR蒸发浓缩系统的启动问题。当补偿加热装置（6）加热料液产生足够的二次蒸汽、能够维持MVR蒸汽压缩机（7）正常工作时，停止采用补偿加热装置（6）加热。在理想状态下，MVR蒸汽压缩回收利用系统没有能量损失，仅靠维持MVR蒸汽压缩机（7）运行的电能所补充的能量就可以使整个系统连续地运行下去。
但是，实际运行时，MVR蒸汽压缩回收利用系统或多或少总是有能量损失的，仅依靠维持MVR蒸汽压缩机（7）运行的电能不足以完全补充这些能量损失，就会导致MVR蒸汽压缩回收利用系统运行一段时间后，蒸汽量会越来越少，直至停止运行。因此，所述系统运行中，当MVR蒸汽压缩机（7）循环压缩利用的二次蒸汽量不足时，启动补偿加热装置（6）为所述系统补充能量，解决了现有MVR蒸发浓缩系统无法做到零损耗导致的持续性差的问题；同时，也解决了直接接入生蒸汽导致的不同压力的蒸汽混合和切换不便等弊端，从而有效提高了MVR系统运行的稳定性、持续性、可靠性和效率。
所述的蒸发器（5）包括进水口（501）、喷淋头（502）、冷凝水出水口（503）、蒸汽入口（504）、上水箱（505）、列管（506）、加热室（507）、浓料液出水口（508）、下水箱（509）、出水口（510）、蒸汽出口（511）。
进水口（501）一端与喷淋头（502）相连接并置于上水箱（505）内，其另一端与循环水泵（4）一端相连接，循环水泵（4）的另一端与经出水口（510）下水箱（509）相连，同时下水箱（509）经蒸汽出口（511）与MVR蒸汽压缩机（7）相连，列管（506）排列在加热室（507）内，接收喷淋头（502）喷洒的料液，安装在加热室（507）上的蒸汽入口（504）与MVR蒸汽压缩机（7）相连接。冷凝水出水口（503）置于加热室（507）底部，将冷凝水送出，浓料液出水口（508）置于下水箱（509）底部，将浓料液排出。
MVR蒸发系统启动时，料液送入补偿加热装置（6）中进行加热，首先在蒸发器（5）的下水箱（509）中开始产生二次蒸汽，MVR蒸汽压缩机（7）启动，将产生的二次蒸汽压缩，提高其温度和压力，送到蒸发器（5）的加热室（507）内为列管（506）内流过的料液加热，进行余热利用；循环水泵（4）将待蒸发料液经进水口（501）送入喷淋头（502），喷淋头（502）将待蒸发料液向列管（506）喷洒，提高换热蒸发效果。
所述的补偿加热装置（6）采用电加热方式或蒸汽加热方式，包括进端（601）、出端（602）和加热元件（603），加热元件（603）置于进端（601）和出端（602）之间，位于被加热料液中，为待加热料液进行加热，一方面为MVR蒸发系统的启动提供初始外源蒸汽，另一方面由于MVR蒸发系统是无法维持0损耗运行的，在蒸汽量不足的情况下可为MVR蒸发系统补充足够的能量，以维持MVR蒸发系统的稳定运行。
若采用电加热方式，进端（601）和出端（602）分别与电源连接，加热元件（603）为电加热元件，通电后发热，为下水箱（509）内的料液进行加热，电加热启停方便，无需外引设备，可直接操作，对工作环境要求低。
若采用蒸汽加热方式，进端（601）和出端（602）分别连接外部蒸汽的进出端，加热元件（603）可为盘管，外部蒸汽流经加热元件（603）为下水箱（509）内的料液进行加热。
所述的补偿加热装置（6）可放于下水箱（509）底部，也可与下水箱（509）串联。
所述的补偿加热装置（6），其加热功率可调。MVR蒸汽压缩系统在启动和维持运行时，对补偿加热装置（6）所需的功率不同，启动时为产生初始的蒸汽，要求补偿加热装置（6）大功率运行；随后，MVR蒸汽压缩回收利用系统进入正常工作，为维持其稳定运行，仅需补偿加热装置（6）间断或小功率连续运行，补充一部分蒸汽即可。
与现有技术相比较，本实用新型具有如下优点：
1、采用补偿加热装置为MVR蒸汽压缩回收利用系统提供外部热源，解决了现有MVR蒸发浓缩系统的启动问题，以及无法做到零损耗导致的持续性差的问题；同时，也解决了直接接入生蒸汽导致的不同压力的蒸汽混合和切换不便等弊端，从而有效提高了MVR系统运行的稳定性、持续性、可靠性和效率。
2、补偿加热装置采用电加热方式，整个MVR蒸发浓缩系统运行中完全不需外部生蒸汽，简化了系统结构、缩小了体积、降低了成本，非常有利于实现系统的免维护和无人值守的独立运行，而且电加热方式还具有响应迅速、起停方便、效率高等诸多优点。
3、补偿加热装置采用蒸汽加热方式，仅在系统启动和运行中需补充时，通入生蒸汽，且不与原有的蒸汽混合，避免了对MVR系统运行的干扰和切换等，同样具有结构简单、体积小、成本低的特点，而且能量需求少、操作简单。
4、采用补偿加热装置作为外部能源补充，构成MVR单效蒸发浓缩系统，一方面对二次蒸汽进行回收、压缩、再利用，充分利用蒸汽能量，大大减少了能源的浪费，极大地降低了对外部能源的需求，节能环保；另一方面在保证系统蒸发效率的前提下，降低了系统的复杂性和投资成本，减少了整个系统的体积；同时MVR蒸汽压缩回收利用系统对外部能源的需求少，使得整个系统非常适合于大规模推广应用。
附图说明
图1：MVR蒸发浓缩系统结构示意图。
图中：1-进水泵、2-换热器、3-进水阀、4-循环水泵、5-蒸发器、6-补偿加热装置、7-MVR蒸汽压缩机、8-淡水出水泵、501-进水口、502-喷淋头、503-冷凝水出水口、504-蒸汽入口、505-上水箱、506-列管、507-加热室、508-浓料液出水口、509-下水箱、出水口（510）、蒸汽出口（511）、601-进端、602-出端、603-加热元件。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明：
如图1所示，本实用新型所述的一种MVR蒸发浓缩系统，包括进水泵（1）、换热器（2）、进水阀（3）、循环水泵（4）、蒸发器（5）、补偿加热装置（6）、MVR蒸汽压缩机（7）、出水泵（8）。
为进一步说明本实用新型的具体实施方式，以海水淡化为例，约20℃海水首先经进水泵（1）进入换热器（2）与冷凝水换热，则海水温度升高约至45℃，随后约45℃海水经补偿加热装置（6）加热约至80℃，进入蒸发器（5），进入循环蒸发过程，海水蒸发后的汽水混合物分离，蒸汽部分经MVR蒸汽压缩机（7）压缩后，回送给蒸发器（5）进行余热回收利用，约65℃浓海水部分作为废水排出。
蒸汽在蒸发器（5）中用于蒸发海水，释放出潜热变为冷凝水，温度降低约至70℃，经出水泵（8）送入换热器（2）进行余热利用，冷凝水温度降低约至40℃，并成为最终生产出的淡水。
循环水泵（4）强制对蒸发器（5）内的海水进行循环蒸发，当补偿装置（6）加热海水产生足够的蒸汽，能够维持MVR蒸汽压缩机（7）正常工作时，停止采用补偿加热装置（6）加热，当MVR蒸汽压缩机（7）循环压缩的蒸汽量不足时，启动补偿加热装置（6）补充一部分能量。
为进一步说明系统的工作原理，如图1所示，所述的蒸发器（5）包括进水口（501）、喷淋头（502）、冷凝水出水口（503）、蒸汽入口（504）、上水箱（505）、列管（506）、加热室（507）、浓料液出水口（508）和下水箱（509）、出水口（510）、蒸汽出口（511），所述的补偿加热装置（6）包括进端（601）、出端（602）和加热元件（603）。
补偿加热装置（6）将下水箱（509）中的待蒸发海水加热约至80℃左右，循环水泵（12）将约80℃海水经进水口（501）送入喷淋头（502），向列管（506）内喷洒，同时MVR蒸汽压缩机（7）将压缩后的蒸汽送入加热室（507）用于蒸发向列管（506）内的海水，浓海水和新生蒸汽进入下水箱（509），冷凝水经冷凝水出水口（503）送出，完成海水淡化过程。
若采用电加热方式，进端（601）和出端（602）分别与电源连接，加热元件（603）为电加热元件，通电后发热，为下水箱（509）内的海水进行加热，整个MVR蒸发浓缩系统运行中完全不需外部生蒸汽，简化了系统结构、缩小了体积、降低了成本，非常有利于实现系统的免维护和无人值守的独立运行；而且电加热方式无需外引设备，可直接在海上进行操作，电源可采用海上风电、海上光伏、潮汐发电等新能源发电系统，对工作环境要求低，同时还具有响应迅速、起停方便、效率高等诸多优点。
若采用蒸汽加热方式，进端（601）和出端（602）分别连接外部蒸汽的进出端，加热元件（603）可为盘管，外部蒸汽流经加热元件（603）为下水箱（509）内的海水进行加热。仅在系统启动和运行中需补充时，通入生蒸汽，且不与原有的蒸汽混合，避免了对MVR系统运行的干扰和切换等问题，同时蒸汽加热仍可利用MVR蒸汽压缩技术，对余热回收利用，提高系统的运行效率。不过，此时需要有外部蒸汽引入，设备相对复杂，投资也有所增加。
所述的补偿加热装置（6），所述的补偿加热装置（6）可放于下水箱（509）底部，也可与下水箱（509）串联，其加热功率可调。MVR蒸汽压缩系统在初始启动和维持运行时，对补偿加热装置（6）所需的功率不同，初始启动为产生蒸汽，要求补偿加热装置（6）大功率运行；随后，MVR蒸汽压缩回收利用系统进入正常工作，为维持其稳定运行，仅需补偿加热装置（6）间断或小功率连续运行即可。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施实例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种MVR蒸发浓缩系统，其特征在于，包括进水泵（1）、换热器（2）、进水阀（3）、循环水泵（4）、蒸发器（5）、补偿加热装置（6）、MVR蒸汽压缩机（7）、出水泵（8）；
料液首先经进水泵（1）进入换热器（2）与冷凝水换热，随后经进水阀（3）进入补偿加热装置（6）加热，并在蒸发器（5）中开始蒸发过程；
循环水泵（4）置于蒸发器（5）上，使料液能够循环蒸发；
料液蒸发时，产生的二次蒸汽经MVR蒸汽压缩机（7）压缩得到温度和压力升高的二次蒸汽，送回蒸发器（5）对料液加热使其蒸发，释放出潜热后变为冷凝水，经出水泵（8）送入换热器（2）为进水泵（1）送入的料液进行预热；
所述系统启动时，采用补偿加热装置（6）加热料液进行蒸发，当产生足够的二次蒸汽、能够维持MVR蒸汽压缩机（7）正常工作时，停止采用补偿加热装置（6）加热；
所述系统运行中，当MVR蒸汽压缩机（7）循环压缩利用的二次蒸汽量不足时，启动补偿加热装置（6）为所述系统补充能量。
2.根据权利要求1所述的一种MVR蒸发浓缩系统，其特征在于：所述的蒸发器（5）包括进水口（501）、喷淋头（502）、冷凝水出水口（503）、蒸汽入口（504）、上水箱（505）、列管（506）、加热室（507）、浓料液出水口（508）、下水箱（509）、出水口（510）、蒸汽出口（511）；
进水口（501）一端与喷淋头（502）相连接并置于上水箱（505）内，其另一端与循环水泵（4）一端相连接，循环水泵（4）的另一端经出水口（510）与下水箱（509）相连，同时下水箱（509）经蒸汽出口（511）与MVR蒸汽压缩机（7）相连；
列管（506）排列在加热室（507）内，接收喷淋头（502）喷洒的料液，安装在加热室（507）上的蒸汽入口（504）与MVR蒸汽压缩机（7）相连接；
冷凝水出水口（503）置于加热室（507）底部，将冷凝水送出，浓料液出水口（508）置于下水箱（509）底部，将浓料液排出。
3.根据权利要求1所述的一种MVR蒸发浓缩系统，其特征在于：所述补偿加热装置（6）采用电加热方式或蒸汽加热方式，包括进端（601）、出端（602）和加热元件（603），加热元件（603）位于被加热料液中，且加热功率可调。
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