CN103908789A - 一种采用蓄能水箱加速启动的mvr热泵蒸发*** - Google Patents

一种采用蓄能水箱加速启动的mvr热泵蒸发*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业热泵蒸发技术领域，尤其涉及一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***。采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其包括通过管路连接的蓄能水箱、水蒸汽压缩***、升膜蒸发器、分离器和余热回收***；所述蓄能水箱的出口与所述水蒸汽压缩机***的入口相连，所述水蒸汽压缩机***的出口与所述升膜蒸发器的压缩蒸汽入口相连；所述升膜蒸发器蒸汽出口通过分离器与所述水蒸汽压缩机***的入口相连；所述升膜蒸发器排出的浓缩后的溶液和/或水蒸汽冷凝后的冷凝水通过管路流经余热回收***对原溶液进行预热。本申请加速了MVR***的启动预热过程，避免了***中不凝气循环对压缩机性能的影响，降低了溶液蒸发能源的消耗。

Description

一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***
技术领域
本发明涉及工业热泵蒸发技术领域，尤其涉及一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***。
背景技术
随着能源消耗的增长，尤其是一次能源消费的强劲增长，全球二氧化碳排放量的持续增加，到2030年的排放比目前将高出27%。一次能源的消耗造成的二氧化碳排放是造成全球变暖的主要原因，为了缓解化石能源的过渡消耗及其带来的气候问题，国际上采取了诸多措施减少碳排放。作为世界最大能源消耗大国，我国的节能减排任务艰巨，为了能实现减少碳排放的承诺，在“十二五”规划中，我国将节能环保技术作为“战略新兴产业”的主要内容。
工业蒸发是一次能源的消耗大户，在化工、食品、医药、环保等领域，溶液的浓缩、结晶都是利用工业蒸发来实现。传统的蒸发工艺多采用多效蒸发技术，其能耗高、占地面积大。MVR技术与多效蒸发技术相比，完全回收量二次蒸汽，摆脱了对蒸汽锅炉的依赖，并避免了冷却塔和冷却水消耗、能耗。由于其显著的节能特性，MVR***只需要注入少量能量就可维持***运行，但同时也存在***启动慢，并仍需要一次蒸汽作为预热能源，降低了其减少一次能源消耗的优势。
真对上述问题，本申请提供了一种能够利用蓄能水箱中的热量作为预热能源，以及可以快速起到的热泵蒸发***。
发明内容
本发明的目的在于提出一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，具有较快的启动速度，并且摆脱对一次能源的依赖和提高了能源的利用率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其中，包括通过管路连接的蓄能水箱、水蒸汽压缩***、升膜蒸发器、分离器和余热回收***；
所述蓄能水箱的出口与所述水蒸汽压缩机***的入口相连，所述水蒸汽压缩机***的出口与所述升膜蒸发器的压缩蒸汽入口相连；
所述升膜蒸发器蒸汽出口通过分离器与所述水蒸汽压缩机***的入口相连；
所述升膜蒸发器排出的浓缩后的浓缩液和/或水蒸汽冷凝后的冷凝水通过管路流经余热回收***对原溶液进行预热。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述蓄能水箱上设置有进水阀和排水阀，用于加热蓄能水箱内水的非水流体换热管路。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述蓄能水箱的底部还设置有电辅助加热器。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述蓄能水箱和水蒸汽压缩机***之间连接管路上设置有电磁阀。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述升膜蒸发器为列管式蒸发器，其包括上封头、桶体和下封头，以及设置在桶体内的列管和管板，所述管板和上封头之间具有初步分离蒸汽和浓缩溶液的分离空间。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述升膜蒸发器还包括循环液出口、循环液入口和循环泵。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述分离器为具有入口旋流分离、中部折流分离和上部丝网捕捉三种分离方式的分离器，其包括上筒体和下筒体，所述下筒体上设置有分离器的进气管，上筒体和下筒体之间设置有不锈钢丝网，于下筒体的底部还设置有分离液出口。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，所述余热回收***包括两级换热器，所述输送原液的管路至少通过所述两级换热器其中之一；排放冷凝水的输送管路通过两级换热器其中之一，排放浓缩液的管路通过两级换热器中的另一个。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，排放浓缩液的管路包括第一支路和第二支路，所述第一支路用于浓缩液的直接排放，第二支路通过两级换热器其中之一后并使浓缩液与换热器进行热量交换后再排出浓缩液；所述第一支路和第二支路上均设置有控制第一支路和第二支路开闭的控制阀。
作为上述采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的一种优选方案，还包括用于将部分冷凝水喷入水蒸汽压缩机***来消除过热度的喷淋装置。
本发明的有益效果为：本申请提供了一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***：其通过蓄能水箱回收低品位余热，在MVR***的启动过程，通过蓄能水箱中热水的低压蒸发，将热水显热转化为低压蒸汽潜热，回收利用。摒弃了***启动过程对一次能源的依赖，大大提高了MVR***的能源独立性；同时由于启动过程中利用蓄能水箱中蒸发产生的低压蒸汽，避免了常规MVR启动过程中不凝气在***中的停留，提高了压缩机的运行效率，同时大大减小了不凝气在冷凝换热过程的附加热阻；蓄能水箱通过多种方式回收低品位热，并配备有电辅助加热器，保证MVR***启动的需要，同时可以对稳定运行的***进行补热，维持***热平衡；其升膜蒸发器具有初步气液分离效果，减少了分离器的气液分离符合，减小分离器体积，并可使分离器专注于分离效果的提高；本申请中采用的分离器为高效三级分离器，分级对蒸汽中夹带的溶液液滴进行分离，提高了分离效果；采用两级余热回收***，可根据具体物料工况同时回收冷凝水和浓缩料的余热，或只回收冷凝水余热。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的升膜蒸发器的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的分离器的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的蓄能水箱的结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的余热回收***的结构示意图。
其中：
1：水蒸汽压缩机***；2：余热回收***；3：升膜蒸发器；4：冷凝水罐；5：喷淋装置；6：循环泵；7：流量旁通阀；8：分离器；9：冷凝水板式换热器；10：进料泵；11：冷凝水泵；12：浓缩料板式换热器；13：蓄能水箱；
301：蒸汽出口；302：视镜；303：上封头；304：管板；305：列管；306：压缩蒸汽入口；307：冷凝水出口；308：下封头；309：原液进口；310：浓缩液出口；311：循环液出口；312：筒体；313:不凝气排气阀；314：循环液出口；
801：液位计；802：折流套筒；803：不锈钢丝网；804：蒸汽出口；805：上筒体；806：下筒体；807：进气管；808：分离液出口；
131：不凝气排气阀；132：进水阀；133：进料阀；134：排水阀；135：电辅热加热器；136：换热管路；137：电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，为本实施方式提供的一种采用蓄能水箱加速启动的蒸汽再压缩热泵（MVR）蒸发***，***主要包括水蒸汽压缩机***1，升膜蒸发器3，高效三级分离器8、蓄能水箱13和余热回收***2。并且该***具有两种工况：分别为启动工况和正常运行工况。
上述蒸发***各主要部件之间的连接关系为：蓄能水箱13的出口与水蒸汽压缩机***1的入口相连，水蒸汽压缩机***1的出口与升膜蒸发器3的压缩蒸汽入口相连，此种蓄能水箱13、水蒸汽压缩机***1和升膜蒸发器3三者的连接方式，实现蓄能水箱为***提供启动热量和热平衡补偿的作用。
升膜蒸发器3蒸汽出口通过分离器8与水蒸汽压缩机***1的入口相连，由此升膜蒸发器3中溶液浓缩产生的热量可以被二次压缩并为溶液的浓缩提供热量；
同时，蓄能水箱13和分离器8的排气口均通过管路与升膜蒸发器3的进气口相连，并且该连接管路上设置有流量旁通阀7。
升膜蒸发器3排出的浓缩后的溶液和/或水蒸汽冷凝后的冷凝水通过管路流经余热回收***2对原溶液进行预热。
上述热泵蒸发***还包括用于将部分冷凝水喷入水蒸汽压缩机***1来消除过热度的喷淋装置5。
如图2所示，升膜蒸发器3是列管是蒸发器，直接用于溶液蒸发过程。该升膜蒸发器3包括下封头308，筒体312和上封头303。其中，下封头308的底部设置有循环液入口311，浓缩液出口310和原液进口309。筒体312内设置有列管305，以及设置在列管305两端的管板304，位于上封头303上且在管板304上方的液室开有循环液出口314；筒体312的中部设置有压缩蒸汽入口306，筒体312的底部设置有冷凝水出口307。蒸汽出口301设置在上封头303的顶部，并在上封头303上开设有观察上封头303内部情况的视镜302。同时在筒体312的上部还设置有不凝气排气阀313，不凝气可以通过不凝气排气阀313外接水环真空泵进行抽除。
在***的稳定运行工况，原料液通过原料液进口309进入升膜蒸发器后，沿列管305升膜蒸发产生蒸汽和浓缩溶液的混合物；加热溶液的热量来自再压缩蒸汽冷凝的放热，再压缩蒸汽来源于压缩机（水蒸汽压缩机***）对升膜蒸发器3产生二次蒸汽的再压缩，通过压缩蒸汽入口306进入筒体312的壳侧冷凝，冷凝后的冷凝水从冷凝水出口307引出，去往与冷凝水出口307连接的冷凝水罐4；混合物在升膜蒸发器3上部液室初步分离，浓缩液通过循环液出口314流出，并经过循环泵6返回到循环液入口311，进行料液循环；分离出的蒸汽由蒸汽出口301引出，去往分离器8，经分离器8分离后进入水蒸汽压缩机***1。
在***的启动工况，原料液在循环泵6的作用下，在列管305、循环液出口314，循环泵6和循环液入口311之间循环，此时由于料液温度没有达到饱和温度，料液不蒸发而只是被单相加热；加热溶液的热量来自再压缩蒸汽冷凝的放热，再压缩蒸汽来源于压缩机对蓄能水箱产生水蒸汽的再压缩，该蒸汽及其冷凝水通过蒸汽入口306及冷凝水出口307进出筒体312；
如图3所示，高效三级分离器4其包括上筒体805和下筒体806，下筒体806上设置有分离器的进气管807，上筒体805和下筒体806之间设置有不锈钢丝网803，于下筒体806的底部还设置有分离液出口808和液位计801。该高效三级分离器4是在稳定运行工况对来自升膜蒸发器3的二次蒸汽进行分离，分离其中夹带的溶液液滴。该高效三级分离器采用三种分离方式：入口旋流分离，中部折流分离和出口的丝网过滤分离。二次蒸汽通过蒸汽旋流入口807进入分离器下筒体806，并形成旋流，旋流的离心力将较大的液滴甩到筒体壁面，实现一次分离；旋流后的蒸汽引流进入折流套筒802，通过蒸汽在套筒内的上下往返折流，进一步甩出液滴，实现第二级分离；最后，蒸汽通过不锈钢丝网803，再次捕捉出去较小的溶液液滴，实现第三级分离，分离后的溶液通过管路进入升膜蒸发器3的循环液入口311，蒸汽通过蒸汽出口804进入水蒸汽压缩机***1。
如图4所示，蓄能水箱13的主要作用是存储低品位的热水，热水可直接来自废弃的或利用太阳能加热的低温热水，也可利用低品位废水加热蓄热水箱中的水而获得。直接回收利用低品位热水时候，热水通过进水阀132和排水阀134进出蓄能水箱；当利用低品位废水等时，废水从进料阀133，通过非水流体换热管路136与蓄能水箱中的水换热，回收其余热。为了补充热量，还利用电辅助加热器135调节蓄能水箱温度。如果水箱中引入了不凝气，可以通过不凝气排气阀131外接水环真空表进行抽除。
在MVR蒸发***的稳定运行工况，蓄能水箱13仅起到热平衡补偿的作用，蓄能水箱13和水蒸汽压缩机***1之间的电磁阀137常闭，当***由于扰动热平衡失衡时候，电磁阀137打开，使蓄能水箱与压缩机入口相连通；在压缩机的抽吸下，蓄能水箱13中的压力降低到热水温度对应的饱和温度，热水蒸发产生自发蒸汽，同时热水温度降低；蒸发产生的蒸汽作为***热量的补充，在升膜蒸发器3中冷凝放热。
在***的启动工况，电磁阀137先关闭，水蒸汽压缩机***1启动，抽处升膜蒸发器3和分离器4中的大部分空气；然后打开电磁阀137，水蒸汽压缩机1吸气造成蓄能水箱13中的低压，热水蒸发产生自发蒸汽，蒸发产生的蒸汽通过压缩机再压缩后进入升膜蒸发器3中冷凝放热，预热原溶液。此时，由于原溶液不蒸发，再压缩蒸汽冷凝放热用于加热单相原溶液。
如图5所示，余热回收***用于充分回收MVR热泵蒸发***中冷凝水和浓缩溶液的余热，其包括两级换热器，输送原液的管路至少通过两级换热器其中之一；排放冷凝水的输送管路通过两级换热器其中之一，排放浓缩液的管路通过两级换热器中的另一个。
其中，两级换热器分别为冷凝水板式换热器9和浓缩料板式换热器12，输送原液的管路上还设置有进料泵10，输送冷凝水的管路上还设置有冷凝水泵11。输送原液的管路包括两个相互连通的支路，两个支路分别进过冷凝水板式换热器9和浓缩料板式换热器12，并且在每个支路上均设置有控制阀。排放浓缩液的管路包括第一支路和第二支路，第一支路用于浓缩液的直接排放，第二支路通过两级换热器其中之一后并使浓缩液与换热器进行热量交换后再排出浓缩液；第一支路和第二支路上均设置有控制第一支路和第二支路开闭的控制阀。具体的，第二支路通过浓缩料板式蒸发器12，排放冷凝水的输送管路通过冷凝水板式换热器9。
当所处理的物料为非温度敏感性物料，不易因为降温而出现结晶、结垢时，可回收浓缩料液余热。此时，打开浓缩料板式蒸发器12前后相关电磁阀，回收浓缩料余热，加热原溶液。当所处理的物料为温度敏感性物料，易因为降温而结晶、结垢时，则关闭浓缩料板式换热器12前后相关阀们，直接通过第一支路排料，不回收其余热。
本实施例的MVR热泵蒸发***的快速、高效启动过程的工作原理为：水蒸汽压缩机***1先抽出***内的大部分空气后，打开电磁阀137，水蒸汽压缩机***1抽吸造成蓄能水箱13中的低压；当压力降低到热水温度对应的饱和温度时，热水开始吸收自身显热蒸发，产生自发蒸汽，同时热水温度降低，热水显热被利用；产生的蒸汽通过水蒸汽压缩机***1的再压缩，提高了蒸汽焓值，进入升膜蒸发器3中，加热原溶液。原溶液在循环泵6的作用，在列管305中强制循环，换热系数较大，吸收列管305外蒸汽冷凝所释放的热量，提高自身显热，以实现溶液的预热。在溶液预热到对蓄能水箱13中热水降温后的温度时候，关闭电磁阀137，***此时可实现正常运行。此时，溶液蒸发产生的二次蒸汽，进入水蒸汽压缩机***1再压缩后，提高温度、压力，返回到升膜蒸发器3的壳侧冷凝放热，加热源溶液，直至蒸发压力达到所需要的工况参数，实现稳定运行工况。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，包括通过管路连接的蓄能水箱、水蒸汽压缩***、升膜蒸发器、分离器和余热回收***；
所述蓄能水箱的出口与所述水蒸汽压缩机***的入口相连，所述水蒸汽压缩机***的出口与所述升膜蒸发器的压缩蒸汽入口相连；
所述升膜蒸发器蒸汽出口通过分离器与所述水蒸汽压缩机***的入口相连；
所述升膜蒸发器排出的浓缩后的浓缩液和/或水蒸汽冷凝后的冷凝水通过管路流经余热回收***对原溶液进行预热。
2.根据权利要求1所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述蓄能水箱上设置有进水阀和排水阀，用于加热蓄能水箱内水的非水流体换热管路。
3.根据权利要求2所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述蓄能水箱的底部还设置有电辅助加热器。
4.根据权利要求2所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述蓄能水箱和水蒸汽压缩机***之间连接管路上设置有电磁阀。
5.根据权利要求1所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述升膜蒸发器为列管式蒸发器，其包括上封头、桶体和下封头，以及设置在桶体内的列管和管板，所述管板和上封头之间具有初步分离蒸汽和浓缩溶液的分离空间。
6.根据权利要求5所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述升膜蒸发器还包括循环液出口、循环液入口和循环泵。
7.根据权利要求1所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述分离器为具有入口旋流分离、中部折流分离和上部丝网捕捉三种分离方式的分离器，其包括上筒体和下筒体，所述下筒体上设置有分离器的进气管，上筒体和下筒体之间设置有不锈钢丝网，于下筒体的底部还设置有分离液出口。
8.根据权利要求1所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，所述余热回收***包括两级换热器，所述输送原液的管路至少通过所述两级换热器其中之一；排放冷凝水的输送管路通过两级换热器其中之一，排放浓缩液的管路通过两级换热器中的另一个。
9.根据权利要求8所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，排放浓缩液的管路包括第一支路和第二支路，所述第一支路用于浓缩液的直接排放，第二支路通过两级换热器其中之一后使浓缩液与换热器进行热量交换后再排出浓缩液；所述第一支路和第二支路上均设置有控制第一支路和第二支路开闭的控制阀。
10.根据权利要求1所述的采用蓄能水箱加速启动的MVR热泵蒸发***，其特征在于，还包括用于将部分冷凝水喷入水蒸汽压缩机***来消除过热度的喷淋装置。
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