一种外加热湿压缩的MVR系统 |
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| 申请号 | CN201710014144.6 | 申请日 | 2017-01-09 | 公开(公告)号 | CN106705492A | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 中国科学院理化技术研究所; | 发明人 | 杨俊玲; 杨鲁伟; 张振涛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种外加热湿压缩的MVR系统，包括原料罐、 蒸发 器 、分离器和 压缩机 ， 蒸发器 包括第一料液管和套设于第一料液管的外侧的第一管壳，第一管壳与所述第一料液管之间形成换热腔，且第一管壳上设有第一进口和第一出口，分离器设有进料口、 蒸汽 出口和排料口，第一料液管的进口与原料罐连接，第一料液管的出口与进料口连接，压缩机的进气口通过第一进气管与蒸汽出口连接，压缩机的出气口与第一进口连接。第一进气管内设有 喷嘴 ，喷嘴连接压 力 泵 ，压力泵通 过喷 嘴向第一进气管内通入高温高压的喷雾。 水 经过压力泵提高压力后形成的喷雾的粒径较小，不仅有利于消除压缩 过热 度，而且不会对压缩机 叶轮 产生碰撞及液击。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种外加热湿压缩的MVR系统，其特征在于：包括原料罐、蒸发器、分离器和压缩机，所述蒸发器包括第一料液管和套设于所述第一料液管的外侧的第一管壳，所述第一管壳与所述第一料液管之间形成换热腔，且所述第一管壳上设有第一进口和第一出口，所述分离器设有进料口、蒸汽出口和排料口；所述第一料液管的进口与所述原料罐连接，所述第一料液管的出口与所述分离器的进料口连接；所述压缩机的进气口通过第一进气管与所述蒸汽出口连接，所述压缩机的出气口通过第二进气管与所述第一进口连接，用于向所述换热腔内通入蒸汽与所述第一料液管内的料液换热；所述第一进气管的内壁上设有喷嘴，所述喷嘴连接压力泵，所述压力泵通过喷嘴向所述第一进气管内通入温度及压力均大于压缩机中的水蒸汽的喷雾，以降低所述压缩机中的压缩过热度。 |
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| 说明书全文 | 一种外加热湿压缩的MVR系统技术领域[0001] 本发明涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种外加热湿压缩的MVR系统。 背景技术[0002] 机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompression，MVR)热泵技术立足蒸发过程中热回收利用的机理，将传统工艺最后排放的废热蒸汽重新收集，经压缩后使其恢复到具有蒸发加热的能力。由于充分回收利用了二次蒸汽的潜热，因此相比传统的蒸发技术，大大降低了能耗。同时，该技术具有巨大的环保潜力，用于废水废液处理时可减少污染物的排放。系统完全摆脱了对蒸汽锅炉的依赖，只要有电就能使用，不需要蒸汽、锅炉、煤和冷却水，减少了SO2、CO2的排放，减少了粉尘和固体废渣的排放，其节能和环保效益均非常可观。 [0003] 水蒸汽压缩机是MVR的核心部件之一，水蒸汽离心压缩机具有流量大、稳定性好的特点，压比可达1.7左右，适合应用于大型MVR系统。由于水蒸汽压缩过程的高温，一定程度上增加了压缩过程的耗功，同时也使其寿命受到一定的影响。因此，水蒸汽离心压缩机压缩过程中的冷却就显得尤其重要。由于前喷水过程中存在液滴撞击叶轮的危险，目前一般采用后喷水的方式，即在排气口进行喷水，这种方式对过热蒸汽的冷却效果不明显，导致压缩机效率低下。 发明内容[0004] (一)要解决的技术问题 [0005] 本发明要解决的技术问题是解决采用现有技术中对压缩机进行冷却时会造成液滴撞击叶轮损坏压缩机，以及压缩机过热度消除不够，导致MVR系统效率较低的问题。 [0006] (二)技术方案 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种外加热湿压缩的MVR系统，包括原料罐、蒸发器、分离器和压缩机，所述蒸发器包括第一料液管和套设于所述第一料液管的外侧的第一管壳，所述第一管壳与所述第一料液管之间形成换热腔，且所述第一管壳上设有第一进口和第一出口，所述分离器设有进料口、蒸汽出口和排料口；所述第一料液管的进口与所述原料罐连接，所述第一料液管的出口与所述分离器的进料口连接；所述压缩机的进气口通过第一进气管与所述蒸汽出口连接，所述压缩机的出气口通过第二进气管与所述第一进口连接用于向所述换热腔内通入蒸汽与所述第一料液管内的料液换热；所述第一进气管的内壁上设有喷嘴，所述喷嘴连接压力泵，所述压力泵通过喷嘴向所述第一进气管内通入温度及压力均大于压缩机中的水蒸汽的喷雾，以降低所述压缩机中的压缩过热度。 [0008] 其中，所述原料罐与所述第一料液管的进口之间设有预热器，所述预热器用于对料液进行预加热。 [0009] 其中，所述预热器包括第二料液管和套设于所述第二料液管外侧的第二管壳，所述第二料液管的进口与原料罐连接，所述第二料液管的出口与第一料液管的进口连接；所述第二管壳与所述第二料液管之间形成预热腔，所述第二管壳上设有第二进口和第二出口，所述第二进口用于向所述预热腔内通入预热介质对所述第二料液管内的料液进行预热。 [0010] 其中，所述第二进口通过第一输水管与所述第一出口连接，所述第二出口通过第二输水管与所述喷嘴连接，所述压力泵设于所述第二输水管上，且所述压力泵与所述喷嘴之间的第二输水管上设有加热装置。 [0011] 其中，所述喷嘴的数量为多个，多个所述喷嘴沿周向均匀的设于所述第一进气管的内壁上，所述第一进气管的外壁上设有环形分水槽，所述环形分水槽连接于所述喷嘴和所述第二输水管之间。 [0012] 其中，所述喷嘴在所述第一进气管内倾斜安装，且所述喷嘴的出口方向与所述第一进气管内的进气方向之间的夹角小于90度，多个所述喷嘴形成的喷雾在所述第一进气管的中心线汇合。 [0013] 其中，所述第一输水管上设有冷凝水罐。 [0014] 其中，所述第一料液管还设有循环料液进口，所述分离器上设有循环料液出口，所述循环料液出口与所述循环料液进口通过液体管道连接，且所述液体管道上设有循环泵。 [0015] 其中，所述分离器内设有浓度检测装置，所述浓度检测装置与控制装置连接，所述控制装置用于控制所述循环泵的开闭和排料口的开闭。 [0016] 其中，所述原料罐与所述第一料液管的进口之间设有进料泵。 [0017] (三)有益效果 [0018] 本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种外加热湿压缩的MVR系统，包括原料罐、蒸发器、分离器和压缩机，蒸发器包括第一料液管和套设于第一料液管的外侧的第一管壳，第一管壳与第一料液管之间形成换热腔，且第一管壳上设有第一进口和第一出口，分离器设有进料口、蒸汽出口和排料口，第一料液管的进口与原料罐连接，第一料液管的出口与分离器的进料口连接，压缩机的进气口通过第一进气管与蒸汽出口连接，压缩机的出气口通过第二进气管与第一进口连接，用于向所述换热腔内通入蒸汽与所述第一料液管内的料液换热。原料从原料罐中依次经过蒸发器和分离器后，分离出高浓度的料液和水蒸汽，水蒸汽经过压缩机压缩其温度和压力均升高，然后进入到蒸汽器的换热腔内与第一料液管内的料液进行间壁式换热，进而实现对第一料液内的料液的加热，第一进气管的内壁上设有喷嘴，喷嘴连接压力泵，压力泵通过喷嘴向第一进气管内通入高温高压的喷雾。水经过压力泵提高压力后进入喷嘴雾化，形成的喷雾的粒径较小，一方面增大蒸发换热的换热面积，有利于消除压缩过热度，另一方面，粒径越小，蒸发越快，不会对压缩机叶轮产生碰撞及液击。喷雾的温度和压力高于压缩机中的水蒸汽，因此，仅仅需要压缩过程中的过热度就能使其蒸发完毕，进一步避免了其蒸发不完全威胁压缩机安全运行的隐患。 附图说明[0020] 图1是本发明实施例提供的外加热湿压缩的MVR系统的结构示意图； [0021] 图2是本发明实施例第二输水管与第一进气管的连接关系图。 [0022] 图中：1：压缩机；2：蒸发器；3：分离器；4：冷凝水罐；5：预热器；6：原料罐；7：循环泵；8：进料泵；9：排料阀；10：压力泵；11：第二输水管；12：加热装置；13：第一进气管；14：喷嘴；15：环形分水槽；1a：压缩机的进气口；1b：压缩机的出气口；2a：第一料液管的出口；2b：第一进口；2c：第一出口；2d：第一料液管的进口；2e：循环料液进口；3a：排料口；3b：进料口； 3c：循环料液出口；3d：蒸汽出口；5a：第二料液管的进口；5b：第二料液管的出口；5c：第二进口；5d：第二出口。 具体实施方式[0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0025] 此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。 [0026] 如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种外加热湿压缩的MVR系统，包括原料罐6、蒸发器2、分离器3和压缩机1，蒸发器2包括第一料液管和套设于第一料液管外侧的第一管壳，第一管壳与第一料液管之间形成换热腔，第一管壳上设有第一进口2b和第一出口2d，分离器3设有进料口3b、蒸汽出口3d和排料口3a；第一料液管的进口2d与原料罐6连接，第一料液管的出口2a与分离器3的进料口3b连接；在本实施例中，压缩机1采用离心压缩机，压缩机1的进气口1a通过第一进气管13与蒸汽出口3d连接，压缩机1的出气口1b通过第二进气管与第一进口2b连接，用于向换热腔内通入高温高压的蒸汽与第一料液管内的料液进行间壁式换热，高温高压的蒸汽在换热完成之后变为冷凝水从第一出口流出；第一进气管13的内壁上设有喷嘴14，喷嘴14连接压力泵10，压力泵10通过喷嘴14向第一进气管13内通入温度及压力均大于压缩机1中的水蒸汽的喷雾，以降低压缩机1中的压缩过热度。经过压力泵10提高压力后进入喷嘴14雾化，形成的喷雾的粒径较小，一方面增大蒸发换热的换热面积，有利于消除压缩过热度，另一方面，粒径越小，蒸发越快，不会对压缩机1叶轮产生碰撞及液击。喷雾的温度和压力高于压缩机1中的水蒸汽，因此，仅仅需要压缩过程中的过热度就能使其蒸发完毕，进一步避免了其蒸发不完全威胁压缩机1安全运行的隐患。 [0027] 进一步地，原料罐6与第一料液管的进口之间设有预热器5，预热器5用于对料液进行预加热。具体的，预热器5包括第二料液管和套设于第二料液管的外侧的第二管壳，第二料液管的进口5a与原料罐6连接，第二料液管的出口5b与第一料液管的进口2d连接，第二管壳与第二料液管之间形成预热腔，且第二管壳上设有第二进口5c和第二出口5d，第二进口5c用于向预热腔内通入预热介质对第二料液管内的料液进行预热，该预热介质可以是从第一出口2c流出的冷凝水，也可以采用其他的温度高于料液的流体。原料罐6内的料液在进入到第二料液管时，与预热腔内的预热介质进行换热，提高料液的温度。 [0028] 进一步地，预热腔连接于第一出口2c与喷嘴14之间，且第二进口5c通过第一输水管与第一出口2c连接，第二出口5d通过第二输水管11与喷嘴14连接，压力泵10设于第二输水管11上，且压力泵10与喷嘴14之间的第二输水管上设有加热装置12。在换热腔中完成换热的高温高压的水蒸汽释放热量后变为冷凝水从第一出口流进预热腔内，但冷凝水的温度依然高于原料罐6中的料液的温度，利用该冷凝水对料液进行预热，不仅提高了料液的温度，而且进一步降低了冷凝水的温度，冷凝水温度越高，压力泵10内部器件的要求越高，尤其是对其密封的要求提高，从而大大提高了其成本，而冷凝水换热降温后就避免了压力泵10的高温密封问题，又充分利用了冷凝水余热。压力泵10与喷嘴14之间的第二输水管上设有加热装置，又保证了喷雾的温度高于压缩机1内的水蒸汽的温度，仅仅需要压缩过程中的过热度就能使其蒸发完毕，进一步避免了其蒸发不完全威胁压缩机安全运行的隐患。在本实施例中，加热装置12为设置在第二输水管11外壁上的加热带，另外加热装置也可以是加热丝，或者是直接采用具有加热功能的加热管等其他能起到相同作用的装置。 [0029] 进一步地，喷嘴14靠近压缩机1的进气口1a设置，喷嘴14的数量为多个，多个喷嘴14沿周向均匀的设于第一进气管13的内壁上，第一进气管13的外壁上设有环形分水槽15，环形分水槽15连接于喷嘴14和第二输水管13之间。高温高压的冷凝水经压力泵10打入到环形分水槽15内，然后均匀地进入到各个喷嘴14中，经喷嘴雾化后与第一进气管13内的进气混合进入到压缩机1内。 [0030] 进一步地，喷嘴14在第一进气管13内倾斜安装，且喷嘴14的出口方向与第一进气管13内的进气方向之间的夹角小于90度，多个喷嘴14形成的喷雾在第一进气管13的中心线汇合，随着进气流动进入到压缩机1流场，并通过喷雾蒸发降低水蒸汽压缩过度热。 [0031] 进一步地，第一输水管上设有冷凝水罐4，冷凝水罐4用于收集和储存从蒸发器3内完成换热的冷凝水，并供给预热器5使用。 [0032] 进一步地，第一料液管还设有循环料液进口2e，分离器3上设有循环料液出口3c，循环料液出口3c与循环料液进口2e通过液体管道连接，且液体管道上设有循环泵7。分离器3内设有浓度检测装置，浓度检测装置与控制装置连接，用于控制循环泵的开闭和排料口的开闭。排料口设置排料阀9，当检测到料液的浓度满足要求时，控制装置控制排料阀9打开，循环泵7关闭，料液从排料口排出，当检测的料液的浓度不满足要求时，控制装置控制循环泵7打开，排料阀9关闭，料液再次返回到蒸发器2内进行加热然后回到分离器3进行分离，直至浓度满足要求。 [0033] 使用时，在原料罐6与预热器5之间设置进料泵8，用于将原料罐6内的料液抽出。 [0034] 综上所述，本发明提供了一种外加热湿压缩的MVR系统，包括原料罐、蒸发器、分离器和压缩机，蒸发器包括第一料液管和套设于所述第一料液管的外侧的第一管壳，所述第一管壳与所述第一料液管之间形成换热腔，且所述第一管壳上设有第一进口和第一出口，分离器设有进料口、蒸汽出口和排料口，第一料液管的进口与原料罐连接，第一料液管的出口与分离器的进料口连接，压缩机的进气口通过第一进气管与蒸汽出口连接，压缩机的出气口通过第二进气管与第一进口连接，用于向所述换热腔内通入蒸汽与所述第一料液管内的料液换热。原料从原料罐中依次经过蒸发器和分离器后，分离出高浓度的料液和水蒸汽，水蒸汽经过压缩机压缩其温度和压力均升高，然后进入到蒸发器的换热腔内对第一料液管内的料液进行加热，第一进气管的内壁上设有喷嘴，喷嘴连接压力泵，压力泵通过喷嘴向第一进气管内通入高温高压的喷雾。水经过压力泵提高压力后进入喷嘴雾化，形成的喷雾的粒径较小，一方面增大蒸发换热的换热面积，有利于消除压缩过热度，另一方面，粒径越小，蒸发越快，不会对压缩机叶轮产生碰撞及液击。喷雾的温度和压力高于压缩机中的水蒸汽，因此，仅仅需要压缩过程中的过热度就能使其蒸发完毕，进一步避免了其蒸发不完全威胁压缩机安全运行的隐患。 [0035] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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