一種外加熱溼壓縮的MVR系統的製作方法
2023-12-03 14:00:16
本發明涉及餘熱回收技術領域，尤其涉及一種外加熱溼壓縮的MVR系統。
背景技術：
機械蒸汽再壓縮(Mechanical Vapor Recompression，MVR)熱泵技術立足蒸發過程中熱回收利用的機理，將傳統工藝最後排放的廢熱蒸汽重新收集，經壓縮後使其恢復到具有蒸發加熱的能力。由於充分回收利用了二次蒸汽的潛熱，因此相比傳統的蒸發技術，大大降低了能耗。同時，該技術具有巨大的環保潛力，用於廢水廢液處理時可減少汙染物的排放。系統完全擺脫了對蒸汽鍋爐的依賴，只要有電就能使用，不需要蒸汽、鍋爐、煤和冷卻水，減少了SO2、CO2的排放，減少了粉塵和固體廢渣的排放，其節能和環保效益均非常可觀。
水蒸汽壓縮機是MVR的核心部件之一，水蒸汽離心壓縮機具有流量大、穩定性好的特點，壓比可達1.7左右，適合應用於大型MVR系統。由於水蒸汽壓縮過程的高溫，一定程度上增加了壓縮過程的耗功，同時也使其壽命受到一定的影響。因此，水蒸汽離心壓縮機壓縮過程中的冷卻就顯得尤其重要。由於前噴水過程中存在液滴撞擊葉輪的危險，目前一般採用後噴水的方式，即在排氣口進行噴水，這種方式對過熱蒸汽的冷卻效果不明顯，導致壓縮機效率低下。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是解決採用現有技術中對壓縮機進行冷卻時會造成液滴撞擊葉輪損壞壓縮機，以及壓縮機過熱度消除不夠，導致MVR系統效率較低的問題。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種外加熱溼壓縮的MVR系統，包括原料罐、蒸發器、分離器和壓縮機，所述蒸發器包括第一料液管和套設於所述第一料液管的外側的第一管殼，所述第一管殼與所述第一料液管之間形成換熱腔，且所述第一管殼上設有第一進口和第一出口，所述分離器設有進料口、蒸汽出口和排料口；所述第一料液管的進口與所述原料罐連接，所述第一料液管的出口與所述分離器的進料口連接；所述壓縮機的進氣口通過第一進氣管與所述蒸汽出口連接，所述壓縮機的出氣口通過第二進氣管與所述第一進口連接用於向所述換熱腔內通入蒸汽與所述第一料液管內的料液換熱；所述第一進氣管的內壁上設有噴嘴，所述噴嘴連接壓力泵，所述壓力泵通過噴嘴向所述第一進氣管內通入溫度及壓力均大於壓縮機中的水蒸汽的噴霧，以降低所述壓縮機中的壓縮過熱度。
其中，所述原料罐與所述第一料液管的進口之間設有預熱器，所述預熱器用於對料液進行預加熱。
其中，所述預熱器包括第二料液管和套設於所述第二料液管外側的第二管殼，所述第二料液管的進口與原料罐連接，所述第二料液管的出口與第一料液管的進口連接；所述第二管殼與所述第二料液管之間形成預熱腔，所述第二管殼上設有第二進口和第二出口，所述第二進口用於向所述預熱腔內通入預熱介質對所述第二料液管內的料液進行預熱。
其中，所述第二進口通過第一輸水管與所述第一出口連接，所述第二出口通過第二輸水管與所述噴嘴連接，所述壓力泵設於所述第二輸水管上，且所述壓力泵與所述噴嘴之間的第二輸水管上設有加熱裝置。
其中，所述噴嘴的數量為多個，多個所述噴嘴沿周向均勻的設於所述第一進氣管的內壁上，所述第一進氣管的外壁上設有環形分水槽，所述環形分水槽連接於所述噴嘴和所述第二輸水管之間。
其中，所述噴嘴在所述第一進氣管內傾斜安裝，且所述噴嘴的出口方向與所述第一進氣管內的進氣方向之間的夾角小於90度，多個所述噴嘴形成的噴霧在所述第一進氣管的中心線匯合。
其中，所述第一輸水管上設有冷凝水罐。
其中，所述第一料液管還設有循環料液進口，所述分離器上設有循環料液出口，所述循環料液出口與所述循環料液進口通過液體管道連接，且所述液體管道上設有循環泵。
其中，所述分離器內設有濃度檢測裝置，所述濃度檢測裝置與控制裝置連接，所述控制裝置用於控制所述循環泵的開閉和排料口的開閉。
其中，所述原料罐與所述第一料液管的進口之間設有進料泵。
(三)有益效果
本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明提供了一種外加熱溼壓縮的MVR系統，包括原料罐、蒸發器、分離器和壓縮機，蒸發器包括第一料液管和套設於第一料液管的外側的第一管殼，第一管殼與第一料液管之間形成換熱腔，且第一管殼上設有第一進口和第一出口，分離器設有進料口、蒸汽出口和排料口，第一料液管的進口與原料罐連接，第一料液管的出口與分離器的進料口連接，壓縮機的進氣口通過第一進氣管與蒸汽出口連接，壓縮機的出氣口通過第二進氣管與第一進口連接，用於向所述換熱腔內通入蒸汽與所述第一料液管內的料液換熱。原料從原料罐中依次經過蒸發器和分離器後，分離出高濃度的料液和水蒸汽，水蒸汽經過壓縮機壓縮其溫度和壓力均升高，然後進入到蒸汽器的換熱腔內與第一料液管內的料液進行間壁式換熱，進而實現對第一料液內的料液的加熱，第一進氣管的內壁上設有噴嘴，噴嘴連接壓力泵，壓力泵通過噴嘴向第一進氣管內通入高溫高壓的噴霧。水經過壓力泵提高壓力後進入噴嘴霧化，形成的噴霧的粒徑較小，一方面增大蒸發換熱的換熱面積，有利於消除壓縮過熱度，另一方面，粒徑越小，蒸發越快，不會對壓縮機葉輪產生碰撞及液擊。噴霧的溫度和壓力高於壓縮機中的水蒸汽，因此，僅僅需要壓縮過程中的過熱度就能使其蒸發完畢，進一步避免了其蒸發不完全威脅壓縮機安全運行的隱患。
除了上面所描述的本發明解決的技術問題、構成的技術方案的技術特徵以及有這些技術方案的技術特徵所帶來的優點之外，本發明的其他技術特徵及這些技術特徵帶來的優點，將結合附圖作出進一步說明。
附圖說明
圖1是本發明實施例提供的外加熱溼壓縮的MVR系統的結構示意圖；
圖2是本發明實施例第二輸水管與第一進氣管的連接關係圖。
圖中：1：壓縮機；2：蒸發器；3：分離器；4：冷凝水罐；5：預熱器；6：原料罐；7：循環泵；8：進料泵；9：排料閥；10：壓力泵；11：第二輸水管；12：加熱裝置；13：第一進氣管；14：噴嘴；15：環形分水槽；1a：壓縮機的進氣口；1b：壓縮機的出氣口；2a：第一料液管的出口；2b：第一進口；2c：第一出口；2d：第一料液管的進口；2e：循環料液進口；3a：排料口；3b：進料口；3c：循環料液出口；3d：蒸汽出口；5a：第二料液管的進口；5b：第二料液管的出口；5c：第二進口；5d：第二出口。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」、「多根」、「多組」的含義是兩個或兩個以上，「若干個」、「若干根」、「若干組」的含義是一個或一個以上。
如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的一種外加熱溼壓縮的MVR系統，包括原料罐6、蒸發器2、分離器3和壓縮機1，蒸發器2包括第一料液管和套設於第一料液管外側的第一管殼，第一管殼與第一料液管之間形成換熱腔，第一管殼上設有第一進口2b和第一出口2d，分離器3設有進料口3b、蒸汽出口3d和排料口3a；第一料液管的進口2d與原料罐6連接，第一料液管的出口2a與分離器3的進料口3b連接；在本實施例中，壓縮機1採用離心壓縮機，壓縮機1的進氣口1a通過第一進氣管13與蒸汽出口3d連接，壓縮機1的出氣口1b通過第二進氣管與第一進口2b連接，用於向換熱腔內通入高溫高壓的蒸汽與第一料液管內的料液進行間壁式換熱，高溫高壓的蒸汽在換熱完成之後變為冷凝水從第一出口流出；第一進氣管13的內壁上設有噴嘴14，噴嘴14連接壓力泵10，壓力泵10通過噴嘴14向第一進氣管13內通入溫度及壓力均大於壓縮機1中的水蒸汽的噴霧，以降低壓縮機1中的壓縮過熱度。經過壓力泵10提高壓力後進入噴嘴14霧化，形成的噴霧的粒徑較小，一方面增大蒸發換熱的換熱面積，有利於消除壓縮過熱度，另一方面，粒徑越小，蒸發越快，不會對壓縮機1葉輪產生碰撞及液擊。噴霧的溫度和壓力高於壓縮機1中的水蒸汽，因此，僅僅需要壓縮過程中的過熱度就能使其蒸發完畢，進一步避免了其蒸發不完全威脅壓縮機1安全運行的隱患。
進一步地，原料罐6與第一料液管的進口之間設有預熱器5，預熱器5用於對料液進行預加熱。具體的，預熱器5包括第二料液管和套設於第二料液管的外側的第二管殼，第二料液管的進口5a與原料罐6連接，第二料液管的出口5b與第一料液管的進口2d連接，第二管殼與第二料液管之間形成預熱腔，且第二管殼上設有第二進口5c和第二出口5d，第二進口5c用於向預熱腔內通入預熱介質對第二料液管內的料液進行預熱，該預熱介質可以是從第一出口2c流出的冷凝水，也可以採用其他的溫度高於料液的流體。原料罐6內的料液在進入到第二料液管時，與預熱腔內的預熱介質進行換熱，提高料液的溫度。
進一步地，預熱腔連接於第一出口2c與噴嘴14之間，且第二進口5c通過第一輸水管與第一出口2c連接，第二出口5d通過第二輸水管11與噴嘴14連接，壓力泵10設於第二輸水管11上，且壓力泵10與噴嘴14之間的第二輸水管上設有加熱裝置12。在換熱腔中完成換熱的高溫高壓的水蒸汽釋放熱量後變為冷凝水從第一出口流進預熱腔內，但冷凝水的溫度依然高於原料罐6中的料液的溫度，利用該冷凝水對料液進行預熱，不僅提高了料液的溫度，而且進一步降低了冷凝水的溫度，冷凝水溫度越高，壓力泵10內部器件的要求越高，尤其是對其密封的要求提高，從而大大提高了其成本，而冷凝水換熱降溫後就避免了壓力泵10的高溫密封問題，又充分利用了冷凝水餘熱。壓力泵10與噴嘴14之間的第二輸水管上設有加熱裝置，又保證了噴霧的溫度高於壓縮機1內的水蒸汽的溫度，僅僅需要壓縮過程中的過熱度就能使其蒸發完畢，進一步避免了其蒸發不完全威脅壓縮機安全運行的隱患。在本實施例中，加熱裝置12為設置在第二輸水管11外壁上的加熱帶，另外加熱裝置也可以是加熱絲，或者是直接採用具有加熱功能的加熱管等其他能起到相同作用的裝置。
進一步地，噴嘴14靠近壓縮機1的進氣口1a設置，噴嘴14的數量為多個，多個噴嘴14沿周向均勻的設於第一進氣管13的內壁上，第一進氣管13的外壁上設有環形分水槽15，環形分水槽15連接於噴嘴14和第二輸水管13之間。高溫高壓的冷凝水經壓力泵10打入到環形分水槽15內，然後均勻地進入到各個噴嘴14中，經噴嘴霧化後與第一進氣管13內的進氣混合進入到壓縮機1內。
進一步地，噴嘴14在第一進氣管13內傾斜安裝，且噴嘴14的出口方向與第一進氣管13內的進氣方向之間的夾角小於90度，多個噴嘴14形成的噴霧在第一進氣管13的中心線匯合，隨著進氣流動進入到壓縮機1流場，並通過噴霧蒸發降低水蒸汽壓縮過度熱。
進一步地，第一輸水管上設有冷凝水罐4，冷凝水罐4用於收集和儲存從蒸發器3內完成換熱的冷凝水，並供給預熱器5使用。
進一步地，第一料液管還設有循環料液進口2e，分離器3上設有循環料液出口3c，循環料液出口3c與循環料液進口2e通過液體管道連接，且液體管道上設有循環泵7。分離器3內設有濃度檢測裝置，濃度檢測裝置與控制裝置連接，用於控制循環泵的開閉和排料口的開閉。排料口設置排料閥9，當檢測到料液的濃度滿足要求時，控制裝置控制排料閥9打開，循環泵7關閉，料液從排料口排出，當檢測的料液的濃度不滿足要求時，控制裝置控制循環泵7打開，排料閥9關閉，料液再次返回到蒸發器2內進行加熱然後回到分離器3進行分離，直至濃度滿足要求。
使用時，在原料罐6與預熱器5之間設置進料泵8，用於將原料罐6內的料液抽出。
綜上所述，本發明提供了一種外加熱溼壓縮的MVR系統，包括原料罐、蒸發器、分離器和壓縮機，蒸發器包括第一料液管和套設於所述第一料液管的外側的第一管殼，所述第一管殼與所述第一料液管之間形成換熱腔，且所述第一管殼上設有第一進口和第一出口，分離器設有進料口、蒸汽出口和排料口，第一料液管的進口與原料罐連接，第一料液管的出口與分離器的進料口連接，壓縮機的進氣口通過第一進氣管與蒸汽出口連接，壓縮機的出氣口通過第二進氣管與第一進口連接，用於向所述換熱腔內通入蒸汽與所述第一料液管內的料液換熱。原料從原料罐中依次經過蒸發器和分離器後，分離出高濃度的料液和水蒸汽，水蒸汽經過壓縮機壓縮其溫度和壓力均升高，然後進入到蒸發器的換熱腔內對第一料液管內的料液進行加熱，第一進氣管的內壁上設有噴嘴，噴嘴連接壓力泵，壓力泵通過噴嘴向第一進氣管內通入高溫高壓的噴霧。水經過壓力泵提高壓力後進入噴嘴霧化，形成的噴霧的粒徑較小，一方面增大蒸發換熱的換熱面積，有利於消除壓縮過熱度，另一方面，粒徑越小，蒸發越快，不會對壓縮機葉輪產生碰撞及液擊。噴霧的溫度和壓力高於壓縮機中的水蒸汽，因此，僅僅需要壓縮過程中的過熱度就能使其蒸發完畢，進一步避免了其蒸發不完全威脅壓縮機安全運行的隱患。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。