降膜蒸發系統及其真空裝置的製作方法

2023-10-09 04:40:29

【技術領域】

本發明涉及蒸發器技術領域，具體涉及一種降膜蒸發系統及其真空裝置。

背景技術：

蒸發器是溶液濃縮的主要設備，在氧化鋁生產過程中，母液蒸發工藝多採用六效逆流管式降膜蒸發器，蒸發器消耗的低壓蒸汽佔氧化鋁總能耗的30％左右，因此降低蒸發器的蒸汽消耗是降低氧化鋁生產總能耗、降低生產成本一個重要措施。

由傳熱速率方程式(q＝kfδt，其中，q為傳熱速率，k為傳熱總係數，f為傳熱面積，δt為有效溫差)可知，蒸發器運行效率主要取決於系統的總溫差。在蒸發過程中提高系統總溫差有兩個途徑，一是提高首效蒸發器的加熱蒸汽壓力，二是提高末效蒸發器的真空度。但是提高首效蒸發器的加熱蒸汽壓力會帶來後幾效溫度升高，生產能力的提高並不明顯，反而會造成結垢加重、運行周期縮短、增加設備腐蝕等問題。因此，提高真空度是增加系統總溫差的首選。

影響真空度的因素有很多，主要有兩個：二次蒸汽的冷凝和不凝氣的排除。如圖1所示，現在一般大型蒸發裝置的真空系統由冷凝器210、冷卻液循環機構加真空泵250組成。冷卻液循環機構包括水封槽230、冷卻塔250、循環水池240及循環水泵260。末效蒸發器200產生的二次蒸汽在冷凝器210內與冷卻水直接接觸迅速被冷凝，使系統形成真空，不凝氣由真空泵250排走。末效蒸發器200產生的二次蒸汽從冷凝器210底部進入，與從上部加入的冷卻水直接接觸，二次蒸汽不斷被冷凝，使系統形成真空，冷凝液與冷卻水作為循環下水一起進入水封槽230，通過冷卻塔250降溫後，最後進入循環水池240作為循環水使用。二次蒸汽被冷凝的關鍵在於冷卻水，冷卻水量越大，溫度越低，二次蒸汽冷凝效果越好，系統真空度越高。所以要想得到較高的真空度，就必須想辦法提高冷卻水量或是降低冷卻水溫。但是，循環水溫度是通過冷卻塔250進行降溫，在冷卻塔250能力一定的情況，很難將循環水溫度進一步降低，同時，循環水泵260的能力也決定了冷卻水量的供給量是一定的。為降低冷卻水溫，人們通常採用增加冷卻液循環機構辦法，即增加多套冷卻塔250進行散熱降溫。然而，冷卻塔250的佔地面積及能耗都較大。過多增加冷卻塔250必然會導致系統佔地面積及能耗的大幅度增長，使得生產成本提高。另外要提高冷卻水的供給量，需增加循環水泵260或是對循環水泵260的供水能力進行改造，這都會造成投資的增加和成本的上升。

技術實現要素：

針對上述存在的問題，有必要提供一種能夠提高系統真空度的降膜蒸發系統及其真空裝置。

為達到上述目的，本發明所採用的技術方案是：

一種降膜蒸發系統的真空裝置，所述降膜蒸發系統包括末效蒸發器，所述真空裝置包括第一冷凝器、第一冷卻液循環機構及真空泵，所述第一冷卻液循環機構連通所述第一冷凝器的底部出口與所述第一冷凝器的冷卻液入口，以向所述第一冷凝器內通入冷卻液，所述真空泵與所述第一冷凝器的不凝氣體出口連接，所述真空裝置還包括第二冷凝器，所述第二冷凝器上間隔設有蒸汽入口、冷卻液入口及不凝氣體出口，所述第一冷凝器的蒸汽入口及所述第二冷凝器的蒸汽入口均用於與所述末效蒸發器的二次蒸汽出口連接，所述第二冷凝器的冷卻液入口用於向所述第二冷凝器內通入冷卻液，以對進入所述第二冷凝器的蒸汽進行冷凝；所述第二冷凝器的不凝氣體出口與所述真空泵連接。

進一步地，所述第一冷卻液循環機構包括第一水封槽、冷卻塔、循環水池及水泵，所述第一水封槽與所述第一冷凝器的底部出口連通，所述水泵的進水口依次通過所述循環水池及所述冷卻塔後與所述第一水封槽連接，所述水泵的出水口與所述第一冷凝器的冷卻液入口連接。

進一步地，所述真空裝置還包括換熱器，所述換熱器上間隔設有蒸汽入口、蒸汽出口、冷卻液入口及冷卻液出口，所述第一冷凝器的蒸汽入口及所述第二冷凝器的蒸汽入口均與所述換熱器的蒸汽出口連接，所述換熱器上的蒸汽入口用於與所述末效蒸發器的二次蒸汽出口連接，以通過所述換熱器將所述第一冷凝器、所述第二冷凝器與所述末效蒸發器連接，所述換熱器上的冷卻液入口用以向所述換熱器內通入冷卻液，以對進入所述換熱器內的蒸汽進行降溫；所述換熱器上的冷卻液出口用以排出換熱後的冷卻液。

進一步地，所述換熱器具有一冷凝水出口，所述冷凝水出口通過一管道與所述第一水封槽連通。

進一步地，通入所述換熱器內的冷卻液為電廠來除鹽水。

進一步地，所述第二冷凝器的冷卻液入口包括第一冷卻液入口，經由所述第一冷卻液入口通入所述第二冷凝器內的冷卻液為管網來水冷卻液，所述第二冷凝器的第一冷卻液入口連接一輸送管，所述輸送管遠離所述第二冷凝器的端部用於與一管網連通。

進一步地，所述管網來水冷卻液包括管網來汙水及管網來生產水，所述輸送管遠離所述第二冷凝器的一端分支形成兩個連通管，兩個連通管均用於與所述管網連接，其中一個連通管用於輸送管網來汙水，另一連通管用於輸送管網來生產水，兩個所述連通管均設有控制相應連通管通斷的管道閥門。

進一步地，所述第二冷凝器的冷卻液入口包括與所述第一冷卻液入口間隔設置的第二冷卻液入口，所述真空裝置還包括第二冷卻液循環機構，所述第二冷卻液循環機構包括第二水封槽、循環泵、連接管及循環管，所述第二水封槽與所述第二冷凝器的底部出口連通，所述第二水封槽通過所述連接管與所述循環泵連接，所述循環泵通過所述循環管連通所述第二冷卻液入口，以利用所述第二水封槽內的冷卻液對進入所述第二冷凝器的蒸汽進行冷凝。

進一步地，所述真空裝置還包括回水管，所述回水管的一端與所述循環管連接，所述回水管的另一端用於與所述管網連接，以將所述第二水封槽內的冷卻液返回所述管網，所述回水管上設有控制所述回水管通斷的通斷閥門。

本發明還提供一種降膜蒸發系統，包括末效蒸發器及真空裝置，所述真空裝置包括第一冷凝器、第一冷卻液循環機構及真空泵，所述第一冷卻液循環機構連通所述第一冷凝器的底部出口與所述第一冷凝器的冷卻液入口，以向所述第一冷凝器內通入冷卻液，所述真空泵與所述第一冷凝器的不凝氣體出口連接，所述真空裝置還包括第二冷凝器，所述第二冷凝器上間隔設有蒸汽入口、冷卻液入口及不凝氣體出口，所述第一冷凝器的蒸汽入口及所述第二冷凝器的蒸汽入口均與所述末效蒸發器的二次蒸汽出口連接，所述第二冷凝器的冷卻液入口用於向所述第二冷凝器內通入冷卻液，以對進入所述第二冷凝器的蒸汽進行冷凝；所述第二冷凝器的不凝氣體出口與所述真空泵連接。

由於採用上述技術方案，本發明具有以下有益效果：

1、本發明的降膜蒸發系統及其真空裝置，末效蒸發器的二次蒸汽分成兩路分別在第一冷凝器及第二冷凝器內進行冷凝，使得進入原冷凝器，即第一冷凝器的二次蒸汽的蒸汽量減少，在保持第一冷卻液循環機構的原冷卻液量不變的情況下，從第一冷凝器底部出口排出的循環下水溫度比未增加第二冷凝器前的有所降低，經過第一冷卻液循環機構降溫後，使得再次進入第一冷凝器的冷卻液溫度比未增加第二冷凝器前的降低，從而提高了系統的真空度，使得降膜蒸發系統的運行效率提高。同時，還可通過第二冷凝器的冷卻液入口向第二冷凝器內通入冷卻液，達到增加冷卻液量的目的，進一步提高了系統的真空度，使得降膜蒸發系統的運行效率提高。

2、本發明的降膜蒸發系統及其真空裝置，利用換熱器與末效蒸發器的二次蒸汽進行換熱，降低了二次蒸汽的溫度，降溫後的蒸汽再分成兩路分別在第一冷凝器及第二冷凝器內進行冷凝，使得進入原冷凝器，即第一冷凝器的二次蒸汽不僅量減少，而且溫度降低，在保持原冷卻液量不變的情況下，從第一冷凝器底部出口排出的循環下水溫度比未增加換熱器前的降低，經過第一冷卻液循環機構降溫後，使得再次進入第一冷凝器的冷卻液溫度比未增加換熱器前的降低，進一步提高了系統的真空度。

3、本發明的降膜蒸發系統及其真空裝置，第二冷凝器利用管網來水作為冷卻液，換熱器的冷卻液採用電廠來除鹽水，電廠除鹽水、管網來水都是生產上需要加熱的冷水源，現有技術中，這些冷卻水源均需要消耗能源進行加熱，本發明將這些水源用於降膜蒸發系統二次蒸汽的換熱，達到了節能降耗的目的。

【附圖說明】

圖1為現有技術降膜蒸發系統的結構示意圖。

圖2為本發明一較佳實施方式的降膜蒸發系統的結構示意圖。

附圖中，100-降膜蒸發系統、2,200-末效蒸發器、23-二次蒸汽出口、4-真空裝置、42-第一冷凝器、43-第一冷卻液循環機構、432-第一水封槽、434,250-冷卻塔、435,240-循環水池、436-水泵、44-換熱器、442-蒸汽入口、443-蒸汽出口、446-冷卻液出口、45-第二冷凝器、452,425--蒸汽入口、423,445-冷卻液入口、4532-第一冷卻液入口、4534-第二冷卻液入口、454,424--不凝氣體出口、422-底部出口、46,250-真空泵、5-分支管、6-管道、7-輸送管、72-連通管、74-管道閥門、8-第二冷卻液循環機構、82-第二水封槽、84-循環泵、86-連接管、862-水閥、88-循環管、9-回水管、92-通斷閥門、210-冷凝器、230-水封槽、260-循環水泵。

【具體實施方式】

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，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，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。

需要說明的是，當組件被稱為「固定於」另一個組件，它可以直接在另一個組件上或者也可以存在居中的組件。當一個組件被認為是「連接」另一個組件，它可以是直接連接到另一個組件或者可能同時存在居中組件。當一個組件被認為是「設置於」另一個組件，它可以是直接設置在另一個組件上或者可能同時存在居中組件。本文所使用的術語「垂直的」、「水平的」、「左」、「右」以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬於本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在於限制本發明。本文所使用的術語「及/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

請參見圖2，本發明一較佳實施方式提供一種降膜蒸發系統100，包括末效蒸發器2及真空裝置4。真空裝置4包括第一冷凝器42、第一冷卻液循環機構43、換熱器44、第二冷凝器45及真空泵46。第一冷卻液循環機構43連通第一冷凝器42的底部出口422及第一冷凝器42的冷卻液入口423，以向第一冷凝器42內通入冷卻液；換熱器44上間隔設有蒸汽入口442、蒸汽出口443、冷卻液入口445及冷卻液出口446。第二冷凝器45上間隔設有蒸汽入口452、冷卻液入口(未標示)及不凝氣體出口454。換熱器44上的蒸汽入口442與末效蒸發器2的二次蒸汽出口23連接，換熱器44的蒸汽出口443連通有兩個分支管5，兩個分支管5分別與第二冷凝器45的蒸汽入口452及第一冷凝器42的蒸汽入口425連接。換熱器44上的冷卻液入口445用以向換熱器44內通入冷卻液，以對進入換熱器44內的二次蒸汽進行降溫；換熱器44上的冷卻液出口446用以排出換熱後的冷卻液；在本實施方式中，通入換熱器44內的冷卻液為電廠來除鹽水。第二冷凝器45的冷卻液入口用於向第二冷凝器45內通入冷卻液，以對進入第二冷凝器45的蒸汽進行冷凝；第一冷凝器42的不凝氣體出口424及第二冷凝器45的不凝氣體出口454均與真空泵46連接，以排出不凝氣體。

在本實施方式中，第一冷凝器42的不凝氣體出口424位於第一冷凝器42的頂部。第一冷凝器42的蒸汽入口425及冷卻液入口423均位於第一冷凝器42的側壁上，且第一冷凝器42的蒸汽入口425所在水平面低於第一冷凝器42的冷卻液入口423所在水平面。第二冷凝器45的不凝氣體出口454位於第二冷凝器45的頂部。第二冷凝器45的蒸汽入口452及冷卻液入口均位於第二冷凝器45的側壁上，且第二冷凝器45的蒸汽入口452所在水平面低於第二冷凝器45的冷卻液入口所在水平面。

在本實施方式中，換熱器44為列管式換熱器。第一冷卻液循環機構43具體包括第一水封槽432、冷卻塔434、循環水池435及水泵436，第一水封槽432與第一冷凝器42的底部出口422連通，水泵436的進水口依次通過循環水池435及冷卻塔434後與第一水封槽432連接，水泵436的出水口與第一冷凝器42的冷卻液入口423連接。在本實施方式中，換熱器44具有一冷凝水出口(未標示)，冷凝水出口通過一管道6與第一水封槽432連通，從而將換熱器44運作過程中產生的冷凝水導出至第一水封槽432內重複利用，增加冷卻液量並節約水資源。

在本實施方式中，第二冷凝器45的冷卻液入口包括間隔設置的第一冷卻液入口4532及第二冷卻液入口4534。其中，經由第一冷卻液入口4532通入第二冷凝器45內的冷卻液為管網來水冷卻液，第二冷凝器45的第一冷卻液入口4532連接一輸送管7，輸送管7遠離第二冷凝器45的端部用於與一管網連通。真空裝置4還包括第二冷卻液循環機構8。第二冷卻液循環機構8包括第二水封槽82、循環泵84、連接管86及循環管88。第二水封槽82與第二冷凝器45的底部出口(未標示)連通，第二水封槽82通過連接管86與循環泵84連接，循環泵84通過循環管88連通第二冷卻液入口4534，以利用第二水封槽82內的冷卻液對進入第二冷凝器45的蒸汽進行冷凝。在本實施方式中，連接管86上還設有控制連接管86通斷的水閥862。

在本實施方式中，管網來水冷卻液包括管網來汙水及管網來生產水。輸送管7遠離第二冷凝器45的一端分支形成兩個連通管72，兩個連通管72均與管網連接，其中一個連通管72用於輸送管網來汙水，另一連通管72用於輸送管網來生產水，兩個連通管72均設有控制相應連通管72通斷的管道閥門74。

在本實施方式中，真空裝置4還包括回水管9，回水管9的一端與循環管88連接，回水管9的另一端用於與管網連接，以將第二水封槽82內的冷卻液返回管網，回水管9上設有控制回水管9通斷的通斷閥門92。

本發明還提供一種提高降膜蒸發系統100真空度的方法，包括以下步驟：

(1)提供上述真空裝置4；

(2)通過換熱器44的冷卻液入口445向換熱器44內通入冷卻液，利用換熱器44內的冷卻液對從末效蒸發器2排出的二次蒸汽進行降溫；降溫後的蒸汽部分通入第一冷凝器42，其餘部分通入第二冷凝器45；換熱後的冷卻液從換熱器44上的冷卻液出口446排出；在本實施方式中，利用換熱器44內的冷卻液對從末效蒸發器2排出的二次蒸汽進行降溫後，還執行以下步驟：將換熱器44內形成的冷凝水通過管道6通入第一水封槽432內循環利用。

(3)利用第一冷卻液循環機構43將冷卻液通入第一冷凝器42中，以對通入第一冷凝器42的蒸汽進行冷凝，具體為：利用冷卻塔434對第一水封槽432內的液體進行冷卻以形成冷卻液；利用循環水池435對冷卻塔434中的冷卻液進行儲存；通過水泵436將循環水池435中的冷卻液通入第一冷凝器42中。

通過第二冷凝器45的冷卻液入口向第二冷凝器45內通入冷卻液，以對通入第二冷凝器45的蒸汽進行冷凝，以使系統形成真空。在本實施方式中，經由第一冷卻液入口4532向第二冷凝器45內通入管網來水冷卻液，具體為：利用其中一個連通管72向第二冷凝器45內輸送管網來汙水，當管網來汙水不能滿足第二冷凝器45的冷卻液用量時，利用另一連通管72向第二冷凝器45內輸送管網來生產水。

在本實施方式中，利用第二水封槽82收集從第二冷凝器45的底部出口排出的循環下水，利用循環泵84將第二水封槽82內的循環下水從第二冷卻液入口4534通入第二冷凝器45中，以對進入第二冷凝器45的蒸汽進行冷凝。當第二水封槽82內水量到達預設值後，還利用回水管9將第二水封槽82內的冷卻液返回管網。

(4)通過真空泵46將第一冷凝器42及第二冷凝器45內的不凝氣體排出。

本發明的降膜蒸發系統100及其真空裝置4，在末效二次蒸汽進入第一冷凝器42前，增加一臺換熱器44，利用電廠來的除鹽水與二次蒸汽進行間接換熱，降低二次蒸汽的溫度，換熱器44產生的冷凝水引進第一水封槽432裡。末效蒸汽器2產生的二次蒸汽溫度為51-54℃，電廠來的除鹽水溫度為20℃、流量為80m3/h，二者經過換熱後，二次蒸汽溫度下降至49℃、電廠除鹽水溫度升高至50℃。

二次蒸汽經過除鹽水換熱降溫後，再分成兩路進行冷凝。進入第一冷凝器42的二次蒸汽不僅溫度降低，同時蒸汽量也減少，在保持第一冷卻液循環機構43的冷卻水量不變的情況下，循環下水溫度比改造前降低了3.62℃(由47.54℃降低至43.95℃)，經過冷卻塔434降溫後，冷卻水溫度比改造前降低了2.56℃，(由37.38℃降低至34.79℃)，達到降低冷卻水溫度的目的。另一路二次蒸汽進入第二冷凝器45進行冷凝，利用管網來汙水和生產水作為冷卻水源，達到增加冷卻水量的目的。經過改造後，降膜蒸發系統100的真空度得到很大的提高，系統消耗的低壓蒸汽量降低5-6t/h，年節約成本4900萬元。

另外，電廠除鹽水、管網來的汙水、生產水都是生產上需要加熱的冷水源，改造前，這些冷卻水源均需要消耗能源進行加熱，本發明將這些水源用於降膜蒸發系統100二次蒸汽的換熱，達到了節能降耗的目的。

可以理解，在其他實施方式中，換熱器44可以省略。此時，第一冷凝器42的蒸汽入口425及第二冷凝器45的蒸汽入口452均與末效蒸發器2的二次蒸汽出口23連接。末效蒸發器2的二次蒸汽分成兩路分別在第一冷凝器42及第二冷凝器45內進行冷凝，使得進入原冷凝器，即第一冷凝器42的二次蒸汽的蒸汽量減少，在保持第一冷卻液循環機構43的原冷卻液量不變的情況下，從第一冷凝器42底部出口排出的循環下水溫度比未增加第二冷凝器45前的有所降低，經過第一冷卻液循環機構43降溫後，使得再次進入第一冷凝器42的冷卻液溫度比未增加第二冷凝器45前的有所降低，從而提高了系統的真空度，使得降膜蒸發系統100的運行效率提高。同時，還可通過第二冷凝器45的冷卻液入口向第二冷凝器45內通入冷卻液，達到增加冷卻液量的目的，進一步提高了系統的真空度，使得降膜蒸發系統100的運行效率提高。

上述說明是針對本發明較佳可行實施例的詳細說明，但實施例並非用以限定本發明的專利申請範圍，凡本發明所提示的技術精神下所完成的同等變化或修飾變更，均應屬於本發明所涵蓋專利範圍。