多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統和改造方法與流程

2023-10-08 23:14:59 2

本發明屬於多效蒸發蒸汽供給的技術領域，特別是涉及一種多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統和改造方法。

背景技術：

蒸發和結晶廣泛應用於食品、化工、醫藥、生物和環保領域，如牛奶、果汁、鹽類、糖、抗生素、胺基酸、廢水的濃縮和結晶。

由於過程產生相變化：汽化和冷凝，因此蒸髮結晶操作需要消耗的大量的蒸汽用於加熱和冷卻，裝置設計的優劣在很大程度上取決於裝置的運行能耗。傳統的節能措施為多效設計，如三效、四效或五效。理論上，單效每蒸發1噸水需要1噸蒸汽，二效需要0.5噸，三效需要0.33噸，以此類推。最後效的蒸汽進入冷凝器，用冷卻水冷卻，即汽化潛熱通過冷卻水，最終再通過冷卻塔消耗在大氣中。

蒸汽通常由燃煤鍋爐產生，由於燃煤造成嚴重的空氣汙染，許多地區已要求企業將燃煤鍋爐改成燃油鍋爐，進一步提高能源的成本。如果將二次蒸汽壓縮，達到一定的溫度和壓力再次利用，汽化潛熱被反覆利用，則蒸汽潛熱不需要消耗在大氣中，能量就能得到充分的利用，蒸髮結晶工藝過程將節約大量的能量。

採用機械蒸汽再壓縮技術，將蒸髮結晶的二次蒸汽再壓縮作為熱源加熱蒸髮結晶器，不需要蒸汽作為熱源。對於類似低沸點升高的產品，每蒸發1噸水，只需要15-18度電。鑑於目前的蒸汽的價格(200元/噸)和電價(0.8元/度)，越來越多的蒸髮結晶過程採用機械蒸汽再壓縮技術。

對於正在運行的成千上萬臺傳統蒸發器如何改造為機械蒸汽再壓縮加熱以節約能源由於缺乏系統的技術手段，還未受到關注。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統和改造方法，系統正常運行情況下基本不需要額外的鍋爐蒸汽供給，節約成本，降低能耗，減少環境汙染，改造方法簡單通用。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統，包括若干效的降膜蒸發器，各效降膜蒸發器產生的二次蒸汽通過管道輸送至蒸汽吸入管中合併，所述蒸汽吸入管的末端與機械蒸汽壓縮機的入氣口相連，所述機械蒸汽壓縮機的出氣口與蒸汽輸送管連接，所述蒸汽輸送管分別與各效降膜蒸發器內部的蒸汽加熱殼程連通。

作為本發明一種優選的實施方式，所述蒸汽吸入管上連通有壓縮機密封蒸汽管，所述壓縮機密封蒸汽管連接到外源蒸汽設備。

作為本發明另一種優選的實施方式，所述機械蒸汽壓縮機連接有開車蒸汽補充管，所述開車蒸汽補充管連接到外源蒸汽設備。

作為本發明另一種優選的實施方式，所述降膜蒸發器的效數為四效。

本發明解決其技術問題所採用的另一技術方案是提供一種多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統的改造方法，包括以下步驟：

(1)保持原有的各效降膜蒸發器的設備不變；

(2)將各效降膜蒸發器之間、降膜蒸發器與蒸汽鍋爐之間、降膜蒸發器與冷凝器之間的原有蒸汽管道拆除；

(3)通過布設蒸汽吸入管將各效降膜蒸發器內的蒸汽加熱管道合併，並將蒸汽吸入管連接到機械蒸汽壓縮機的入氣口；

(4)通過布設蒸汽輸送管將機械蒸汽壓縮機的出氣口與各效降膜蒸發器內的蒸汽加熱管道連通；

(5)重新設計控制系統。

作為本發明一種優選的實施方式，所述各效降膜蒸發器之間的產品流程改造為單流程。

有益效果

在本發明中，通過機械蒸汽壓縮機對各效降膜蒸發器產生的二次蒸汽進行壓縮，使得其溫度和壓力再次提高，達到降膜蒸發器內部加熱殼程所需蒸汽的要求，再被分配到各效降膜蒸發器中作為熱源，除了開車過程和很小一部分的機械蒸汽壓縮機密封補充外，在正常運行的情況下基本不需要額外的鍋爐蒸汽，有利於節約成本，降低能耗，減少對環境的汙染。

本發明的改造方法簡單、通用，改造投資回報速度快，且隨著蒸發量的提高投資回報時間更加縮短。

附圖說明

圖1為原降膜蒸汽器系統的流程結構圖。

圖2為本發明降膜蒸汽器系統的流程結構圖。

圖3為本發明實施例降膜蒸汽器蒸汽系統改造前後的工藝數據和經濟性比較表。

圖4為本發明實施例蒸發量與投資回報時間關係圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。

如圖1所示的為原有的一套用於廢水濃縮的四效降膜蒸發器系統的工藝流程結構，包括：

產品流程：產品首先進入一進料平衡罐，再由一臺泵送入兩臺板式換熱器預熱後進入一效降膜蒸發器，兩臺預熱器分別利用各效冷凝液的熱量和產品的熱量。產品進入降膜蒸發器的頂部，通過液體分配器進入降膜管，被殼程中的蒸汽加熱，一部分蒸發為蒸汽，液體獲得部分濃縮。被部分濃縮的液體產品通過泵被送入二效再次被濃縮，部分在蒸發器中循環。以此類推，達到最終要求的濃度後用泵送至成品罐。

加熱流程：來自鍋爐的生蒸汽進入一效降膜蒸發器殼程，作為液體產品的加熱熱源，將液體蒸發，蒸汽冷凝成冷凝水。被部分蒸發的蒸汽(二次蒸汽)用作為二效蒸發器的加熱熱源，以此類推。

冷凝流程：最後一效的蒸汽進入冷凝器，用冷卻水冷凝成冷凝水。來自各效蒸發器和冷凝器的冷凝水收集至冷凝水罐，用泵輸送至預熱器作為進料的預熱熱源，充分利用能量。各效的不凝性氣體也進入冷凝器，最終由真空泵抽走，維持系統的真空。

預熱流程：產品用來自冷凝水和成品的熱量預熱，回收熱量。

現需要對其進行改造，改造後用於葡萄糖液的濃縮，並保持蒸發量不變。該系統由四臺降膜蒸發器、預熱器、冷凝器、真空系統、泵送系統組成。工藝為順流，即產品與加熱蒸汽依次進入i，ii，iii和iv，各效產品為強制循環。

在深入了解原裝置的流程、換熱面積等參數後，將新的產品條件、要求的蒸發濃度、蒸發量作了詳細的核算，提出了改造方案：

(1)保持原有設備不變；

(2)更換所有的產品泵為食品級泵；

(3)根據葡萄糖的特點，將各效降膜蒸發器之間的產品流程改為單流程；

(4)將各效降膜蒸發器之間、降膜蒸發器與蒸汽鍋爐之間、降膜蒸發器與冷凝器之間的原有蒸汽管道拆除；

(5)通過布設蒸汽吸入管將各效降膜蒸發器內的蒸汽加熱管道合併，並將蒸汽吸入管連接到機械蒸汽壓縮機的入氣口；

(6)通過布設蒸汽輸送管將機械蒸汽壓縮機的出氣口與各效降膜蒸發器內的蒸汽加熱管道連通；

(7)重新設計控制系統。

改造後的多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統如圖2所示，各效降膜蒸發器產生的二次蒸汽通過管道輸送至蒸汽吸入管中合併，蒸汽吸入管的末端與機械蒸汽壓縮機的入氣口相連，機械蒸汽壓縮機的出氣口與蒸汽輸送管連接，蒸汽輸送管分別與各效降膜蒸發器內部的蒸汽加熱殼程連通。

回流管上連通有壓縮機密封蒸汽管，機械蒸汽壓縮機連接有開車蒸汽補充管，壓縮機密封蒸汽管和開車蒸汽補充管連接到外源蒸汽設備。

該多效降膜蒸發器的節能蒸汽系統通過機械蒸汽壓縮機對各效降膜蒸發器產生的二次蒸汽進行壓縮，使得其溫度和壓力再次提高，達到降膜蒸發器內部加熱殼程所需蒸汽的要求，再被分配到各效降膜蒸發器中作為熱源，除了開車過程和很小一部分的機械蒸汽壓縮機密封補充外，在正常運行的情況下基本不需要額外的鍋爐蒸汽，有利於節約成本，降低能耗，減少對環境的汙染。