压比工况可调的容积式压缩机mvr热泵蒸发系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及工业蒸发领域，尤其涉及一种压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统，其包括进料泵、预热装置、分级蒸发器、容积式水蒸汽压缩机、分离器、循环泵、冷凝水箱和出料泵，分级蒸发器底部的冷凝水可对新鲜料液进行二次预热。采用上述技术方案主要有以下优点：（1）稳定控制溶液蒸发参数，通过预热装置和分级蒸发器底部积累的冷凝水，分级对新鲜溶液进行预热，使其加热至溶液蒸发温度后，再进入分级蒸发器的蒸发液室，避免了进料温度波动带来的系统失衡；（2）对容积式水蒸汽压缩机采用高温喷水和低温喷水方式，在保证冷凝水余热利用的同时调节喷水蒸发量，调节容积式水蒸汽压缩机的实际压比，达到调节压比工况的目的。
【专利说明】压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业蒸发领域，尤其涉及一种压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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，完全回收了二次蒸汽，摆脱了对蒸汽锅炉的依赖，并避免了冷却塔和冷却水消耗。MVR系统只需要注入少量能量就可维持系统运行，但由于引入了蒸汽压缩开式循环，压缩产生的二次蒸汽作为加热蒸汽。这使得MVR系统蒸发工况很容易受到诸如进料温度波动、冷凝水位变化等微小扰动而发生加热工况的偏离，影响了其在需要精确控制工况的蒸发工艺过程中的推广应用。尤其是在精密化工领域，如纳米硝酸银的工业制备、过硫酸钠的工业蒸发等。
【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提供一种可对原料液进行两次预热的压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统。
[0006](二)技术方案
[0007]为达上述目的，本发明提供一种压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统，包括进料泵、预热装置、分级蒸发器、容积式水蒸汽压缩机、分离器、循环泵、冷凝水箱和出料泵；所述进料泵通过管路经所述预热装置与所述分级蒸发器的新鲜料液进口相连，所述预热装置对新鲜料液进行一次预热；所述分离器的入口通过管路与所述分级蒸发器的料液出口相连；所述分离器的第一出口通过管路与所述容积式水蒸汽压缩机的第一入口相连；所述分离器的第二出口分别通过管路与所述出料泵、循环泵相连，且所述循环泵与所述分级蒸发器的循环料液进口相连；所述容积式水蒸汽压缩机的出口通过管路与所述分级蒸发器的再压缩蒸汽进口相连；所述分级蒸发器的冷凝水出口通过管路与所述冷凝水箱相连；所述分级蒸发器内包括通过管路分离的料液和再压缩蒸汽，所述料液包括新鲜料液和循环料液，由再压缩蒸汽形成的冷凝水对新鲜料液进行二次预热。
[0008]优选的，所述分级蒸发器内部包括进料列管和蒸发液室，且所述进料列管叠绕于所述蒸发液室的下方；所述进料列管一端与所述新鲜料液进口相连，且另一端与所述蒸发液室连接；所述蒸发液室分别与所述料液出口、所述循环料液进口连接；所述分级蒸发器内的冷凝水对进料列管内的新鲜料液进行二次预热。
[0009]优选的，所述分级蒸发器呈筒状且轴线水平设置，所述蒸发液室包括设置于分级蒸发器两端的第一蒸发液室和第二蒸发液室，所述第一蒸发液室和第二蒸发液室之间通过若干根水平设置的蒸发列管相连；所述第二蒸发液室分隔成第二上蒸发液室和第二下蒸发液室，所述第二上蒸发液室与所述料液出口连接，所述第二下蒸发液室与所述循环料液进口连接；所述再压缩蒸汽进口位于所述蒸发列管的上方；所述冷凝水出口位于所述进料列管的下方；所述分级蒸发器上还设有不凝气排气阀，其位于所述蒸发列管的上方。
[0010]优选的，所述预热装置为板式换热器，其包括吸热通道和放热通道；所述进料泵与所述吸热通道的入口相连，所述新鲜料液进口与所述吸热通道的出口相连，实现新鲜料液的一次预热；所述冷凝水箱经冷凝水泵与所述放热通道的入口相连。
[0011]优选的，所述放热通道的出口依次经低温喷水泵、第一阀门与所述容积式水蒸汽压缩机的第二入口相连；所述冷凝水箱依次经高温喷水泵、第二阀门与所述容积式水蒸汽压缩机的第二入口相连。
[0012]优选的，所述容积式水蒸汽压缩机的第二入口设有雾化喷头，使进入所述容积式水蒸汽压缩机第二入口的水被雾化后喷入所述容积式水蒸汽压缩机。
[0013]优选的，所述容积式水蒸汽压缩机的第一入口通过旁通管路与所述容积式水蒸汽压缩机的出口相连，所述旁通管路上设有旁通调节阀。
[0014]优选的，所述容积式水蒸汽压缩机为可变频的容积式水蒸汽压缩机。
[0015]优选的，所述分离器的第二出口与所述循环泵之间的管路上设有第三阀门。
[0016]优选的，所述第一阀门、第二阀门、旁通调节阀和第三阀门均为气动阀门，且分别与控制系统连接。
[0017](三)有益效果
[0018]本发明采用上述技术方案提供的压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统，主要有以下优点:(I)稳定控制溶液蒸发参数，通过预热装置和分级蒸发器底部积累的冷凝水，分级对新鲜溶液进行预热，使其加热至溶液蒸发温度后，再进入分级蒸发器的蒸发液室，进入蒸发阶段，避免了进料温度波动带来的系统失衡；(2)对容积式水蒸汽压缩机采用高温喷水和低温喷水两种喷水方式，在保证了冷凝水余热的利用的同时调节了喷水蒸发量，由此调节容积式水蒸汽压缩机的实际压比，达到调节压比工况的目的；(3)采用高效雾化喷水，消除水蒸汽压缩过程中的过热度，并减少喷水液滴的冲击、气蚀对容积式水蒸汽压缩机寿命的影响；(4)采用容积式水蒸汽压缩机旁通以及变频的方式实现压缩机的变流量调节。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统的结构图；
[0020]图2是本发明的分级蒸发器的结构图。
[0021]图中，1:容积式水蒸汽压缩机；2:分级蒸发器；3:旁通调节阀；4:分离器；5:冷凝水箱；6:循环栗；7:出料栗；8:冷凝水栗；9:板式换热器；10:进料栗；11:低温嗔水栗；12:高温喷水泵；13:雾化喷头；14:第一阀门；15:第二阀门；16:第三阀门；201:再压缩蒸汽进口 ；202:不凝气排气阀；203:第二蒸发液室；204:料液出口 ；205:循环料液进口 ；207:新鲜料液进口 ；208:进料列管；209:冷凝水出口 ；210:蒸发列管；211:第一蒸发液室。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明的压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0023]如图1至图2所示，本发明的压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统包括进料泵10、预热装置、分级蒸发器2、容积式水蒸汽压缩机1、分离器4、循环泵6、冷凝水箱5和出料泵7。其中，分级蒸发器2内部包括进料列管208和蒸发液室，且进料列管208叠绕于蒸发液室的下方，分级蒸发器2呈筒状且轴线水平设置，蒸发液室包括设置于分级蒸发器2两端的第一蒸发液室211和第二蒸发液室203。第一蒸发液室211和第二蒸发液室203之间通过若干根水平设置的蒸发列管210相连；第一蒸发液室211和第二蒸发液室203分别根据蒸发列管210的流程被分割成若干个腔室，避免不同流程溶液的混合，其中，第二蒸发液室203分隔成第二上蒸发液室和第二下蒸发液室；分级蒸发器2设有料液出口204、循环料液进口 205，第二上蒸发液室与料液出口 204连接，第二下蒸发液室与循环料液进口 205连接；再压缩蒸汽进口 201位于蒸发列管213的上方；冷凝水出口 209位于进料列管208的下方；分级蒸发器2上还设有不凝气排气阀202，其位于蒸发列管210的上方。预热装置为板式换热器9，其包括吸热通道和放热通道。容积式水蒸汽压缩机I可以是单螺杆压缩机或罗茨压缩机等容积式水蒸汽压缩机。
[0024]进料泵10通过管路经板式换热器9的吸热通道与分级蒸发器2的新鲜料液进口207相连，实现新鲜料液的一次预热。进料列管208 —端与新鲜料液进口 207相连，且另一端与蒸发液室连接。新鲜料液在第一蒸发液室211、蒸发列管210和第二蒸发液室203被蒸发。新鲜料液先进入进料列管208，通过与再压缩蒸汽形成的冷凝水进行热交换达到蒸发温度后，实现新鲜料液的二次预热，再进入蒸发液室与循环料液混合。进料列管208浸没于冷凝水中，通过蒸发列管210与进料列管208的分离，避免了新鲜料液与循环料液之间的大温差混合造成的温度波动。
[0025]分离器4的入口通过管路与分级蒸发器2的料液出口 204相连；分离器4的第一出口通过管路与容积式水蒸汽压缩机I的第一入口相连；分离器4的第二出口分别通过管路与出料泵7、循环泵6相连，且循环泵6与分级蒸发器2的循环料液进口 205相连；容积式水蒸汽压缩机I的出口通过管路与分级蒸发器2的再压缩蒸汽进口 201相连。容积式水蒸汽压缩机I工作时，从分离器4的第二出口抽吸水蒸汽，水蒸汽经过容积式水蒸汽压缩机I压缩后，升温升压，进入分级蒸发器2中作为加热热源，加热原溶液，由再压缩蒸汽形成的冷凝水对新鲜料液进行二次预热。分级蒸发器2的冷凝水出口 209通过管路与冷凝水箱5相连，且冷凝水箱5经冷凝水泵8与板式换热器9放热通道的入口相连，冷凝水箱5内的冷凝水进入板式换热器9的放热通道为吸热通道内的新鲜料液的一次预热提供热源。板式换热器9用于冷凝水的余热回收，完全余热回收的冷凝水可接近环境温度；冷凝水箱5中存储的是经过部分余热回收的冷凝水；经过板式换热器9 一次预热的新鲜料液若还没有达到蒸发温度，可进入到分级蒸发器2的进料列管208，与再压缩蒸汽冷凝产生冷凝水继续换热，回收其部分余热。通过冷凝水箱5内和分级蒸发器2底部积累的冷凝水，分级对板式换热器9和分级蒸发器2进料列管中新鲜溶液进行预热，使其加热至溶液蒸发温度后，再进入分级蒸发器2的蒸发液室，进入蒸发阶段，可稳定控制溶液蒸发参数，避免了进料温度波动带来的系统失衡。
[0026]板式换热器9放热通道的出口依次经低温喷水泵11、第一阀门14与容积式水蒸汽压缩机I的第二入口相连；冷凝水箱5依次经高温喷水泵12、第二阀门15与容积式水蒸汽压缩机I的第二入口相连。对容积式水蒸汽压缩机I采用高温喷水和低温喷水两种喷水方式，可以控制喷水温度在接近常温和容积式水蒸汽压缩机I排气温度之间变化，在保证了冷凝水余热的利用的同时调节了喷水蒸发量，利用容积式压缩排气体积一定的特点，调节容积式水蒸汽压缩机I的实际压比，实现蒸汽的变质量状态下的压比调节。调节后的参数稳定的蒸汽，用作需要精密控制蒸发温度的蒸发工艺蒸发所需要的热源。
[0027]容积式水蒸汽压缩机I的第二入口设有雾化喷头13，使进入所述容积式水蒸汽压缩机I第二入口的水被雾化后喷入容积式水蒸汽压缩机I内。采用高效雾化喷水，可消除水蒸汽压缩过程中的过热度，并减少喷水液滴的冲击、气蚀对容积式水蒸汽压缩机I寿命的影响。
[0028]容积式水蒸汽压缩机I为可变频的容积式水蒸汽压缩机。容积式水蒸汽压缩机I的第一入口通过旁通管路与容积式水蒸汽压缩机I的出口相连，旁通管路上设有旁通调节阀3。如此采用容积式水蒸汽压缩机旁通以及变频调节的方式，可实现容积式水蒸汽压缩机的变流量调节。
[0029]分离器4的第二出口与循环泵6之间的管路上设有第三阀门16。第一阀门14、第二阀门15、旁通调节阀3和第三阀门16均为气动阀门，且分别与控制系统连接。通过控制系统可精确控制容积式水蒸汽压缩机I第二入口的低温喷水量和高温喷水量、容积式水蒸汽压缩机I的旁通蒸汽流量和进入分级蒸发器2的循环料液流量。
[0030]本发明的压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统的压比工况调节的工作原理为:当系统中分级蒸发器2汽液两侧温差过大，说明系统压比过大，偏离正常压比。此时加大容积式水蒸汽压缩机I第二入口的低温喷水量，减小容积式水蒸汽压缩机I第二入口的高温喷水量，使得容积式水蒸汽压缩机I注入的能量主要用于消除喷水的过冷度，而仅有少量的喷水蒸发，甚至出现部分二次蒸汽的冷凝。由于容积式水蒸汽压缩机I排气终了体积不变，但水蒸汽质量减少，压缩过程不充分，压比小于理论压比，达到降低压比的作用。反之，当系统压比过小时，通过减小容积式水蒸汽压缩机I第二入口的低温喷水量，增大容积式水蒸汽压缩机I第二入口的高温喷水量，使容积式水蒸汽压缩机I注入的能量主要用于使喷水蒸发，产生较多的喷水蒸发蒸汽，压比大于理论压比。由此，即可控制容积式水蒸汽压缩机I压比所需要的工况参数，实现稳定运行工况。由于压比的调节影响到了水蒸汽的质量流量，为此需要通过容积式水蒸汽压缩机I的变频和容积式水蒸汽压缩机I的旁路调节阀3调节蒸汽流量，以实现系统压比、流量的同时精确控制。
[0031]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。
【权利要求】
1.一种压比工况可调的容积式压缩机MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述MVR热泵蒸发系统包括进料泵(10)、预热装置、分级蒸发器(2)、容积式水蒸汽压缩机(I)、分离器(4 )、循环泵(6 )、冷凝水箱(5 )和出料泵(7 );所述进料泵(1 )通过管路经所述预热装置与所述分级蒸发器(2)的新鲜料液进口(207)相连，所述预热装置对新鲜料液进行一次预热；所述分离器(4)的入口通过管路与所述分级蒸发器(2)的料液出口(204)相连；所述分离器(4)的第一出口通过管路与所述容积式水蒸汽压缩机(I)的第一入口相连；所述分离器(4)的第二出口分别通过管路与所述出料泵(7)、循环泵(6)相连，且所述循环泵(6)与所述分级蒸发器(2)的循环料液进口(205)相连；所述容积式水蒸汽压缩机(I)的出口通过管路与所述分级蒸发器(2)的再压缩蒸汽进口(201)相连；所述分级蒸发器(2)的冷凝水出口(209)通过管路与所述冷凝水箱(5)相连；所述分级蒸发器(2)内包括通过管路分离的料液和再压缩蒸汽，所述料液包括新鲜料液和循环料液，由再压缩蒸汽形成的冷凝水对新鲜料液进行二次预热。
2.根据权利要求1所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述分级蒸发器(2)内部包括进料列管(208)和蒸发液室，且所述进料列管(208)叠绕于所述蒸发液室的下方；所述进料列管(208)—端与所述新鲜料液进口(207)相连，且另一端与所述蒸发液室连接；所述蒸发液室分别与所述料液出口(204)、所述循环料液进口(205)连接；所述分级蒸发器(2)内的冷凝水对进料列管内的新鲜料液进行二次预热。
3.根据权利要求2所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述分级蒸发器(2)呈筒状且轴线水平设置，所述蒸发液室包括设置于分级蒸发器(2)两端的第一蒸发液室(211)和第二蒸发液室(203)，所述第一蒸发液室(211)和第二蒸发液室(203)之间通过若干根水平设置的蒸发列管(210)相连；所述第二蒸发液室(203)分隔成第二上蒸发液室和第二下蒸发液室，所述第二上蒸发液室与所述料液出口(204)连接，所述第二下蒸发液室与所述循环料液进口(205)连接；所述再压缩蒸汽进口(201)位于所述蒸发列管(213)的上方；所述冷凝水出口(209)位于所述进料列管(208)的下方；所述分级蒸发器(2)上还设有不凝气排气阀(202)，其位于所述蒸发列管(210)的上方。
4.根据权利要求1-3任一项所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述预热装置为板式换热器(9)，其包括吸热通道和放热通道；所述进料泵(10)与所述吸热通道的入口相连，所述新鲜料液进口(207)与所述吸热通道的出口相连，实现新鲜料液的一次预热；所述冷凝水箱(5)经冷凝水泵(8)与所述放热通道的入口相连。
5.根据权利要求4所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述放热通道的出口依次经低温喷水泵(11 )、第一阀门(14)与所述容积式水蒸汽压缩机(I)的第二入口相连；所述冷凝水箱(5)依次经高温喷水泵(12)、第二阀门(15)与所述容积式水蒸汽压缩机(I)的第二入口相连。
6.根据权利要求5所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述容积式水蒸汽压缩机(I)的第二入口设有雾化喷头(13 )，使进入所述容积式水蒸汽压缩机(I)第二入口的水被雾化后喷入所述容积式水蒸汽压缩机(I)。
7.根据权利要求6所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述容积式水蒸汽压缩机(I)的第一入口通过旁通管路与所述容积式水蒸汽压缩机(I)的出口相连，所述旁通管路上设有旁通调节阀(3)。
8.根据权利要求7所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述容积式水蒸汽压缩机(O为可变频的容积式水蒸汽压缩机。
9.根据权利要求8所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述分离器(4)的第二出口与所述循环泵(6)之间的管路上设有第三阀门(16)。
10.根据权利要求9所述的MVR热泵蒸发系统，其特征在于:所述第一阀门(14)、第二阀门(15)、旁通调 节阀(3)和第三阀门(16)均为气动阀门，且分别与控制系统连接。
【文档编号】B01D1/04GK104069642SQ201310103497
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月28日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】林文野, 张振涛, 杨鲁伟, 李金荣, 郑鹤立 申请人:中国科学院理化技术研究所