降膜蒸发系统及其真空装置的制作方法

【技术领域】

本发明涉及蒸发器技术领域，具体涉及一种降膜蒸发系统及其真空装置。

背景技术：

蒸发器是溶液浓缩的主要设备，在氧化铝生产过程中，母液蒸发工艺多采用六效逆流管式降膜蒸发器，蒸发器消耗的低压蒸汽占氧化铝总能耗的30％左右，因此降低蒸发器的蒸汽消耗是降低氧化铝生产总能耗、降低生产成本一个重要措施。

由传热速率方程式(q＝kfδt，其中，q为传热速率，k为传热总系数，f为传热面积，δt为有效温差)可知，蒸发器运行效率主要取决于系统的总温差。在蒸发过程中提高系统总温差有两个途径，一是提高首效蒸发器的加热蒸汽压力，二是提高末效蒸发器的真空度。但是提高首效蒸发器的加热蒸汽压力会带来后几效温度升高，生产能力的提高并不明显，反而会造成结垢加重、运行周期缩短、增加设备腐蚀等问题。因此，提高真空度是增加系统总温差的首选。

影响真空度的因素有很多，主要有两个：二次蒸汽的冷凝和不凝气的排除。如图1所示，现在一般大型蒸发装置的真空系统由冷凝器210、冷却液循环机构加真空泵250组成，冷却液循环机构包括水封槽230、冷却塔250、循环水池240及循环水泵260。末效蒸发器200产生的二次蒸汽在冷凝器210内与冷却水直接接触迅速被冷凝，使系统形成真空，不凝气由真空泵250排走。末效蒸发器200产生的二次蒸汽从冷凝器210底部进入，与从上部加入的冷却水直接接触，二次蒸汽不断被冷凝，使系统形成真空，冷凝液与冷却水作为循环下水一起进入水封槽230，通过冷却塔250降温后，最后进入循环水池240作为循环水使用。二次蒸汽被冷凝的关键在于冷却水，冷却水量越大，温度越低，二次蒸汽冷凝效果越好，系统真空度越高。所以要想得到较高的真空度，就必须想办法提高冷却水量或是降低冷却水温。但是，循环水温度是通过冷却塔250进行降温，在冷却塔250能力一定的情况，很难将循环水温度进一步降低，同时，循环水泵260的能力也决定了冷却水量的供给量是一定的。为降低冷却水温，人们通常采用增加冷却液循环机构办法，即增加多套冷却塔250进行散热降温。然而，冷却塔250的占地面积及能耗都较大。过多增加冷却塔250必然会导致系统占地面积及能耗的大幅度增长，使得生产成本提高。另外要提高冷却水的供给量，需增加循环水泵260或是对循环水泵260的供水能力进行改造，这都会造成投资的增加和成本的上升。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，有必要提供一种能够提高系统真空度的降膜蒸发系统及其真空装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种降膜蒸发系统的真空装置，所述降膜蒸发系统包括末效蒸发器，所述真空装置包括第一冷凝器、第一冷却液循环机构及真空泵，所述第一冷却液循环机构连通所述第一冷凝器的底部出口及所述第一冷凝器的冷却液入口，以向所述第一冷凝器内通入冷却液，所述真空泵与所述第一冷凝器的不凝气体出口连接。所述真空装置还包括换热器，所述换热器上间隔设有蒸汽入口、蒸汽出口、冷却液入口及冷却液出口，所述换热器上的蒸汽入口用于与所述末效蒸发器的二次蒸汽出口连接，所述换热器的蒸汽出口与所述第一冷凝器的蒸汽入口连接，所述换热器上的冷却液入口用以向所述换热器内通入冷却液，以对进入所述换热器内的蒸汽进行降温；所述换热器上的冷却液出口用以排出换热后的冷却液。

进一步地，所述第一冷却液循环机构包括第一水封槽、冷却塔、循环水池及水泵，所述第一水封槽与所述第一冷凝器的底部出口连通，所述水泵的进水口依次通过所述循环水池及所述冷却塔后与所述第一水封槽连接，所述水泵的出水口与所述第一冷凝器的冷却液入口连接。

进一步地，所述换热器具有一冷凝水出口，所述冷凝水出口通过一管道与所述第一水封槽连通。

进一步地，所述真空装置还包括第二冷凝器，所述第二冷凝器上间隔设有蒸汽入口、冷却液入口及不凝气体出口，所述换热器的蒸汽出口连通有两个分支管，所述两个分支管分别与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连接；所述第二冷凝器的冷却液入口用于向所述第二冷凝器内通入冷却液，以对进入所述第二冷凝器的蒸汽进行冷凝；所述第二冷凝器的不凝气体出口与所述真空泵连接。

进一步地，所述第二冷凝器的冷却液入口包括第一冷却液入口，经由所述第一冷却液入口通入所述第二冷凝器内的冷却液为管网来水冷却液，所述第二冷凝器的第一冷却液入口连接一输送管，所述输送管远离所述第二冷凝器的端部用于与一管网连通。

进一步地，所述管网来水冷却液包括管网来污水及管网来生产水，所述输送管远离所述第二冷凝器的一端分支形成两个连通管，两个连通管均用于与所述管网连接，其中一个连通管用于输送管网来污水，另一连通管用于输送管网来生产水，两个所述连通管均设有控制相应连通管通断的管道阀门。

进一步地，所述第二冷凝器的冷却液入口包括与所述第一冷却液入口间隔设置的第二冷却液入口，所述真空装置还包括第二冷却液循环机构，所述第二冷却液循环机构包括第二水封槽、循环泵、连接管及循环管，所述第二水封槽与所述第二冷凝器的底部出口连通，所述第二水封槽通过所述连接管与所述循环泵连接，所述循环泵通过所述循环管连通所述第二冷却液入口，以利用所述第二水封槽内的冷却液对进入所述第二冷凝器的蒸汽进行冷凝。

进一步地，所述真空装置还包括回水管，所述回水管的一端与所述循环管连接，所述回水管的另一端用于与所述管网连接，以将所述第二水封槽内的冷却液返回所述管网，所述回水管上设有控制所述回水管通断的通断阀门。

进一步地，通入所述换热器内的冷却液为电厂来除盐水。

本发明还提供一种降膜蒸发系统，包括末效蒸发器及真空装置，所述真空装置包括第一冷凝器、第一冷却液循环机构及真空泵，所述第一冷却液循环机构连通所述第一冷凝器的底部出口及所述第一冷凝器的冷却液入口，以向所述第一冷凝器内通入冷却液，所述真空泵与所述第一冷凝器的不凝气体出口连接。所述真空装置还包括换热器，所述换热器上间隔设有蒸汽入口、蒸汽出口、冷却液入口及冷却液出口，所述蒸汽入口与所述末效蒸发器的二次蒸汽出口连接，所述换热器的蒸汽出口与所述第一冷凝器的蒸汽入口连接，所述换热器上的冷却液入口用以向所述换热器内通入冷却液，以对进入所述换热器内的蒸汽进行降温；所述换热器上的冷却液出口用以排出换热后的冷却液。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的降膜蒸发系统及其真空装置，利用换热器与末效蒸发器的二次蒸汽进行换热，降低了二次蒸汽的温度，使得进入原冷凝器，即第一冷凝器的二次蒸汽温度降低，在保持第一冷却液循环机构原冷却液量不变的情况下，从第一冷凝器底部出口排出的循环下水温度比未增加换热器前的有所降低，经过第一冷却液循环机构降温后，使得再次进入第一冷凝器的冷却液温度比未增加换热器前的降低，提高了系统的真空度，使得降膜蒸发系统的运行效率提高。

2、本发明的降膜蒸发系统及其真空装置，经过换热器降温后的蒸汽分成两路分别在第一冷凝器及第二冷凝器内进行冷凝，使得进入原冷凝器，即第一冷凝器的二次蒸汽的蒸汽不仅温度降低，而且量减少，在保持第一冷却液循环机构的原冷却液量不变的情况下，从第一冷凝器底部出口排出的循环下水温度比未增加第二冷凝器前的有所降低，经过第一冷却液循环机构降温后，使得再次进入第一冷凝器的冷却液温度比未增加第二冷凝器前的有所降低，从而提高了系统的真空度，使得降膜蒸发系统的运行效率提高。同时，还可通过第二冷凝器的冷却液入口向第二冷凝器内通入冷却液，达到增加冷却液量的目的，进一步提高了系统的真空度及降膜蒸发系统的运行效率。

3、本发明的降膜蒸发系统及其真空装置，第二冷凝器利用管网来水作为冷却液，换热器的冷却液采用电厂来除盐水，电厂除盐水、管网来水都是生产上需要加热的冷水源，现有技术中，这些冷却水源均需要消耗能源进行加热，本发明将这些水源用于降膜蒸发系统二次蒸汽的换热，达到了节能降耗的目的。

【附图说明】

图1为现有技术降膜蒸发系统的结构示意图。

图2为本发明一较佳实施方式的降膜蒸发系统的结构示意图。

附图中，100-降膜蒸发系统、2,200-末效蒸发器、23-二次蒸汽出口、4-真空装置、42-第一冷凝器、43-第一冷却液循环机构、432-第一水封槽、434,250-冷却塔、435,240-循环水池、436-水泵、44-换热器、442-蒸汽入口、443-蒸汽出口、446-冷却液出口、45-第二冷凝器、452,425-蒸汽入口、423,445-冷却液入口、4532-第一冷却液入口、4534-第二冷却液入口、454,424-不凝气体出口、422-底部出口、46,250-真空泵、5-分支管、6-管道、7-输送管、72-连通管、74-管道阀门、8-第二冷却液循环机构、82-第二水封槽、84-循环泵、86-连接管、862-水阀、88-循环管、9-回水管、92-通断阀门、210-冷凝器、230-水封槽、260-循环水泵。

【具体实施方式】

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参见图2，本发明一较佳实施方式提供一种降膜蒸发系统100，包括末效蒸发器2及真空装置4。真空装置4包括第一冷凝器42、第一冷却液循环机构43、换热器44、第二冷凝器45及真空泵46。第一冷却液循环机构43连通第一冷凝器42的底部出口422及第一冷凝器42的冷却液入口423，以向第一冷凝器42内通入冷却液；换热器44上间隔设有蒸汽入口442、蒸汽出口443、冷却液入口445及冷却液出口446。第二冷凝器45上间隔设有蒸汽入口452、冷却液入口(未标示)及不凝气体出口454。换热器44上的蒸汽入口442与末效蒸发器2的二次蒸汽出口23连接，换热器44的蒸汽出口443连通有两个分支管5，两个分支管5分别与第二冷凝器45的蒸汽入口452及第一冷凝器42的蒸汽入口425连接。换热器44上的冷却液入口445用以向换热器44内通入冷却液，以对进入换热器44内的二次蒸汽进行降温；换热器44上的冷却液出口446用以排出换热后的冷却液；在本实施方式中，通入换热器44内的冷却液为电厂来除盐水。第二冷凝器45的冷却液入口用于向第二冷凝器45内通入冷却液，以对进入第二冷凝器45的蒸汽进行冷凝；第一冷凝器42的不凝气体出口424及第二冷凝器45的不凝气体出口454均与真空泵46连接，以排出不凝气体。

在本实施方式中，第一冷凝器42的不凝气体出口424位于第一冷凝器42的顶部。第一冷凝器42的蒸汽入口425及冷却液入口423均位于第一冷凝器42的侧壁上，且第一冷凝器42的蒸汽入口425所在水平面低于第一冷凝器42的冷却液入口423所在水平面。第二冷凝器45的不凝气体出口454位于第二冷凝器45的顶部。第二冷凝器45的蒸汽入口452及冷却液入口均位于第二冷凝器45的侧壁上，且第二冷凝器45的蒸汽入口452所在水平面低于第二冷凝器45的冷却液入口所在水平面。

在本实施方式中，换热器44为列管式换热器。第一冷却液循环机构43具体包括第一水封槽432、冷却塔434、循环水池435及水泵436，第一水封槽432与第一冷凝器42的底部出口422连通，水泵436的进水口依次通过循环水池435及冷却塔434后与第一水封槽432连接，水泵436的出水口与第一冷凝器42的冷却液入口423连接。在本实施方式中，换热器44具有一冷凝水出口(未标示)，冷凝水出口通过一管道6与第一水封槽432连通，从而将换热器44运作过程中产生的冷凝水导出至第一水封槽432内重复利用，增加冷却液量并节约水资源。

在本实施方式中，第二冷凝器45的冷却液入口包括间隔设置的第一冷却液入口4532及第二冷却液入口4534。其中，经由第一冷却液入口4532通入第二冷凝器45内的冷却液为管网来水冷却液，第二冷凝器45的第一冷却液入口4532连接一输送管7，输送管7远离第二冷凝器45的端部用于与一管网连通。真空装置4还包括第二冷却液循环机构8。第二冷却液循环机构8包括第二水封槽82、循环泵84、连接管86及循环管88。第二水封槽82与第二冷凝器45的底部出口(未标示)连通，第二水封槽82通过连接管86与循环泵84连接，循环泵84通过循环管88连通第二冷却液入口4534，以利用第二水封槽82内的冷却液对进入第二冷凝器45的蒸汽进行冷凝。在本实施方式中，连接管86上还设有控制连接管86通断的水阀862。

在本实施方式中，管网来水冷却液包括管网来污水及管网来生产水。输送管7远离第二冷凝器45的一端分支形成两个连通管72，两个连通管72均与管网连接，其中一个连通管72用于输送管网来污水，另一连通管72用于输送管网来生产水，两个连通管72均设有控制相应连通管72通断的管道阀门74。

在本实施方式中，真空装置4还包括回水管9，回水管9的一端与循环管88连接，回水管9的另一端用于与管网连接，以将第二水封槽82内的冷却液返回管网，回水管9上设有控制回水管9通断的通断阀门92。

本发明还提供一种提高降膜蒸发系统100真空度的方法，包括以下步骤：

(1)提供上述真空装置4；

(2)通过换热器44的冷却液入口445向换热器44内通入冷却液，利用换热器44内的冷却液对从末效蒸发器2排出的二次蒸汽进行降温；降温后的蒸汽部分通入第一冷凝器42，其余部分通入第二冷凝器45；换热后的冷却液从换热器44上的冷却液出口446排出；在本实施方式中，利用换热器44内的冷却液对从末效蒸发器2排出的二次蒸汽进行降温后，还执行以下步骤：将换热器44内形成的冷凝水通过管道6通入第一水封槽432内循环利用。

(3)利用第一冷却液循环机构43将冷却液通入第一冷凝器42中，以对通入第一冷凝器42的蒸汽进行冷凝，具体为：利用冷却塔434对第一水封槽432内的液体进行冷却以形成冷却液；利用循环水池435对冷却塔434中的冷却液进行储存；通过水泵436将循环水池435中的冷却液通入第一冷凝器42中。

通过第二冷凝器45的冷却液入口向第二冷凝器45内通入冷却液，以对通入第二冷凝器45的蒸汽进行冷凝，以使系统形成真空。在本实施方式中，经由第一冷却液入口4532向第二冷凝器45内通入管网来水冷却液，具体为：利用其中一个连通管72向第二冷凝器45内输送管网来污水，当管网来污水不能满足第二冷凝器45的冷却液用量时，利用另一连通管72向第二冷凝器45内输送管网来生产水。

在本实施方式中，利用第二水封槽82收集从第二冷凝器45的底部出口排出的循环下水，利用循环泵84将第二水封槽82内的循环下水从第二冷却液入口4534通入第二冷凝器45中，以对进入第二冷凝器45的蒸汽进行冷凝。当第二水封槽82内水量到达预设值后，还利用回水管9将第二水封槽82内的冷却液返回管网。

(4)通过真空泵46将第一冷凝器42及第二冷凝器45内的不凝气体排出。

本发明的降膜蒸发系统100及其真空装置4，在末效二次蒸汽进入第一冷凝器42前，增加一台换热器44，利用电厂来的除盐水与二次蒸汽进行间接换热，降低二次蒸汽的温度，换热器44产生的冷凝水引进第一水封槽432里。末效蒸汽器2产生的二次蒸汽温度为51-54℃，电厂来的除盐水温度为20℃、流量为80m³/h，二者经过换热后，二次蒸汽温度下降至49℃、电厂除盐水温度升高至50℃。

二次蒸汽经过除盐水换热降温后，再分成两路进行冷凝。进入第一冷凝器42的二次蒸汽不仅温度降低，同时蒸汽量也减少，在保持第一冷却液循环机构43的冷却水量不变的情况下，循环下水温度比改造前降低了3.62℃(由47.54℃降低至43.95℃)，经过冷却塔434降温后，冷却水温度比改造前降低了2.56℃，(由37.38℃降低至34.79℃)，达到降低冷却水温度的目的。另一路二次蒸汽进入第二冷凝器45进行冷凝，利用管网来污水和生产水作为冷却水源，达到增加冷却水量的目的。经过改造后，降膜蒸发系统100的真空度得到很大的提高，系统消耗的低压蒸汽量降低5-6t/h，年节约成本4900万元。

另外，电厂除盐水、管网来的污水、生产水都是生产上需要加热的冷水源，改造前，这些冷却水源均需要消耗能源进行加热，本发明将这些水源用于降膜蒸发系统100二次蒸汽的换热，达到了节能降耗的目的。

可以理解，在其他实施方式中，第二冷凝器45可以省略。利用换热器44与末效蒸发2器的二次蒸汽进行换热，降低了二次蒸汽的温度，使得进入原冷凝器，即第一冷凝器42的二次蒸汽温度降低，在保持原冷却液量不变的情况下，从第一冷凝器42底部出口排出的循环下水温度比未增加换热器44前的有所降低，经过第一冷却液循环机构43降温后，使得再次进入第一冷凝器42的冷却液温度比未增加换热器44前的降低，提高了系统的真空度，使得降膜蒸发系统100的运行效率提高。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。