本发明涉及一种海水淡化、食品加工、饮料生产、污水处理、净水处理、中水处理、化工行业所使用的凝汽源热泵回热独立驱动多级闪蒸工艺。
(二)
背景技术：
多级闪蒸工艺：经过逐级预热的盐水，再被蒸汽加热到一定温度后，依次流经饱和压力与饱和温度逐级降低的多级闪蒸室，因此当上级闪蒸室的饱和热盐水经孔板节流减压而进入下级闪蒸室的瞬间，即成为过热盐水而部分闪蒸出二次蒸汽，其余则降温成为下级闪蒸室的饱和盐水，所释放出的显热用以提供闪蒸潜热；所产生的二次蒸汽，又在上部凝结管束外侧凝结成为淡水，同时回收凝结潜热、逐级预热盐水；而淡水则利用前后级压差逐级流入下级闪蒸室，且各级中的淡水流量与热盐水流量的总和是常量……如此重复进行，直到闪蒸室的饱和温度接近环境。热盐水逐级闪蒸的同时，也逐级增浓至饱和，并析出盐份溶质，但由于闪蒸过程无加热面，因此就避免了结垢问题；而在盐水带压逐级预热和蒸汽加热时，尚未闪蒸和增浓，因此也不会在加热面结垢；从而使得闪蒸技术特别适用于易结垢的海水淡化。正是由于盐水加热与闪蒸的前后分离，带压加热时并无闪蒸，而闪蒸时又无需加热，因此由于避免结垢问题而特别适用于海水淡化工艺。
使得多级闪蒸工艺的优点为：
1、无加热面结垢问题，因此不仅工艺成熟、安全、可靠，而且水质达到饮用标准；
2、单机容量可达105m3/d，因此特别适合大规模生产，目前国际市场占有率高达41％。
但多级闪蒸工艺的缺点也限制其进一步发展：
1、该工艺所产生的二次蒸汽，虽在闪蒸过程中被逐级回收利用，但到了排热段的几级闪蒸室中，由于温度接近环境，因此为获得产水量，凝结成淡水的潜热只能任由大量补充冷却海水在上部凝结管束中回收且排放环境，这就使得该工艺必须不断补充二次蒸汽的凝结潜热损失，补充的热量折合加热蒸汽125kg/m3，故而需要持续提供电厂抽汽，极大制约工艺热效率的提高，因此绝大部分应用仅局限在石油丰富的中东地区；
2、耗电高达37kW*h/m3，造水成本高达￥20/m3；
3、卧式工艺流程的占地面积、装置质量和初投资在四种主要海水淡化工艺中也最大。
(三)
技术实现要素：
本发明目的是：系统集成凝汽源热泵与多级闪蒸工艺，是凝汽源热泵行业与多级闪蒸行业的跨界产品；利用凝汽源热泵的蒸发器回收多级闪蒸工艺热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热；再利用凝汽源热泵的冷凝器作为工艺加热热源，加热循环盐水，然后送至多级闪蒸室中逐级闪蒸；利用凝汽源热泵回收多级闪蒸工艺热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热，独立驱动多级闪蒸工艺，节省全部驱动蒸汽。
按照附图1所示的凝汽源热泵回热独立驱动多级闪蒸工艺，其由1-凝汽源蒸发器；2-压缩机；2-1-驱动设备；2-2-回热器；2-3-油分离器；2-4-油过滤器；2-5-流量开关；2-6-电磁阀；2-7-油冷却盘管；2-8-手动球阀；2-9-气体分离器；3-冷凝器；3-1-启动加热器；4-膨胀阀；4-1-干燥过滤器；5-经济器；6-热泵工质；7-闪蒸室；7-1-盐水节流孔板；7-2-汽水分离器；7-3-淡水箱；7-4-淡水内管；7-5-淡水节流孔板；7-6-凝结管束；7-7-抽气内管；8-真空泵；9-不凝气；10-淡水泵；11-淡水；12-海水补充泵；13-海水；14-盐水循环泵；15-盐水组成，其特征在于：
凝汽源蒸发器1通过管道连接汇流三通、气体分离器2-9、压缩机2、油分离器2-3、冷凝器3壳程、干燥过滤器4-1、分流三通、经济器5过冷侧、电磁阀2-6、分流三通、膨胀阀4、凝汽源蒸发器1、汇流三通，组成凝汽源热泵循环回路；
分流三通、膨胀阀4、经济器5蒸发侧、压缩机2补气口，组成经济器补气回路；
油分离器2-3底部出油口通过管道连接手动球阀2-8、油冷却盘管2-7、油过滤器2-4、流量开关2-5、电磁阀2-6、手动球阀2-8、压缩机2回油口，组成油冷回热回路；
潜热回收段各级闪蒸室7的底部布置盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，中部布置汽水分离器7-2和淡水箱7-3，淡水箱7-3的垂直上部设置凝结管束7-6，各级闪蒸室7之间的隔板上设置抽气内管7-7，组成潜热回收段闪蒸室结构；
热泵回热段各级闪蒸室7的底部布置盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，中部布置汽水分离器7-2和淡水箱7-3，淡水箱7-3的垂直上部设置凝汽源蒸发器1和凝结管束7-6，各级闪蒸室7之间的隔板上设置抽气内管7-7，组成热泵回热段闪蒸室结构；
启动加热器3-1的出口通过管道依次连接潜热回收段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽、热泵回热段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，组成循环盐水的逐级节流闪蒸回路；
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽出口通过管道连接盐水循环泵14、分流三通、逆向依次连接潜热回收段各级闪蒸室7的凝结管束7-6、冷凝器3管程、启动加热器3-1，组成循环盐水逐级预热、热泵加热、启动加热回路；
各级闪蒸室7的淡水箱7-3底部出水口通过管道连接淡水内管7-4，两级闪蒸室7之间的淡水内管7-4由淡水节流孔板7-5相互连接，且末级闪蒸室7的淡水内管7-4通过管道连接淡水泵10，组成淡水11取用回路；
海水13通过管道连接海水补充泵12、逆向依次连接热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，并由管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽，组成海水补充、预热回路；
真空泵8通过管道连接各级闪蒸室7的抽气内管7-7，组成不凝气排放回路；
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽出口通过管道连接盐水循环泵14、分流三通，组成盐水15排放回路。
驱动设备2-1是电动机2-1，或是燃气内燃发动机2-1，或是汽油内燃发动机2-1，或是柴油内燃发动机2-1，或是煤油内燃发动机2-1，或是斯特林外燃发动机2-1，或是燃气驱动燃气轮发动机2-1，或是煤气驱动燃气轮发动机2-1，或是焦炉气驱动燃气轮发动机2-1，或是蒸汽轮机2-1。
海水13通过管道连接回热器2-2、海水补充泵12、逆向依次连接热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，并由管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽，组成海水补充、预热回路。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、逐级预热与热泵加热循环盐水：热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中的循环盐水，由盐水循环泵14驱动而逆向依次流经潜热回收段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，以在回收二次蒸汽凝结潜热的同时被逐级预热；然后流经冷凝器3管程、启动加热器3-1，而被冷凝热量或启动热量加热至多级闪蒸初始温度。
2、循环盐水的逐级节流闪蒸：启动加热器3-1出口的循环盐水，依次流经潜热回收段和热泵回热段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，以实现逐级节流闪蒸，所对应的饱和压力与饱和温度逐级降低；每当上级闪蒸室7中的饱和盐水，经盐水节流孔板7-1的减压而流入下级闪蒸室7时，即刻成为过热盐水而瞬间闪蒸出二次蒸汽，以释放过热盐水降温至饱和盐水的显热，来提供闪蒸潜热。多级闪蒸工艺中正是由于循环盐水加热与闪蒸的前后分离，带压加热时并无闪蒸，而闪蒸时又无需加热，因此由于避免结垢问题而特别适用于海水淡化工艺。
3、凝汽源热泵回收潜热：热泵回热段的各级闪蒸室7中，经汽水分离器7-2分离出的二次蒸汽，在凝汽源蒸发器1的外侧凝结成为淡水11，以回收二次蒸汽凝结潜热。
4、凝汽源热泵循环：凝汽源蒸发器1中的低压过热气态热泵工质6流经汇流三通、气体分离器2-9，而被燃气内燃发动机2-1驱动的压缩机2压缩成为高压过热气态热泵工质6，经油分离器2-3的油分离之后，从上至下流经冷凝器3壳程而冷凝成为高压过冷液态热泵工质6，流经干燥过滤器4-1、分流三通、经济器5过冷侧、电磁阀2-6、分流三通，再经膨胀阀4的节流而成为低压两相热泵工质6，而流入凝汽源蒸发器1中，回收二次蒸汽凝结潜热后，蒸发成为低压过热气态热泵工质6，以完成凝汽源热泵循环。干燥过滤器4-1出口的高压过冷液态热泵工质6流经分流三通，再经膨胀阀4的节流而成为中压两相热泵工质6，流入经济器5蒸发侧回收过冷热量，而蒸发成为中压过热气态热泵工质6，最后由中压补气口流回压缩机2内。
5、补充、预热海水：海水13由海水补充泵12驱动，先被燃气内燃发动机2-1的套缸冷却及烟气回热器2-2预热之后，再依次逆向流经热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，提取二次蒸汽凝结潜热而被进一步预热，最后通过管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中，以补充、预热海水13。
6、淡水的生产和取用：各级闪蒸室7底部闪蒸出的二次蒸汽经汽水分离器7-2的汽水分离，而在凝结管束7-6和或凝汽源蒸发器1的外侧凝结成为淡水11，并依重力先落入淡水箱7-3中，再经底部出水口流至淡水内管7-4中，利用两级闪蒸室7之间的压差而经淡水节流孔板7-5的逐级节流，沿淡水内管7-4汇集、流出末级闪蒸室7，最后由淡水泵10驱动，而引出和取用淡水11。各级闪蒸室7中淡水11流量与循环盐水流量的总和是常量。
7、排放盐水：热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中，循环盐水由盐水循环泵14驱动，流经分流三通而排放指定处。
8、油冷回热：经油分离器2-3分离出的高温压缩机润滑油，依据压差而经其底部出油口、手动球阀2-8、油冷却盘管2-7、油过滤器2-4、流量开关2-5、电磁阀2-6、手动球阀2-8、压缩机2回油口，从而回收油冷却热量以加热循环盐水。
9、排出不凝气：开启末级闪蒸室7顶部抽气内管7-7所连接的真空泵8，以通过各级闪蒸室7之间隔板上设置的抽气内管7-7，抽出各级闪蒸室7中的不凝气并排放环境。
因此与现有凝汽源热泵和多级闪蒸工艺相比较，本发明特点如下：
(1)系统集成凝汽源热泵与多级闪蒸工艺，是凝汽源热泵行业与多级闪蒸行业的跨界产品；
(2)利用凝汽源热泵蒸发器回收多级闪蒸工艺热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热；
(3)利用凝汽源热泵冷凝器作为工艺加热热源，加热循环盐水，然后送至多级闪蒸室中逐级闪蒸；
(4)利用凝汽源热泵回收热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热，独立驱动多级闪蒸工艺，节省全部驱动蒸汽。
因此与现有凝汽源热泵和多级闪蒸工艺相比较，本发明技术优势如下：系统集成凝汽源热泵与多级闪蒸工艺，是凝汽源热泵行业与多级闪蒸行业的跨界产品；利用凝汽源热泵蒸发器回收多级闪蒸工艺热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热；再利用凝汽源热泵冷凝器作为工艺加热热源，加热循环盐水，然后送至多级闪蒸室中逐级闪蒸；利用凝汽源热泵回收多级闪蒸工艺热泵回热段闪蒸室闪蒸出的二次蒸汽凝结潜热，独立驱动多级闪蒸工艺，节省全部驱动蒸汽。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
如附图1所示，其中：1-凝汽源蒸发器；2-压缩机；2-1-驱动设备；2-2-回热器；2-3-油分离器；2-4-油过滤器；2-5-流量开关；2-6-电磁阀；2-7-油冷却盘管；2-8-手动球阀；2-9-气体分离器；3-冷凝器；3-1-启动加热器；4-膨胀阀；4-1-干燥过滤器；5-经济器；6-热泵工质；7-闪蒸室；7-1-盐水节流孔板；7-2-汽水分离器；7-3-淡水箱；7-4-淡水内管；7-5-淡水节流孔板；7-6-凝结管束；7-7-抽气内管；8-真空泵；9-不凝气；10-淡水泵；11-淡水；12-海水补充泵；13-海水；14-盐水循环泵；15-盐水。
(五)具体实施方式
本发明提出的凝汽源热泵回热独立驱动多级闪蒸工艺实施例如附图1所示，现说明如下：其由蒸发回热量4050kW、水平设置、紫铜管制造的凝汽源蒸发器1；吸气量4000m3/h的压缩机2；输出轴功率967kW的燃气内燃发动机2-1；套缸冷却及烟气回热量967kW的回热器2-2；油分效率99％的油分离器2-3；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的紫铜油过滤器2-4；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的黄铜流量开关2-5；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的黄铜电磁阀2-6；油冷却盘管2-7；接口直径19mm/壁厚0.9mm/长度120mm的黄铜手动球阀2-8；气分效率98％的气体分离器2-9；冷凝放热量5017kW的冷凝器3；加热功率7017kW的启动加热器3-1；接口直径60mm/壁厚2mm/长度120mm的黄铜膨胀阀4；接口直径60mm/壁厚0.9mm/长度120mm的紫铜干燥过滤器4-1；过冷量517kW的经济器5；R124热泵工质6；长度3000mm、宽度3000mm、高度3000mm的闪蒸室7；压降120Pa的盐水节流孔板7-1；长度400mm、宽度3000mm、高度300mm的不锈钢丝网汽水分离器7-2；长度2600mm、宽度3000mm、高度500mm的淡水箱7-3；直径100mm/壁厚2mm的不锈钢淡水内管7-4；压降120Pa的淡水节流孔板7-5；回热量3345kW的凝结管束7-6；直径80mm/壁厚2mm/长度120mm的不锈钢抽气内管7-7；抽气流量3m3/min的真空泵8；流量3m3/min、温度50℃的不凝气9；流量34.3t/h、扬程7mH2O的淡水泵10；温度50℃、流量34.3t/h的淡水11；流量44.3t/h、扬程7mH2O的海水补充泵12；温度20℃、流量44.3t/h的海水13；流量432t/h、扬程35mH2O的盐水循环泵14；温度50-90℃、流量10t/h的排放盐水15。
凝汽源蒸发器1通过管道连接汇流三通、气体分离器2-9、压缩机2、油分离器2-3、冷凝器3壳程、干燥过滤器4-1、分流三通、经济器5过冷侧、电磁阀2-6、分流三通、膨胀阀4、凝汽源蒸发器1、汇流三通，组成凝汽源热泵循环回路；
分流三通、膨胀阀4、经济器5蒸发侧、压缩机2补气口，组成经济器补气回路；
油分离器2-3底部出油口通过管道连接手动球阀2-8、油冷却盘管2-7、油过滤器2-4、流量开关2-5、电磁阀2-6、手动球阀2-8、压缩机2回油口，组成油冷回热回路；
潜热回收段各级闪蒸室7的底部布置盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，中部布置汽水分离器7-2和淡水箱7-3，淡水箱7-3的垂直上部设置凝结管束7-6，各级闪蒸室7之间的隔板上设置抽气内管7-7，组成潜热回收段闪蒸室结构；
热泵回热段各级闪蒸室7的底部布置盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，中部布置汽水分离器7-2和淡水箱7-3，淡水箱7-3的垂直上部设置凝汽源蒸发器1和凝结管束7-6，各级闪蒸室7之间的隔板上设置抽气内管7-7，组成热泵回热段闪蒸室结构；
启动加热器3-1的出口通过管道依次连接潜热回收段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽、热泵回热段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，组成循环盐水的逐级节流闪蒸回路；
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽出口通过管道连接盐水循环泵14、分流三通、逆向依次连接潜热回收段各级闪蒸室7的凝结管束7-6、冷凝器3管程、启动加热器3-1，组成循环盐水逐级预热、热泵加热、启动加热回路；
各级闪蒸室7的淡水箱7-3底部出水口通过管道连接淡水内管7-4，两级闪蒸室7之间的淡水内管7-4由淡水节流孔板7-5相互连接，且末级闪蒸室7的淡水内管7-4通过管道连接淡水泵10，组成淡水11取用回路；
海水13通过管道连接海水补充泵12、逆向依次连接热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，并由管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽，组成海水补充、预热回路；
真空泵8通过管道连接各级闪蒸室7的抽气内管7-7，组成不凝气排放回路；
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽出口通过管道连接盐水循环泵14、分流三通，组成盐水15排放回路。
驱动设备2-1是电动机2-1，或是燃气内燃发动机2-1，或是汽油内燃发动机2-1，或是柴油内燃发动机2-1，或是煤油内燃发动机2-1，或是斯特林外燃发动机2-1，或是燃气驱动燃气轮发动机2-1，或是煤气驱动燃气轮发动机2-1，或是焦炉气驱动燃气轮发动机2-1，或是蒸汽轮机2-1。
海水13通过管道连接回热器2-2、海水补充泵12、逆向依次连接热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，并由管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽，组成海水补充、预热回路。
本发明实施例中：
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中50℃、流量432t/h的循环盐水，由盐水循环泵14驱动而逆向依次流经潜热回收段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，以在回收二次蒸汽凝结潜热的同时被逐级预热至80℃；然后流经冷凝器3管程、启动加热器3-1，而被5017kW的冷凝热量或启动热量加热至多级闪蒸初始温度90℃。
启动加热器3-1出口的循环盐水，依次流经潜热回收段和热泵回热段各级闪蒸室7的底部盐水节流孔板7-1和循环盐水槽，以实现逐级节流闪蒸，所对应的饱和温度逐级降低8℃；每当上级闪蒸室7中的饱和盐水，经盐水节流孔板7-1的减压而流入下级闪蒸室7时，即刻成为过热盐水而瞬间闪蒸出二次蒸汽，以释放过热盐水降温至饱和盐水的显热，来提供闪蒸潜热。
热泵回热段的各级闪蒸室7中，经汽水分离器7-2分离出的二次蒸汽，在凝汽源蒸发器1的外侧凝结成为淡水11，以回收二次蒸汽凝结潜热。
凝汽源蒸发器1中的低压过热气态热泵工质6流经汇流三通、气体分离器2-9，而被燃气内燃发动机2-1驱动的压缩机2压缩成为高压过热气态热泵工质6，经油分离器2-3的油分离之后，从上至下流经冷凝器3壳程而冷凝成为高压过冷液态热泵工质6，流经干燥过滤器4-1、分流三通、经济器5过冷侧、电磁阀2-6、分流三通，再经膨胀阀4的节流而成为低压两相热泵工质6，而流入凝汽源蒸发器1中，回收二次蒸汽凝结潜热后，蒸发成为低压过热气态热泵工质6，以完成凝汽源热泵循环。干燥过滤器4-1出口的高压过冷液态热泵工质6流经分流三通，再经膨胀阀4的节流而成为中压两相热泵工质6，流入经济器5蒸发侧中回收过冷热量，而蒸发成为中压过热气态热泵工质6，最后由中压补气口流回压缩机2内。
温度20℃、流量44.3t/h的海水13由海水补充泵12驱动，先被燃气内燃发动机2-1的套缸冷却及烟气回热器2-2以967kW回热量预热至38.84℃，再依次逆向流经热泵回热段各级闪蒸室7的凝结管束7-6，提取二次蒸汽凝结潜热而被进一步预热至45℃，最后通过管道送至末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中，以补充、预热海水13。
各级闪蒸室7底部闪蒸出流量5.7t/h、温度82-50℃的二次蒸汽经汽水分离器7-2的汽水分离，而在凝结管束7-6和或凝汽源蒸发器1的外侧凝结成为淡水11，并依重力先落入淡水箱7-3中，再经底部出水口流至淡水内管7-4中，利用两级闪蒸室7之间的压差而经淡水节流孔板7-5的逐级节流，沿淡水内管7-4汇集、流出末级闪蒸室7，最后由流量34.3t/h的淡水泵10驱动，而引出和取用淡水11。各级闪蒸室7中淡水11流量与循环盐水流量的总和是常量。
热泵回热段末级闪蒸室7的底部循环盐水槽中，循环盐水由盐水循环泵14驱动，流经分流三通而排放指定处。
经油分离器2-3分离出的高温压缩机润滑油，依据压差而经其底部出油口、手动球阀2-8、油冷却盘管2-7、油过滤器2-4、流量开关2-5、电磁阀2-6、手动球阀2-8、压缩机2回油口，从而回收油冷却热量以加热循环盐水。
开启末级闪蒸室7顶部抽气内管7-7所连接的真空泵8，以通过各级闪蒸室7之间隔板上设置的抽气内管7-7，抽出各级闪蒸室7中的不凝气并排放环境。