专利名称：喷射增焓回热式蒸发器的制作方法
技术领域：
喷射增焓回热式蒸发器，属喷射器、蒸发器、热泵和热交换设备寸。( 二)
背景技术：
多效蒸发器是化工生产、海水淡化、造纸黑液及污废水处理工艺中的一种常用设备。多效蒸发器是一种多个蒸发器的串联设备，其设计原理是将二次蒸发的汽化潜热反复利用。在一定的范围内，蒸发器的级数越多，热能利用率越高。但无轮级数多少，生蒸汽总是以汽态形式进入系统，又以汽态形式排出系统。通常系统的进汽压力为0. 5MPa，相应的汽温为152°C，热焓为27^kj/kg ；排汽压力为-0. 92MPa，相应的汽温为 42°C，热焓为2573kj/kg;进出系统的焓差为172kj/kg，热利用率不足8%。非但如此，还要消耗大量的冷却水将排出系统的二次蒸汽冷凝。国外有人对海湾地区的一座M效大型海水淡化装置进行测查，其第二定律的热效率仅4. 3%。目前多效蒸发海水淡化装置一吨生蒸汽可以蒸发8吨水，即蒸发比为8，而国内运行最好的多效蒸发器的蒸发比不足4。若以目前生产每吨蒸汽的价格以200元计，蒸发一吨水的成本为50元，这是最好的，普遍的成本在70元以上，有的则更高。因此，提高蒸发效率是节能减排亟待解决的问题。提高蒸发效率最理想的途径是将二次蒸汽循环利用，循环利用则需要高效热泵，然而由于原理所致，目前的机械压缩式热泵和喷射热泵的蒸发效率都不能满足要求。
发明内容
本发明提供的喷射增焓回热式蒸发器，目的就是要提高现有蒸发器的热效率。本发明目的是通过采用喷射增焓相变增压、真空状态下的压力闪蒸、闪蒸冷液回热及循环蒸发的方式，使蒸发系统形成封闭的热力循环实现的。本发明的技术方案如下喷射增焓回热式蒸发器，其特征是1)设压力闪蒸蒸发器1，有如下结构在壳体1. 4内沿周向均布1支以上水喷头 1. 5，壳体外表装有进水管1. 3a的环形水室1. 3 ；环形水室与水喷头进液管1. 51连通，并向水喷头提供压力水；壳体上、下方分别设闪蒸蒸汽出口 1. 1和冷液出口 1. 7 ；2)设喷射增焓相变增压水蒸汽热泵4，有如下设计i)设同轴顺次连接的进汽室4. 1、有加热外套的一支以上拉瓦尔喷管组件4. 2、收敛段有加热外套的一支以上收敛-扩张型扩压器组件4. 3以及扩容减压管4. 4 ；其中，加热外套是指分别在拉瓦尔喷管4. 22和扩压器收敛段4. 37外壁固定加热片，并在加热片外装有密闭的通有蒸汽的喷管加热套4. 26和收敛段加热套4. 36 ； )拉瓦尔喷管进口蒸汽压强I^a为低压水蒸汽压强，此处选用二次蒸汽、泛汽及其它低品位水蒸汽；且进口蒸汽压强P2a/出口蒸汽压强Pa >2;iii)从拉瓦尔喷管出口面沘处至收敛-扩张型扩压器喉道出口 3C处这一段Lx汽流干度X < 1 ;iv)收敛-扩张型扩压器出口截面的压强Pa <拉瓦尔喷管进口蒸汽压强；ν)扩容减压管4采用圆柱-圆锥-圆柱形，进口面积SJ出口面积> 3。3)设间接回热冷凝器2，有如下设计①在回热冷凝容器2. 3中通入已增压的蒸汽2. 2，开有进汽口 2. 4、出汽口 2. 5和冷凝水排出口 2. 6，容器内还装有间接进行热交换的回热管2. 1 ；②参数满足tb ^、+R式中tb为喷射增焓相变增压水蒸汽热泵4的排汽温度A1-回热冷凝器热液2. 2的温度；R-回热冷凝器2的热阻。4)设热液水箱3，有如下结构在水箱内充满由加热蒸汽加热的热液3. 1，并设补充液管3. 2和底部的浓液排出口 3. 3。5)设真空泵5，用真空管将真空泵抽汽管5. 1与回热冷凝器出汽口 2. 5连通；6)上述各单元汽路用真空管还有如下连接蒸发器1蒸汽出口 1. 1与增焓相变热泵4的进汽管4. 11连通；增焓相变热泵4排汽管4. 44与回热冷凝器2进汽口 2. 4连通； 上述各单元水路用水管如下连接蒸发器1进水管1. 3a与热液泵7的出水管连通，热液泵 7的进液口与热液水箱3连通；蒸发器冷液出口 1. 7与冷凝器回热管2. 1进液口连通，冷凝器回热管2. 1热液出口 2. 7与热液水箱3连通。本发明有益效果1)首先对实现本发明目的的研制中，应用的水压力闪蒸原理作如下说明。由水的蒸发持性见
图1，参数为GptpP1的热水Ia通入蒸发室ld，经喷头Ic雾化闪蒸，产生和排出参数为Ps、ts、nG、is〃闪蒸汽Ib和参数为P2、t2、(l-n)G的冷水le。由图1闪蒸蒸发单元建立的能量方程得到如下关系式:is" = C(tl-t2+nt2)/n+(Pl-P2)/np - (A)上式(A)中is〃 -蒸汽热焓；ti、t2和ts—进水、出水和蒸汽温度；Pi、P2禾PP「-进水、出水和蒸汽压力；η-水的蒸发比P-水的密度C-水的比热；G-流量。右边第一项是由温度产生的闪蒸蒸汽的热焓，称热力焓，右边第二项是由水的压力势能转变为热能产生的焓，称压力焓。热焓是水蒸汽的状态参数，焓差表示水蒸汽做功能力的大小。为了回用二次蒸汽，我们需要知道在不同状态下的闪蒸汽温和汽压，并希望其值越大越好。表1提供了当闪蒸热水温度、=90°C时，闪蒸汽温ts与蒸发比和闪蒸水压ΔΡ的关系。表1闪蒸汽温表、=90 0C
权利要求
1.喷射增焓回热式蒸发器，其特征是1)设压力闪蒸蒸发器(1)，有如下结构在壳体内沿周向均布1支以上水喷头(1.5)， 壳体外表装有进水管(1. 3a)的环形水室(1. 3)；环形水室与水喷头进液管(1. 51)连通；壳体上、下方分别设闪蒸蒸汽出口(1.1)和冷液出口(1.7)；2)设喷射增焓相变增压水蒸汽热泵G)，有如下设计i)设同轴顺次连接的进汽室 (4. 1)、有加热外套的一支以上拉瓦尔喷管组件(4. 2)、收敛段有加热外套的一支以上收敛-扩张型扩压器组件G.3)以及扩容减压管(4.4)；其中，加热外套是指分别在拉瓦尔喷管(4. 22)和扩压器收敛段(4. 37)外壁固定加热片，并在加热片外装有密闭的通有蒸汽的喷管加热套G.26)和收敛段加热套G.36) ；ii)拉瓦尔喷管进口蒸汽压强为低压水蒸汽压强；且进口蒸汽压强P2a/出口蒸汽压强Pa >2 ;iii)从拉瓦尔喷管出口面Ob)处至收敛-扩张型扩压器喉道出口(3C)处这一段(Lx)汽流干度X < 1 ； iv)收敛-扩张型扩压器出口截面压强Pa <拉瓦尔喷管进口蒸汽压强P2a ；ν)扩容减压管(4)采用圆柱-圆锥-圆柱形，进口面积、a/出口面积S4b > 3。3)设间接回热冷凝器O)，有如下设计①在回热冷凝容器(2.3)中通入已增压的蒸汽 (2. 2)开有进汽口 (2. 4)、出汽口 (2. 5)和冷凝水排出口 (2. 6)，容器内还装有间接进行热交换的回热管(2. 1)；②参数满足tb ^、+R式中tb为喷射增焓相变增压水蒸汽热泵(4)的排汽温度A1-回热冷凝器热液(2. 2)的温度；R-回热冷凝器O)的热阻；4)设热液水箱(3)，有如下结构在水箱内充满由加热蒸汽加热的热液(3.1)，并设补充液管(3.2)和底部的浓液排出口(3.3)；5)设真空泵(5)，用真空管将真空泵抽汽管(5.1)与回热冷凝器出汽口(2. 5)连通；6)上述各单元汽路用真空管还有如下连接蒸发器(1)蒸汽出口(1.1)与增焓相变热泵的进汽管(4. 11)连通；增焓相变热泵(4)排汽管(4. 44)与回热冷凝器( 进汽口 (2. 4)连通；上述各单元水路用水管如下连接蒸发器进水管(1. 3a)与热液泵(7)的出水管连通，热液泵(7)的进液口与热液水箱(3)连通；蒸发器冷液出口(1. 7)与冷凝器回热管 (2. 1)进液口连通，冷凝器回热管(2. 1)热液出口(2.7)与热液水箱C3)连通。
2.按权利要求1所述蒸发器，其特征是所述真空泵(5)采用水喷射真空泵、下方的水箱(6)和箱外管路上的水泵(8)形成循环水喷射真空系统；水喷射真空泵(5)内设压力水室(5. 2)、与它连通并向混合室(5.4)喷射水的多个并联的水喷嘴(5. 3)、混合室外与水喷嘴配合的多个并联扩散管(5. 5)，混合室壁开抽气管(5. 1)。
3.按权利要求1所述蒸发器，其特征是所述水喷头(1.5)采用旋流雾化喷头。
全文摘要
喷射增焓回热式蒸发器，设由水喷头喷射闪蒸的压力闪蒸蒸发器、下方顺次设间接式回热冷凝器、热液水箱、热液泵形成只需补充少量热量的热力循环。蒸发器闪蒸汽出口与设置的喷射增焓相变增压水蒸汽热泵的进汽管连通；热泵排汽口与冷凝器的进汽口连通，冷凝器的出汽口与设置的真空泵抽汽管连通。热泵由进汽室、蒸汽加热的拉瓦尔喷管和扩压器及扩容减压管组成。本发明用冷凝器和真空泵产生蒸发真空，利用压力闪蒸提高汽温和蒸发强度，利用喷射增焓相变增压热泵提高闪蒸温度和压力。理论热效率大于80％，蒸发比大于35，比现有多效蒸发器高数倍，且不需循环水冷却系统。可用于蒸发、浓缩、海水淡化、污水处理等工艺中。
文档编号B01D1/00GK102188829SQ20111008769
公开日2011年9月21日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年4月8日
发明者魏仕英 申请人:魏仕英