一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，屬于熱法蒸發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】。核心是引入相變氣波增壓器，利用激波制熱和增壓特性完成氣波蒸汽再壓縮，實(shí)現(xiàn)氣波蒸汽再壓縮和氣波增壓/機(jī)械壓縮聯(lián)用兩個(gè)系統(tǒng)，末效二次蒸汽進(jìn)入相變氣波增壓器中完成再壓縮，提升能量品味后，進(jìn)入首效蒸發(fā)器作為驅(qū)動(dòng)熱源，產(chǎn)生的二次蒸汽在氣液分離模塊完成分離后，作為下效熱源繼續(xù)蒸發(fā)；原液在各效蒸發(fā)器提濃至飽和濃度后，由泵送出裝置。本發(fā)明系統(tǒng)簡(jiǎn)單，既克服了蒸汽壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造難題，又具有比蒸汽噴射器增壓效率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，屬于熱法蒸發(fā)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]鹽度大于1%的高鹽廢水任意排放給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，已引起政府和民眾廣泛關(guān)注，迫切需要經(jīng)濟(jì)高效的高鹽廢水處理技術(shù)。在當(dāng)今脫鹽三大主流技術(shù)中，反滲透膜(RO)法，經(jīng)濟(jì)性好，但存在膜污染、生產(chǎn)能力小等問(wèn)題；常規(guī)多級(jí)閃蒸(MSF)和多效蒸發(fā)(MED)技術(shù)等熱法技術(shù)能耗高(如三效MED消耗約0.4噸新鮮蒸汽/噸廢水)，經(jīng)濟(jì)性較差，業(yè)界甚至認(rèn)為熱法技術(shù)不是鹽水處理技術(shù)的發(fā)展方向。然而，熱法處理含鹽廢水存在操作穩(wěn)定、鹽去除率很高(可達(dá)98%-99%)的突出優(yōu)點(diǎn)，且廢水鹽度越高，優(yōu)點(diǎn)越突出。作為一種特殊熱法處理技術(shù)，機(jī)械蒸汽再壓縮(MVR)技術(shù)的特點(diǎn)是真空下對(duì)末效全部二次蒸汽進(jìn)行再壓縮，以充分利用潛熱，提高了能量利用率，將其用于廢水處理，運(yùn)行成本可達(dá)與膜法技術(shù)相當(dāng)?shù)乃?，?jīng)濟(jì)和社會(huì)效益可觀。但是，MVR專用真空蒸汽壓縮機(jī)的開發(fā)卻存在較多難題，如:轉(zhuǎn)速快、尺寸大和效率低等，事實(shí)上已經(jīng)阻礙了機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)的大規(guī)模推廣使用。
[0003]采用基于非定常流動(dòng)過(guò)程的波轉(zhuǎn)子(Wave Rotor)增壓效率高于穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的增壓效率，該技術(shù)無(wú)需活塞或葉片等部件，僅通過(guò)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)激波就可高效完成高、低壓流體間的直接能量交換。CN101290174專利提供了一種外循環(huán)耗散式氣波機(jī)原則結(jié)構(gòu)，這樣的兩端開口氣波轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以完成高低壓流體的能量交換，但目前只利用了其膨脹效應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，其目的在于充分利用激波制熱效應(yīng)，提供能量利用效率。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，它包括一個(gè)多效蒸發(fā)器、濃液泵、凝結(jié)水泵和蒸汽鍋爐，多效蒸發(fā)器由首效蒸發(fā)器、幾個(gè)次效蒸發(fā)器和末效蒸發(fā)器構(gòu)成，它還包括一個(gè)相變氣波增壓器和真空泵，相鄰各效蒸發(fā)器的底部采用連通管連接，還采用各效蒸發(fā)器的循環(huán)泵連接該效蒸發(fā)器中的液體均布器；所述蒸汽鍋爐的驅(qū)動(dòng)蒸汽出口連接相變氣波增壓器的驅(qū)動(dòng)蒸汽入口，相變氣波增壓器的增壓蒸汽出口連接首效蒸發(fā)器中的首效換熱器，末效蒸發(fā)器的上部空間采用管道連接相變氣波增壓器的低壓蒸汽入口 ；所述首效蒸發(fā)器上部空間通過(guò)管道連接次效蒸發(fā)器中的次效換熱器，以此類推，前級(jí)次效蒸發(fā)器上部空間通過(guò)管道連接后級(jí)次效蒸發(fā)器中的次效換熱器，末級(jí)次效蒸發(fā)器上部空間通過(guò)管道連接末效蒸發(fā)器中的末效換熱器；原液從位于末效蒸發(fā)器上部空間的冷凝器的原液進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)原液管進(jìn)入首效蒸發(fā)器中，末效蒸發(fā)器的底部連接濃液泵，在冷凝器的下部設(shè)有凝水接盤；所述末效蒸發(fā)器的上部空間采用管道經(jīng)汽水分離器連接真空泵；所述各效蒸發(fā)器中各效換熱器的出口與凝水接盤共同連接蒸汽鍋爐和凝結(jié)水泵的進(jìn)水口。
[0006]所述末效蒸發(fā)器的上部空間采用管道依次經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)、位于首效蒸發(fā)器上部空間的換熱器和氣液分離器連接相變氣波增壓器的低壓蒸汽入口，氣液分離器的底部連接蒸汽鍋爐和凝結(jié)水泵的進(jìn)水口。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述的各效蒸發(fā)器是指:首效蒸發(fā)器、幾個(gè)次效蒸發(fā)器和末效蒸發(fā)器；所述的各效蒸發(fā)器的循環(huán)泵是指:首效循環(huán)泵、幾個(gè)次效循環(huán)泵和末效循環(huán)泵；該效蒸發(fā)器中的液體均布器是指:首效液體均布器、幾個(gè)次效液體均布器和末效液體均布器。
[0008]上述技術(shù)方案利用激波的制熱效應(yīng)和增壓性能，構(gòu)造一種新型的氣波蒸汽再壓縮機(jī)制，在所實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中利用相變氣波增壓器代替或部分代替水蒸汽壓縮機(jī)。其中，相變氣波增壓器的驅(qū)動(dòng)熱源為低熱值的蒸汽，被驅(qū)氣流為末效二次蒸汽，增壓和過(guò)熱后重新利用潛熱，以達(dá)到節(jié)能目的。
[0009]根據(jù)原液蒸發(fā)溫度的實(shí)際狀況，二次蒸汽的再壓縮比有高低之分，可以有采用機(jī)械蒸汽壓縮+氣波蒸汽壓縮聯(lián)用和氣波蒸汽再壓縮兩種實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于中、高溫蒸發(fā)情況，真空度低，二次蒸汽增壓比低，僅采用相變氣波增壓即可完成，即采用WVR工藝。對(duì)于低溫蒸發(fā)情況，真空度高，增壓壓比高，可采用級(jí)數(shù)降低的低壓比機(jī)械蒸汽壓縮MVR(這時(shí)的壓縮機(jī)開發(fā)難度降低)+相變氣非定常預(yù)壓縮WVR的混合工藝，即M/WVR工藝。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:這種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)提出的氣波蒸汽再壓縮WVR技術(shù)，相比現(xiàn)有機(jī)械蒸汽再壓縮MVR和熱力蒸汽再壓縮TVR技術(shù)，具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì):
一、相對(duì)于機(jī)械蒸汽再壓縮MVR技術(shù)，WVR技術(shù)無(wú)設(shè)備開發(fā)難題，熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)在于激波制熱效應(yīng)可充分利用，且非定常增壓效率高。從制熱角度，WVR技術(shù)充分利用運(yùn)動(dòng)激波的熱分離現(xiàn)象，由于驅(qū)動(dòng)蒸汽會(huì)經(jīng)歷膨脹、過(guò)度膨脹冷凝過(guò)程，因此驅(qū)動(dòng)蒸汽將釋放更多的顯熱和潛熱，用于激波制熱，提供能量利用效率；從增壓角度，WVR技術(shù)的非定常增壓過(guò)程效率更高，且無(wú)設(shè)備開發(fā)難題。
[0011]二、相對(duì)于熱力蒸汽再壓縮TVR技術(shù)，WVR技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于增壓效率遠(yuǎn)高于蒸汽噴射器的效率，且驅(qū)動(dòng)蒸汽的過(guò)膨脹冷凝過(guò)程可更多釋放的潛熱加以利用，蒸汽噴射器只能完成一次膨脹過(guò)程，驅(qū)動(dòng)蒸汽的潛熱利用率低。
[0012]三、WVR技術(shù)還具備優(yōu)秀的帶液操作性能，設(shè)備開發(fā)優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)尺寸小、轉(zhuǎn)速低、易于開發(fā)。波轉(zhuǎn)子熱分離特性決定了驅(qū)動(dòng)蒸汽在膨脹后會(huì)發(fā)生過(guò)度冷凝現(xiàn)象，這點(diǎn)不同于機(jī)械蒸汽壓縮過(guò)程全程為過(guò)熱蒸汽。本發(fā)明在充分利用驅(qū)動(dòng)蒸汽潛熱(冷凝壓力更低)的同時(shí)，會(huì)伴隨驅(qū)動(dòng)蒸汽的凝結(jié)，波轉(zhuǎn)子的雙開口結(jié)構(gòu)可確保其具備優(yōu)良的帶液操作性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)圖。
[0014]圖2是一種機(jī)械蒸汽再壓縮與氣波蒸汽再壓縮相聯(lián)合的連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)圖。
[0015]圖中:1、真空泵，2、汽水分離器，3、末效蒸發(fā)器，3a、末效換熱器，3b、末效液體均布器，3c、冷凝器，4、濃液泵，5、凝結(jié)水泵，6、首效循環(huán)泵，6a、次效循環(huán)泵，6b、末效循環(huán)泵，7、次效蒸發(fā)器，7a、次效換熱器，7b、次效液體均布器，8、首效蒸發(fā)器，8a、首效換熱器，Sb、首效液體均布器，Sc、換熱器，9、蒸汽鍋爐，10、相變氣波增壓器、11、氣液分離器，12、蒸汽壓縮機(jī)，13、凝水接盤，14、連通管，15、原液管；H、驅(qū)動(dòng)蒸汽入口，L、低壓蒸汽入口，M、增壓蒸汽出口。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例1利用驅(qū)動(dòng)蒸汽在相變氣波增壓器中完成二次蒸汽的再壓縮。
[0018]圖1示出了一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)。圖中，氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)包括一個(gè)三效蒸發(fā)器、濃液泵4、凝結(jié)水泵5、蒸汽鍋爐9、相變氣波增壓器10和真空泵I，三效蒸發(fā)器由首效蒸發(fā)器8、次效蒸發(fā)器7和末效蒸發(fā)器3構(gòu)成，首效蒸發(fā)器8與次效蒸發(fā)器7、次效蒸發(fā)器7與末效蒸發(fā)器3的底部采用連通管14互相連接。采用首效蒸發(fā)器8的首效循環(huán)泵6連接首效蒸發(fā)器8中的首效液體均布器Sb，采用次效蒸發(fā)器7的次效循環(huán)泵6a連接次效蒸發(fā)器7中的次效液體均布器7b，采用末效蒸發(fā)器3的末效循環(huán)泵6b連接末效蒸發(fā)器3中的末效液體均布器3b。蒸汽鍋爐9的驅(qū)動(dòng)蒸汽出口連接相變氣波增壓器10的驅(qū)動(dòng)蒸汽入口 H，相變氣波增壓器10的增壓蒸汽出口 M連接首效蒸發(fā)器8中的首效換熱器8a，末效蒸發(fā)器3的上部空間采用管道連接相變氣波增壓器10的低壓蒸汽入口 L。首效蒸發(fā)器8上部空間通過(guò)管道連接次效蒸發(fā)器7中的次效換熱器7a，次效換熱器7a上部空間通過(guò)管道連接末效蒸發(fā)器3中的末效換熱器3a。原液從位于末效蒸發(fā)器3上部空間的冷凝器3c的原液進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)原液管15進(jìn)入首效蒸發(fā)器8中，末效蒸發(fā)器3的底部連接濃液泵4，在冷凝器3c的下部設(shè)有凝水接盤13。末效蒸發(fā)器3的上部空間采用管道經(jīng)汽水分離器2連接真空泵I。首效換熱器8a、次效換熱器7a和末效換熱器3a的出口與凝水接盤13共同連接蒸汽鍋爐9和凝結(jié)水泵5的進(jìn)水口。
[0019]在各效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)側(cè)換熱采用強(qiáng)制循環(huán)的液體均布器完成液體分布。在順流和并流進(jìn)料方式中，前效和后效的料液依靠壓差完成輸送；在逆流進(jìn)料方式中，依靠強(qiáng)制循環(huán)泵完成料液輸送。相變氣波增壓器10為三端口波轉(zhuǎn)子增壓器。
[0020]將氣波蒸汽增壓(WVR)蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用于鹽礦預(yù)處理、含鹽污水處理和海水淡化等領(lǐng)域。
[0021]原液進(jìn)入末效蒸發(fā)器3中的冷凝器3c預(yù)熱后進(jìn)入首效蒸發(fā)器8中；末效二次蒸汽冷凝部分蒸汽后進(jìn)入相變氣波增壓器10中，利用驅(qū)動(dòng)蒸汽產(chǎn)生非定常激波的制熱和增壓機(jī)制，流股熱焓增加，進(jìn)入首效蒸發(fā)器8作為驅(qū)動(dòng)熱源，首效蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入次效蒸發(fā)器7充當(dāng)驅(qū)動(dòng)熱源，首效蒸發(fā)后的原液利用壓差輸送至次效蒸發(fā)器7中進(jìn)一步蒸發(fā)，以此進(jìn)行直至原液濃度達(dá)到工藝需要或結(jié)晶飽和濃度，由濃液泵4輸出。
[0022]蒸發(fā)器各效均可設(shè)置二次蒸汽的氣液分離單元和原液的強(qiáng)制循環(huán)單元。各效原液可采用順流、并流和逆流方式進(jìn)料，各效間原液輸送分別對(duì)應(yīng)利用壓差自然流動(dòng)輸送和強(qiáng)制循環(huán)輸送的方式。
[0023]實(shí)施例2聯(lián)合利用蒸汽壓縮機(jī)和相變氣波增壓器中完成二次蒸汽的再壓縮。
[0024]圖2示出了一種機(jī)械蒸汽壓縮與氣波蒸汽再壓縮相聯(lián)合的連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)。圖2與圖1的不同之處在于:末效蒸發(fā)器3的上部空間采用管道依次經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)12、位于首效蒸發(fā)器8上部空間的換熱器Sc和氣液分離器11連接相變氣波增壓器10的低壓蒸汽入口L，氣液分離器11的底部連接蒸汽鍋爐9和凝結(jié)水泵5的進(jìn)水口。
[0025]在各效蒸發(fā)器中，蒸發(fā)側(cè)換熱采用強(qiáng)制循環(huán)的液體均布器完成液體分布。在順流和并流進(jìn)料方式中，前效和后效的料液依靠壓差完成輸送；在逆流進(jìn)料方式中，依靠強(qiáng)制循環(huán)泵完成原液的輸送。相變氣波增壓器10為三端口波轉(zhuǎn)子增壓器，蒸汽壓縮機(jī)為低壓比蒸汽壓縮機(jī)。
[0026]將機(jī)械蒸汽再壓縮和氣波蒸汽增壓聯(lián)用(M/WVR)構(gòu)成的蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用于鹽礦預(yù)處理、含鹽污水處理和海水淡化等領(lǐng)域。
[0027]原液進(jìn)入末效蒸發(fā)器3中的冷凝器3c預(yù)熱后進(jìn)入首效蒸發(fā)器8中；末效二次蒸汽冷凝部分蒸汽(或不冷凝)后進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)12進(jìn)行低壓比預(yù)壓縮，熱焓增加的二次蒸汽進(jìn)入首效蒸發(fā)器回收顯熱，進(jìn)入氣液分離器11，分離凝液后進(jìn)入相變氣波增壓器10中，利用驅(qū)動(dòng)蒸汽產(chǎn)生的非定常激波的制熱和增壓機(jī)制，流股熱焓增加，進(jìn)入首效蒸發(fā)器作為驅(qū)動(dòng)熱源，首效蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)入次效蒸發(fā)器7充當(dāng)驅(qū)動(dòng)熱源，首效蒸發(fā)后的料液利用壓差輸送至次效蒸發(fā)器7中進(jìn)一步蒸發(fā)，以此進(jìn)行直至料液濃度達(dá)到工藝需要或結(jié)晶飽和濃度，由濃液泵4輸出。
[0028]蒸發(fā)器各效均可設(shè)置二次蒸汽的氣液分離單元和原液的強(qiáng)制循環(huán)單元。各效原液可采用順流、并流和逆流方式進(jìn)料，各效間料液輸送分別對(duì)應(yīng)利用壓差自然流動(dòng)輸送和強(qiáng)制循環(huán)輸送的方式。相變氣波增壓器10為三端口波轉(zhuǎn)子增壓器，所述蒸汽壓縮機(jī)為低壓比蒸汽壓縮機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，它包括一個(gè)多效蒸發(fā)器、濃液泵(4)、凝結(jié)水泵(5)和蒸汽鍋爐(9)，多效蒸發(fā)器由首效蒸發(fā)器(8)、幾個(gè)次效蒸發(fā)器(7)和末效蒸發(fā)器(3)構(gòu)成，其特征是:它還包括一個(gè)相變氣波增壓器(10)和真空泵(I )，相鄰各效蒸發(fā)器的底部采用連通管(14)連接，還采用各效蒸發(fā)器的循環(huán)泵連接該效蒸發(fā)器中的液體均布器；所述蒸汽鍋爐(9)的驅(qū)動(dòng)蒸汽出口連接相變氣波增壓器(10)的驅(qū)動(dòng)蒸汽入口(H)，相變氣波增壓器(10)的增壓蒸汽出口(M)連接首效蒸發(fā)器(8)中的首效換熱器(8a)，末效蒸發(fā)器(3)的上部空間采用管道連接相變氣波增壓器(10)的低壓蒸汽入口(L);所述首效蒸發(fā)器(8)上部空間通過(guò)管道連接次效蒸發(fā)器(7)中的次效換熱器(7a)，以此類推，前級(jí)次效蒸發(fā)器上部空間通過(guò)管道連接后級(jí)次效蒸發(fā)器中的次效換熱器，末級(jí)次效蒸發(fā)器上部空間通過(guò)管道連接末效蒸發(fā)器(3)中的末效換熱器(3a);原液從位于末效蒸發(fā)器(3)上部空間的冷凝器(3c)的原液進(jìn)口進(jìn)入，經(jīng)原液管(15)進(jìn)入首效蒸發(fā)器(8)中，末效蒸發(fā)器(3)的底部連接濃液泵(4)，在冷凝器(3c)的下部設(shè)有凝水接盤(13);所述末效蒸發(fā)器(3)的上部空間采用管道經(jīng)汽水分離器(2)連接真空泵(I);所述各效蒸發(fā)器中各效換熱器的出口與凝水接盤(13)共同連接蒸汽鍋爐(9)和凝結(jié)水泵(5)的進(jìn)水口。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種氣波蒸汽再壓縮連續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)，其特征是:所述末效蒸發(fā)器(3)的上部空間采用管道依次經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)(12)、位于首效蒸發(fā)器(8)上部空間的換熱器(8c)和氣液分離器(11)連接相變氣波增壓器(10)的低壓蒸汽入口(L)，氣液分離器(11)的底部連接蒸汽鍋爐(9 )和凝結(jié)水泵(5 )的進(jìn)水口。
【文檔編號(hào)】B01D1/30GK104436728SQ201410707512
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】代玉強(qiáng), 胡大鵬, 劉鳳霞, 程永航, 朱徹, 鄒久朋, 張斯亮, 陶盛洋 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)