一种低温蒸发热泵双效蒸发系统及其运行方法与流程

本发明涉及低温蒸发领域，具体涉及一种低温蒸发热泵双效蒸发系统及其运行方法。

背景技术：

1、蒸发浓缩技术通常用于工业废水减量、资源化回收以及高盐、高有机物原液的浓缩处理。现有蒸发技术从单效蒸发发展到多效蒸发，再发展到机械蒸汽再压缩蒸发，核心目标均在于降低能耗、减轻结垢腐蚀并提高运行稳定性。

2、多效蒸发通过将前一效产生的二次蒸汽作为后一效热源，可以减少生蒸汽消耗和冷却水消耗，但多效蒸发通常仍需要外部生蒸汽作为初始热源，系统配套设施较多，占地面积较大；在废水浓度升高、黏度增大的工况下，后续蒸发器传热系数下降，各效之间温差不易维持，浓缩处理效率受到限制。

3、机械蒸汽再压缩蒸发器通过压缩二次蒸汽提高热焓并循环利用热量，具有较好的节能潜力。但是在废水零排放等复杂工况下，换热器结垢、浓缩液沸点升高和原液工况波动会导致蒸发量下降甚至停机；同时利用原废水冷却二次过热蒸汽时，冷凝水温度较高，压缩机控制复杂，系统稳定性受到影响。

4、低温真空蒸发器通过抽真空降低原液沸点，使原液可在较低温度下蒸发，有利于降低结焦结垢和腐蚀风险，可减少外部蒸汽和冷却水配套需求。但常规低温蒸发器多为单效蒸发，二次蒸汽余热未被充分利用，热量利用率仍存在提升空间。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种低温蒸发热泵双效蒸发系统及其运行方法，可以解决现有技术中单效蒸发余热利用率低的问题，还可以改善换热面易结焦结垢的问题。

2、其技术方案是这样的：一种低温蒸发热泵双效蒸发系统，其特征在于，包括：

3、一效蒸发单元，包括一效蒸发罐，所述一效蒸发罐的底部连接有一效循环泵；

4、二效蒸发单元，包括二效蒸发罐和设置于所述二效蒸发罐内的竖直列管换热器；

5、冷媒热泵系统，包括通过管路连接的压缩机、冷侧换热器、一效换热器和节流元件，所述一效换热器设置于所述一效蒸发罐内，所述一效换热器用于对一效蒸发罐内的原液进行加热；

6、进原液系统，与一效蒸发罐和二效蒸发罐分别连接，用于向一效蒸发罐和二效蒸发罐输送原液；

7、抽真空系统，与一效蒸发罐和二效蒸发罐连接，用于维持系统内的真空度；蒸馏水系统，用于排出蒸馏水；

8、其中，一效蒸发罐的蒸汽出口与二效蒸发罐内的竖直列管换热器的入口连通，用于将一效蒸发罐产生的一效二次蒸汽直接接入竖直列管换热器，一效二次蒸汽与二效蒸发罐内的原液进行换热后冷凝为蒸馏水后排入所述蒸馏水系统；二效蒸发罐的蒸汽出口与冷侧换热器连通，使二效蒸发罐产生的二效二次蒸汽在冷侧换热器中冷凝为蒸馏水并排入所述蒸馏水系统。

9、进一步的，所述压缩机为气悬浮式压缩机，所述一效换热器为设置于一效蒸发罐内部的降膜式换热器，所述一效蒸发罐的顶部设置有布膜器，所述一效蒸发罐还连接有分离罐。

10、进一步的，所述布膜器设置于降膜式换热器的换热管上方，用于将原液均匀分布至换热管的内壁面，使原液沿换热管内壁以薄膜状向下流动并与管外的冷媒进行换热；分离罐设置于一效蒸发罐的下游，用于对一效蒸发罐底部的液体进行气液分离，所述分离罐的蒸汽出口与二效蒸发罐内的竖直列管换热器的入口相连接。

11、进一步的，所述一效循环泵的进液口与所述一效蒸发罐的底部连通，所述一效循环泵的出液口与所述布膜器连通，所述一效循环泵驱动原液在所述一效蒸发罐与所述布膜器之间循环流动，使换热管内壁面上保持连续、均匀的液膜冲刷，在强化换热的同时减少换热面结焦、结垢现象的产生。

12、进一步的，所述压缩机的排气口与所述一效换热器的冷媒入口连通，所述一效换热器的冷媒出口通过所述节流元件与所述冷侧换热器的冷媒入口连通，所述冷侧换热器的冷媒出口与所述压缩机的吸气口连通，冷媒依次流经所述压缩机、所述一效换热器、所述节流元件和所述冷侧换热器，构成闭合的冷媒循环回路，将在冷侧换热器中吸收的二效二次蒸汽的冷凝热量搬运至一效换热器用于加热原液，实现热量在系统内的循环利用。

13、进一步的，所述竖直列管换热器的换热管竖直设置，所述竖直列管换热器的管程出口与所述蒸馏水系统连通，一效二次蒸汽在所述换热管内冷凝形成的蒸馏水依靠重力自流排入所述蒸馏水系统，无需额外的输送动力，并可避免冷凝水在管程内积存而影响换热效果；所述冷侧换热器的蒸馏水出口与所述蒸馏水系统连通。

14、进一步的，所述进原液系统向一效蒸发罐和二效蒸发罐输送原液的配比为0.8:1至1.2:1。

15、进一步的，一效蒸发罐和二效蒸发罐上分别设有排料泵，用于将蒸发浓缩后的浓缩液排出；抽真空系统通过管路分别与一效蒸发罐和二效蒸发罐的气相空间连通，用于将系统中的不凝气排出至大气。

16、一种低温蒸发热泵双效蒸发系统的运行方法，应用于上述的低温蒸发热泵双效蒸发系统，方法包括以下步骤：

17、向一效蒸发罐和二效蒸发罐分别供给原液；

18、启动抽真空系统，使一效蒸发罐和二效蒸发罐处于真空蒸发状态；

19、通过冷媒热泵系统的一效换热器加热一效蒸发罐内的原液，使一效蒸发罐产生一效二次蒸汽；

20、将一效二次蒸汽直接输送至二效蒸发罐内的竖直列管换热器，使一效二次蒸汽与二效蒸发罐内的原液换热冷凝为蒸馏水，并使二效蒸发罐内的原液受热产生二效二次蒸汽；

21、将二效二次蒸汽输送至冷媒热泵系统的冷侧换热器冷凝为蒸馏水；

22、将一效二次蒸汽冷凝形成的蒸馏水和二效二次蒸汽冷凝形成的蒸馏水排入蒸馏水系统。

23、进一步的，通过抽真空系统维持一效蒸发罐和二效蒸发罐内的真空度，使一效蒸发罐和二效蒸发罐内的原液的沸点降低至30℃～40℃，原液在真空负压条件下实现低温蒸发，可以避免高温蒸发导致的结焦、结垢和物料热降解问题，并降低系统能耗。

24、本发明的低温蒸发热泵双效蒸发系统中，一效蒸发单元以热泵热侧释放的冷凝热作为原液加热源，二效蒸发单元以一效蒸发单元产生的二次蒸汽作为加热源，二效二次蒸汽的热量被热泵的冷侧换热器吸收，冷媒蒸发后返回热泵循环，在系统内实现热量的两级利用与循环回收，二效蒸发不需要另配蒸汽热源，使得热量利用率显著提高，单位电耗下的蒸发量更大；系统仅以电能作为输入能源，无需外接蒸汽源和外围冷却水，配套设施少，安装使用便捷。

25、本发明中一效二次蒸汽不经中间换热器，直接进入二效竖直列管换热器的管程作为加热源，省去常规双效系统中的中间换热器及相应管路阀件，使系统结构紧凑，一效二次蒸汽流程简短，可以降低设备占地与制造成本，并减少因中间换热环节带来的热损失。

26、本发明的一效蒸发单元采用强制换热配合循环泵的方式，一效循环泵驱动原液在罐内连续循环，可在一效换热器的换热面上形成持续的液体冲刷，提高传热效果，同时显著减少换热面上的结焦与结垢沉积；二效蒸发单元采用竖直列管换热，一效二次蒸汽在重力与抽真空的协同作用下进入管程换热并冷凝，冷凝水沿管程向下自流排出，排水顺畅，抽真空系统维持低温沸腾环境，使原液能够在较低温度下蒸发，减轻高温导致的结焦、结垢和腐蚀问题；二者相互配合有助于系统的长周期运行稳定性。