[发明专利]MVR耦合热泵蒸发浓缩系统及蒸发浓缩方法

说明书

本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种MVR耦合热泵蒸发浓缩系统及蒸发浓缩方法。MVR耦合热泵蒸发浓缩系统包括MVR系统，MVR系统包括依次相连的原料罐、原料预热器、MVR余热回收器、MVR蒸发器和MVR两相分离器，采用热泵系统代替原料预热器，热泵系统耦合于原料罐和MVR余热回收器之间。本发明中离开系统的物流经过充分换热，尽可能的回收了物流中的余热，提高了耦合系统的能量利用率。

技术领域

本发明属于节能环保技术领域，具体涉及一种MVR耦合热泵蒸发浓缩系统及蒸发浓缩方法。

背景技术

机械蒸汽再压缩(MVR，Mechanical Vapor Recompression)技术是重要的蒸发节能技术，通过机械压缩设备提高蒸汽的温度，并用于加热原料，可以有效的降低蒸发能耗和冷却水用量，被广泛的应用到食品加工、废水回收、浓缩结晶等领域。

现有的MVR蒸发系统(图1)，通常具有进料、预热、MVR蒸发、冷凝水排出、浓液排出(结晶)等系统。废水通过进料泵从原料罐中采出后依次经过原料预热器和MVR余热回收器预热，预热后进入MVR蒸发器蒸发浓缩；蒸发浓缩后的物料进入MVR两相分离器，汽相进入MVR压缩机升温提压后进入MVR蒸发器与废水进行换热并降温液化，再进入MVR余热回收器预热废水，得到的冷凝水排出；液相通过回流采出泵采出得到浓缩液，一部分浓缩液进入MVR余热回收器中，剩余浓缩液排出；加热蒸汽进入原料预热器中与废水换热后作为蒸汽冷凝水排出。但冷凝水和浓缩液的温度通常在80～90℃，即使通过预热器与进料换热后两个流股离开热耦合MVR系统时的温度也不低于60℃，因此大量的能量被排入环境中。有研究表明，MVR技术的主要问题在于实际能效与理想能效相差比较大。MVR设备的能耗能够在目前的能耗基础上，再下降20-25％。这些额外的能耗产生的主要原因是压缩机的热功转化效率低、设备没有在最佳效率下工作、MVR余热利用不充分等。

目前关于MVR技术的研究很多，如中国专利CN106237643A公开一种MVR热泵精馏系统，可以有效的利用精馏塔塔顶蒸汽和塔釜釜液的潜热，节省了精馏塔运行成本；但该系统使得精馏操作复杂，并且应用范围小，仅能用于塔顶塔底温差小于10℃的情况。中国专利CN106068149A公开一种双效错流MVR蒸发浓缩系统，可以有效提高MVR的能量效率，但增大了设备操作的困难，并没有回收MVR冷凝水和浓缩液中的低品质能量。

在目前的MVR工艺中，原料的温度比较低，进入MVR系统前，物流需要加热，而冷凝水和浓缩液离开热耦合MVR系统时的温度却比较高，并在后续的操作中(如结晶)热物流需要进一步冷却。

发明内容

本发明的目的是提供一种MVR耦合热泵蒸发浓缩系统，可以回收MVR系统中冷凝水和浓缩液中的余热，并将其用于加热MVR的原料；本发明同时提供了采用MVR耦合热泵蒸发浓缩系统的蒸发浓缩方法，回收系统余热、提高系统综合能量利用率、降低能耗。

本发明所述的MVR耦合热泵蒸发浓缩系统，包括MVR系统，MVR系统包括依次相连的原料罐、原料预热器、MVR余热回收器、MVR蒸发器和MVR两相分离器，采用热泵系统代替原料预热器，热泵系统耦合于原料罐和MVR余热回收器之间；热泵系统包括第一热泵组和第二热泵组，第一热泵组包括一级预热器和一级低温换热器，第二热泵组包括二级预热器和二级低温换热器；其中，原料罐与一级预热器、二级预热器、MVR余热回收器依次相连；一级低温换热器与一级预热器之间形成工作介质循环回路，一级低温换热器还与MVR两相分离器相连；二级低温换热器与二级预热器之间形成工作介质循环回路，二级低温换热器还与MVR余热回收器相连。

热泵系统还包括一级节流减压阀和一级压缩机，一级低温换热器与一级预热器之间形成工作介质循环回路上设置有一级节流减压阀和一级压缩机。

热泵系统还包括二级节流减压阀和二级压缩机，二级低温换热器与二级预热器之间形成工作介质循环回路上设置有二级节流减压阀和二级压缩机。

原料罐与一级预热器之间设置有进料泵。