一种过热水制低压蒸汽的系统
技术领域
本发明总体地涉及循环水利用技术领域，具体地涉及一种过热水制低压蒸汽的系统及方法。
背景技术
目前，化工、医药等生产领域多采用换热器加冷却水进行循环换热的方式实现热量的降低或转移，诸如反应热、高温尾气的显热及尾气气体的吸收热等热量的降低、转移和回收利用。当被转移的热量巨大，可使冷却循环水的出口温度达到100℃以上甚至更高时，便产生了过热水。
因为过热水高温高压，且体系极不稳定。体系环境的微小变化就能使过热水的压力降低，当压力小于该温度下水气化的饱和压力时，将会发生汽化，产生水蒸气。如果气压变化急剧，极可能发生爆炸等现象。所以过热水的直接利用存在一定危险。
另外，直接用过热水作为换热介质进行热传递是利用其显热，每单位传热介质释放的能量相对较低。而用蒸汽加热是以气态供应到换热器，利用蒸汽的潜热，在其冷凝时释放大量能量(变为液态)。每单位蒸汽释放的能量很高。蒸汽加热的好处：利用潜热(蒸汽加热)进行传热，比利用显热(热水或过热水)更有效，因为在更短的时间内释放出更高的能量。
所以由于高温过热水和饱和蒸汽的不同特性，决定了采用饱和蒸汽的加热速率和效率大大好于采用过热水。所以相对于高温过热水，采用饱和蒸汽作为加热介质的技术特点和优势更明显。因此现在工业生产上采用的最主要加热方式为蒸汽加热和导热油加热。
但如果过热水中的能量得不到很好的利用，不仅浪费了大量热能，也消耗了大量循环水。
发明内容
为了实现过热水中热量的合理利用，本发明提供了一种过热水制低压蒸汽的系统和方法，该系统和方法能使过热水平稳转化为低压蒸汽，为工业生产装置提供热量，实现热量的有效利用。
本发明的技术方案是，一种过热水制低压蒸汽的系统，它包括多个依次连接的闪蒸装置，所述多级闪蒸装置用于对过热水进行逐级闪蒸处理，以获得0.3～0.8MPa的低压蒸汽。
本发明根据流体的压力降低沸点就降低的原理，利用相连的多级闪蒸装置来降低过热水的压力从而降低沸点，使其逐级被部分蒸发，闪蒸装置通过其内部的低压环境使过热水沸点降低，同时提供过热水沸点降低后迅速气化和气液分离的空间及分离通路，得到可用的低压蒸汽。
进一步的，上述过热水制低压蒸汽的系统，还包括蒸发器、气液分离罐、第一换热器、第二换热器、压缩机和蒸汽收集装置；所述多级闪蒸装置包括一级闪蒸罐和二级闪蒸罐；所述一级闪蒸罐分别连接过热水源、蒸汽收集装置、二级闪蒸罐和第一换热器，用于将过热水源送入的过热水进行闪蒸，然后将产生的蒸汽送入蒸汽收集装置，同时将闪蒸后的高温饱和水分别送入二级闪蒸罐和第一换热器进行二次闪蒸和换热；高温饱和水在第一换热器换热后作为冷凝水处理；高温饱和水是指过热水经闪蒸后形成的压力为 0.3～0.8MPa，温度低于过热水、大于144℃的水；所述二级闪蒸罐分别连接压缩机和蒸发器，用于将来自一级闪蒸罐的高温饱和水进行二次闪蒸，将二次闪蒸产生的蒸汽送入压缩机进行压缩提质，同时将二次闪蒸后剩余的饱和水送入蒸发器进行再蒸发；所述蒸发器连接压缩机，用于蒸发二级闪蒸罐送入的饱和水，并将饱和水蒸发形成的蒸汽送入压缩机；所述压缩机连接第二换热器，用于将蒸汽压缩以提高温度和压力形成压力为0.3MPa，温度>200 ℃的过热蒸汽然后送入第二换热器进行换热；第二换热器连接气液分离罐，以使第二换热器中换热后形成的气液混合物进入气液分离罐中进行气液分离；所述气液分离罐连接蒸汽收集装置和冷凝水，气液混合物在气液分离罐中分离形成0.3～0.8MPa的低压蒸汽从气液分离罐顶部进入蒸汽收集装置，罐底分离出的水作为冷凝水回收；所述第一换热器和第二换热器设置在蒸发器底部，分别将将来自一级闪蒸罐的高温过饱和水、压缩机的过热蒸汽中的部分能量传递给蒸发器，用于蒸发器中饱和水的再蒸发。
一级闪蒸罐和二级闪蒸罐构成多级闪蒸装置，用于过热饱和水的分次瞬间闪蒸；多级闪蒸装置后接机械再压缩装置(MVR)一包括蒸发器、压缩机、第一换热器、第二换热器，其中压缩机用于压力小于0.3MPa、温度≤ 200℃的低品质蒸汽的压缩，使蒸汽的压力、温度升高，热焓增加，得到过热水蒸气，过热水蒸气进入第二换热器中与蒸发器底部的水进行换热加热，使蒸发器中的饱和水不断保持沸腾蒸发的状态，在第二换热器的换热过程中，过热蒸汽换走部分热量后，降低温度至饱和蒸汽，该过程也会产生少量冷凝水，所以设置气液分离罐，将液相冷凝水分离出来，第二换热器中的过热水蒸气本身也降低压力至工业可用压力(即0.3～0.8MPa范围内)的饱和蒸汽；通过压缩机的机械功输入，使得来自二级闪蒸罐和蒸发器中的低品质蒸汽压力、温度升高、热焓增加至过热水蒸气，过热水蒸气在第二换热器中释放部分能量为蒸发器提供加热能量，自身也降低温度至可用的饱和蒸汽，整个过程不断循环，从而源源不断的得到可用的0.3～0.8MPa的低压蒸汽；且MVR的机械能消耗成本最高不会超过50元/吨蒸汽；整个过程实现了由水变汽，由机械能转变成热能，使能量和水资源得到循环有效利用，且系统安全、高效。
更进一步的，上述二级闪蒸罐的蒸汽出口经拉瓦尔蒸汽喷射装置再连接压缩机，所述拉瓦尔蒸汽喷射装置主要指带有拉瓦尔喷嘴的真空发生系统，用于为二级闪蒸罐提供负压环境。过热水在一级闪蒸罐中直接闪蒸得到 0.3～0.8MPa的饱和蒸气，剩余的高温饱和水较之前的过热水温度降低，需在真空度更高的二级闪蒸罐中继续发生闪蒸产生压力小于0.3MPa、温度≤200 ℃的低品质蒸气。
还进一步的，上述一级闪蒸罐与蒸汽收集装置连接的蒸汽管道设置于一级闪蒸罐顶部；一级闪蒸罐与二级闪蒸罐和第一换热器连接的水管道设置于一级闪蒸罐底部；所述二级闪蒸罐与压缩机连接的蒸汽管道设置于二级闪蒸罐顶部；所述二级闪蒸罐与蒸发器连接的管道设置于二级闪蒸罐底部；所述蒸发器与压缩机连接的蒸汽管道设置于蒸发器顶部；所述气液分离罐与蒸汽收集装置连接的蒸汽管道设置于气液分离罐顶部。上述设置有利于更便捷地分离气相蒸汽、转移液相流体。
本发明还提供了一种过热水制低压蒸汽的工艺，它利用上述过热水制低压蒸汽的系统，包括使来自过热水源的过热水依次进入所述多个依次连接的闪蒸装置，依次在闪蒸装置中进行瞬间闪蒸，得到低压蒸汽。
进一步的，上述过热水制低压蒸汽的工艺包括以下步骤：
S1、使过热水进入一级闪蒸罐，过热水在低压环境下的一级闪蒸罐中压力急剧降低，进行瞬间蒸发，直接产生可用蒸汽和高温饱和水，可用蒸汽通过蒸汽管道进入蒸汽收集装置被回收利用，高温饱和水通过罐底的管线分别被转移至二级闪蒸罐和第一换热器；进入二级闪蒸罐内的高温饱和水在二级闪蒸罐中的预定压力下被二次闪蒸，转化成压力小于0.3MPa、温度≤200℃低品质的饱和蒸汽；进入第一换热器内的高温饱和水用于为蒸发器内的水蒸发提供热量，第一换热器中的高温饱和水的能量被转移后作为冷凝水回收；
S2、二级闪蒸罐中生成的压力小于0.3MPa、温度≤200℃低品质饱和蒸汽经罐顶的管线输出；剩余的饱和水进入蒸发器进行蒸发，产生二次蒸汽；
S3、步骤S2中二级闪蒸罐生成的压力小于0.3MPa、温度≤200℃低品质饱和蒸汽与蒸发器内产生的二次蒸汽一并被送入压缩机进行压缩，以形成过热水蒸气；
S4、所述S3中经压缩机压缩后形成的过热水蒸气进入第二换热器中，用于与蒸发器中的水进行换热，使蒸发器中的水保持沸腾蒸发状态，而蒸汽本身也由过热蒸汽转换为饱和蒸汽；
S5、经第二换热器后形成饱和低压蒸汽，进入气液分离罐进行气液分离，可用蒸汽从气液分离罐顶部进入蒸汽收集装置，底部极少量的液体作为冷凝液被回收。
进一步的，上述步骤S1中：过热水是指温度为100～600℃的热水；所述一级闪蒸罐的低压环境为0.3～0.8MPa；所述步骤S5中气液分离罐中的压力设定为0.3～0.8MPa。
更进一步的，上述步骤S1中二级闪蒸罐的预定压力为(-0.1) ～0.3MPa。
本发明通过较低成本的投入，即MVR系统的机械能消耗成本低，将较难利用的过热水转化为工业可用的0.3～0.8MPa的蒸汽，实现了热能的有效循环利用，且系统安全、高效。
附图说明
从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：
图1是本发明实施例的过热水制低压蒸汽的系统结构和工艺流程示意图，其中：
1-一级闪蒸罐，2-二级闪蒸罐，3-蒸发器，4-气液分离罐，5-第一换热器，6-第二换热器，7-拉瓦尔蒸汽喷射装置，8-压缩机。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种过热水制低压蒸汽的系统，其结构组组成如图1所示：包括一级闪蒸罐1、二级闪蒸罐2、蒸发器3、气液分离罐4、第一换热器5、第二换热器6、拉瓦尔蒸汽喷射装置7、压缩机8和蒸汽收集装置9；其各部件功用及连接关系如下：
一级闪蒸罐1分别连接过热水源、蒸汽收集装置9、二级闪蒸罐2和第一换热器5，用于将过热水源送入的过热水进行闪蒸，然后将产生的蒸汽送入蒸汽收集装置9，同时将闪蒸后的高温饱和水分别送入二级闪蒸罐2和第一换热器5进行二次闪蒸和换热；高温饱和水在第一换热器5换热后作为冷凝水处理；
二级闪蒸罐2的蒸汽出口经拉瓦尔蒸汽喷射装置7再连接压缩机8，所述拉瓦尔蒸汽喷射装置7为二级闪蒸罐2提供负压环境，二级闪蒸罐2的罐底连接蒸发器3，用于将来自一级闪蒸罐1的高温饱和水进行二次闪蒸，将二次闪蒸产生的蒸汽送入压缩机8进行压缩提质，同时将二次闪蒸后剩余的饱和水送入蒸发器3进行再蒸发；
蒸发器3连接压缩机8，用于蒸发二级闪蒸罐2送入的饱和水，并将蒸发形成蒸汽送入压缩机8；
压缩机8连接第二换热器6，用于将经其压缩以提高温度和压力后的过热蒸汽送入第二换热器6进行换热；
第二换热器6连接气液分离罐4，以使第二换热器6中换热后形成的气液混合物进入气液分离罐4中进行气液分离；
气液分离罐4连接蒸汽收集装置9和冷凝水，气液混合物在气液分离罐 4中分离形成的低压蒸汽从气液分离罐4进入蒸汽收集装置9，罐底分离出的水作为冷凝水回收；
第一换热器5和第二换热器6设置在蒸发器3底部，用于分别将来自一级闪蒸罐1的过热饱和水、压缩机8的过热蒸气中的部分能量传递给蒸发器 3进行蒸发器中饱和水的再蒸发。
为了提升气液分离效果，优选设置如下：一级闪蒸罐1与蒸汽收集装置 9连接的蒸汽管道设置于一级闪蒸罐1顶部；一级闪蒸罐1与二级闪蒸罐2 和第一换热器5连接的水管道设置于一级闪蒸罐1底部；所述二级闪蒸罐2 与压缩机8连接的蒸汽管道设置于二级闪蒸罐2顶部；所述二级闪蒸罐2与蒸发器3连接的管道设置于二级闪蒸罐2底部；所述蒸发器3与压缩机8连接的蒸汽管道设置于蒸发器3顶部；所述气液分离罐4与蒸汽收集装置9连接的蒸汽管道设置于气液分离罐4顶部。
实施例2
一种过热水制低压蒸汽的系统，它利用实施例1的过热水制低压蒸汽的系统，工艺流程如图1所示，包括以下步骤：
S1、使过热水进入一级闪蒸罐1，过热水在低压环境下的一级闪蒸罐中 1中压力急剧降低，进行瞬间蒸发，直接产生可用蒸汽和高温饱和水，可用蒸汽通过蒸汽管道进入蒸汽收集装置9被回收利用，高温饱和水通过罐底的管线分别被转移至二级闪蒸罐2和第一换热器5；进入二级闪蒸罐2内的高温饱和水在二级闪蒸罐2中的预定压力下被二次闪蒸，转化成压力小于 0.3MPa、温度≤200℃的低品质饱和蒸汽；进入第一换热器5内的高温饱和水用于为蒸发器3内的水蒸发提供热量，第一换热器5中的高温饱和水的能量被转移后作为冷凝水回收；
S2、二级闪蒸罐2中生成的低品质饱和蒸汽经罐顶的管线输出；剩余的饱和水进入蒸发器3进行蒸发，产生二次蒸汽；
S3、步骤S2中二级闪蒸罐2生成的低品质饱和蒸汽与蒸发器3内产生的二次蒸汽一并被送入压缩机8进行压缩，以形成过热水蒸气；
S4、所述S3中经压缩机8压缩后形成的过热水蒸气进入第二换热器6 中，用于与蒸发器3中的水进行换热，使蒸发器3中的水保持沸腾蒸发状态，而蒸汽本身也由过热蒸汽转换为饱和蒸汽；
S5、经第二换热器6后形成饱和低压蒸汽，进入气液分离罐4进行气液分离，可用蒸汽从气液分离罐4顶部进入蒸汽收集装置9，底部极少量的液体作为冷凝液被回收。
上述工艺中，优选步骤S1中：过热水是指温度为100～600℃的热水；所述一级闪蒸罐1的低压环境为0.3～0.8MPa；所述步骤S5中气液分离罐4 中的压力设定为0.3～0.8MPa；步骤S1中二级闪蒸罐2的预定压力为- 0.1～0.3MPa。
实施例3
首先将温度为200℃，压力约1.45MPa的过热水送入一级闪蒸罐1，罐内压力约0.3MPa。高压的过热水在0.3MPa的低压环境下压力急剧降低，实现瞬间闪蒸，直接产生0.3MPa的低压蒸汽，体系温度降低至约144℃，蒸汽量约占过热水量的11％，其通过一级闪蒸罐1顶部的蒸汽管道进入蒸汽收集装置9被直接回收利用；剩余的89％未蒸发的高温饱和水通过罐底的管线分两路分别转移至二级闪蒸罐2和蒸发器3底部的第一换热器5。进入二级闪蒸罐2的部分在-0.05MPa的罐内低压环境下，进行二次闪蒸，得到约8％的低压蒸汽从罐顶的蒸汽管线进入后续的压缩机8进行压缩提质，该过程中拉瓦尔蒸汽喷射装置7为二级闪蒸罐实现负压环境。二级闪蒸罐2罐底的约 81％饱和水全部转移至蒸发器3中进行蒸发，产生二次蒸汽通过蒸发器3顶部的蒸汽管线与二级闪蒸罐2顶部排出的蒸汽一并进入压缩机8，压缩机8 通过输入机械能使低品质蒸气的压力和温度升高、热焓增加，得到温度为328℃、压力为0.3kgf的过热水蒸气。该部分过热水蒸气进入第二换热器6 的壳层为蒸发器3底部的水进行加热，通过第二换热器6的换热后，过热水蒸气变为温度为144℃，压力为0.3MPa的饱和低压蒸汽，其中包含大概0.5％的冷凝水。将此气液混合物转移至气液分离罐4进行气液分离，罐顶得到温度为144℃，压力为0.3MPa的可用低压蒸汽。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
