CN110357188B - 一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理领域，涉及一种蒸汽压缩系统，尤其是一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统及控制方法。包括燃气内燃机与污水处理系统，其特征在于，污水处理系统的1#加热器(20)与燃气内燃机(23)的排气连接，污水处理系统的缓冲罐(11)与1#加热器(20)上的高温高压蒸汽分支管道(18)之间增加蒸汽压缩机(8)。本发明通过燃气内燃机以天然气为燃料，燃气内燃机的动力输出轴驱动蒸汽压缩机。蒸汽压缩系统采用离心压缩机，降低蒸发器内的压力，从而降低水的沸点温度，提高蒸发效率。燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统利用高温尾气加热污水，实现污水蒸发。

Description

一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统及控制方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种蒸汽压缩系统，尤其是一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统及控制方法。

背景技术

污水净化分为化学方法和物理方法，化学方法污染环境，物理方法包括沉淀和蒸发，目前常采用的燃煤蒸发效率低、污染环境，机械式再压缩系统耗电量大，能源利用率不高。

发明内容

本发明目的：把燃气内燃机技术与污水加热蒸发处理技术有机结合起来，构建一种新型的节能环保的污水处理装置。

本发明技术方案：一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统，包括燃气内燃机与污水处理系统，其特征在于，污水处理系统的1#加热器20与燃气内燃机23的排气连接，污水处理系统的缓冲罐11与1#加热器20上的高温高压蒸汽分支管道18之间增加蒸汽压缩机8。

所述蒸汽压缩机8采用单级离心式压缩机。

一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1燃气内燃机与蒸汽压缩机的协调控制

通过调节燃气内燃机23的燃料供给量，控制蒸汽压缩机8的转速，从而实现蒸发器14内的压力相对稳定；

2蒸发器液位控制

污水加压泵26采用变频闭环控制，调节注水流量，保证蒸发器14下部液位基本稳定；

3排气温度控制

污水循环泵49采用变频闭环控制，通过调节污水循环流量，保证排气温度基本恒定，使排气预热充分利用；

4稠厚器控制

稠厚器37内安装液位检测器，当液位大于90％时，自动打开稠厚器泄放阀38，使浓缩液流入离心分离器40；

5离心分离器控制

稠厚器泄放阀38打开、有浓缩液流入离心分离器40时，自动起动离心分离器运转，使浓缩液中的工业盐析出，从离心分离器工业盐出口管道42排出，分离出的液体通过离心分离器母液出口管道41流入母液罐43，从稠厚器泄放阀38关闭开始计时，10分钟后，使离心分离器停止；

6母液罐控制

母液罐43内安装液位检测器，当液位大于20％时，自动起动母液加压泵52，将母液罐43中的母液输送到污水循环泵入口管道34。

所述燃气内燃机23的效率可达35％，天然气在燃烧室中燃烧产生的能量约60％通过燃气内燃机23排气管22以热能的形式释放。

所述污水加压泵26注入蒸发器14的污水量近似等于蒸发量。

所述污水加压泵26、蒸汽压缩机8与预热器3匹配。

经预热器3的高温压力蒸汽与污水进行热交换之后的中水经预热器3的中水排水口4排出。

所述高温压力蒸汽经过预热器蒸汽输入管道2输送到预热器3。

所述污水是经过污水管道1输送到预热器3中。

所述蒸发器14内的压力为85kPa时，标准大气压是101.3kPa，水蒸气被压缩，在预热器3中进行热交换。

本发明有益效果：本发明通过燃气内燃机以天然气为燃料，所述的燃气内燃机的动力输出轴驱动蒸汽压缩机。所述的蒸汽压缩系统采用离心压缩机，降低蒸发器内的压力，从而降低水的沸点温度，提高蒸发效率。所述的燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统利用高温尾气加热污水，实现污水蒸发。提供了一种所述的燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统控制实现方法。

附图说明

图1本发明的原理图

其中：1-污水管道，2-预热器蒸汽输入管道，3-预热器，4-中水排水口，5-预热后的污水管道，6-蒸汽回流管道，7-蒸汽压缩机出口管道，8-蒸汽压缩机，9-蒸汽压缩机入口管道，10-蒸汽压缩机入口蒸汽，11-缓冲罐，12-缓冲罐排水阀，13-蒸发器蒸汽出口管道，14-蒸发器，15-二次回热器，16-蒸发器污水入口管道，17-浓缩液泄放阀，18-高温高压蒸汽分支管道，19-高温高压蒸汽管道，20-1#加热器，21-高压污水输送管道，22-排气管，23-燃气内燃机，24-二次蒸汽管道，25-高压污水输送管道，26-污水加压泵，27-放空管，28-蒸发余液管道，9-二次排气管道，30-加热器蒸汽腔，31-2#加热器，32-一次回热器，34-污水循环泵入口管道，35-浓缩液输送管道，36-母液输送管道，37-稠厚器，38-稠厚器泄放阀，39-离心分离器入口，40-离心分离器，41-离心分离器母液出口管道，42-离心分离器工业盐出口管道，43-母液罐，44-母液泵出口管道，45-一次回热出口管道，46-一次回热入口管道，47-浓缩液输送管道，48-污水循环泵出口管道，49-污水循环泵，50-浓缩液入口管道，51-浓缩液加压泵，52-母液加压泵，53-母液罐入口管道。

具体实施方式

参见图1。

燃气内燃机23以天然气为燃料，所述的燃气内燃机直接驱动蒸汽压缩机8。

污水加压泵26从污水管道1抽取待处理的污水，经预热器3、预热后的污水管道5、污水加压泵26、高压污水输送管道25、高压污水输送管道21、蒸发器污水入口管道16，进入蒸发器14。

进入蒸发器14的污水，在污水循环泵49作用下，经蒸发余液管道28、2#加热器31、污水循环泵入口管道34、污水循环泵出口管道48、1#加热器20、蒸发器污水入口管道16，进入蒸发器14。2#加热器31和1#加热器20采用三种流道隔离的复合结构：污水循环流道、高温高压蒸汽循环流道、燃气内燃机高温排气流道，在污水循环过程中，先后在2#加热器31和1#加热器20中被蒸汽循和燃气内燃机高温排气加热，在蒸发器14中蒸发，蒸汽压缩机8抽取蒸发器14中的蒸汽，使得蒸发器14内形成真空(负压)状态，更有利于蒸发量的增加，从而提高了蒸发效率。

蒸汽压缩机8抽取污水在蒸发器23中蒸发形成的蒸汽，经蒸发器蒸汽出口管道13、蒸汽回流管道6、蒸汽压缩机入口管道9、蒸汽压缩机8、蒸汽压缩机出口管道7、高温高压蒸汽管道19、高温高压蒸汽分支管道18，分别进入1#加热器20和1#加热器31，所述的1#加热器20和1#加热器31中排出的二次蒸汽经各自的排放口汇流到二次蒸汽管道24，经预热器蒸汽输入管道2进入预热器3，所述的二次蒸汽在把待处理的污水进行预热的过程中，其中的热能得到进一步利用，温度进一步降低，最后变成50℃左右的中水，从中水排水口4输送到中水利用场合，实现循环利用。缓冲罐11的作用是把来自蒸发器14的蒸汽进行缓冲稳压，析出部分水分(积累到一定量时从缓冲罐排水阀12排出)，生成蒸汽压缩机入口蒸汽10。

在污水循环处理过程中，蒸发器14下部的污水浓度不断增加，形成高浓度污水，浓缩液加压泵51把高浓度污水从蒸发器14底部的排放口抽入稠厚器37暂存，高浓度污水在稠厚器37积累到一定量的时候，打开稠厚器排放阀38，高浓度污水排入离心分离器40，在离心分离器40里从高浓度污水分离出工业盐，剩余的母液排入母液罐43，母液加压泵52把母液罐43中的母液抽入污水循环泵入口管道34，继续循环处理，

燃气内燃机23的尾气经排气管22进入1#加热器20和2#加热器31，在所述的两个加热器中与污水换热后，进入蒸发器14的外壁(即二次回热器15)，与蒸汽完成二次换热，最后放空管27排出。1#加热器20的进气口和2#加热器31的进气口通过一次回热入口管道46直接连接，1#加热器20的排气口和2#加热器31的排气口通过一次回热出口管道45直接连接，接入二次排气管道9，通过二次排气管道9，二次回热器15，二次回热器15的出口与放空管27连接。。

在本发明中，燃气内燃机23的效率可达35％，从能量转换角度来说，天然气在燃烧室中燃烧产生的能量约60％通过燃气内燃机23排气管22以热能的形式释放，通过本发明所述的装置，至少可回收排气热能的40％，从而使天然气能源综合利用率达到75％以上。

所述的预热器3与污水循环泵49、蒸汽压缩机8具有良好的匹配关系，根据不同的工况，当污水管道1中的污水温度为30摄氏度时，从预热器3蒸汽输入管道2输送到预热器3的高温压力蒸汽与从污水管道1输送到预热器3的污水进行热交换之后，经预热器的中水排水口4排出的中水温度不高于50℃。

通过调节燃气内燃机23的燃料供给量，控制蒸汽压缩机8的转速，从而实现蒸发器14内的压力相对稳定。

污水加压泵26注入蒸发器14的污水量近似等于蒸发量，从而使蒸发器14下部的污水水位保持相对稳定，在污水循环泵49的作用下，待处理的污水通过管道依次在蒸发器14、2#加热器31、污水循环泵49、1#加热器20、蒸发器14循环往复流动，在此过程中，不断在所述的两个加热器中被加热，在蒸发器14中蒸发，污水加压泵26补充待处理的污水，这就是本发明进行污水处理的主要过程。

蒸汽压缩机8采用单级离心式压缩机，用于降低蒸发器14中的压力，从而降低水的沸点，提高蒸发效率，例如，当蒸发器14内的压力为85千帕斯卡(kPa)时(标准大气压是101.3kPa，此时水的沸点是100摄氏度)，水的沸点是95℃,；同时，水蒸气被压缩后，内能增加，温度升高，在预热器3中与从污水管道1输送的低温污水进行热交换，实现能量回收利用。

控制系统实现方法：

(1)燃气内燃机与蒸汽压缩机的协调控制

燃气内燃机与蒸汽压缩机组成的水蒸气再压缩系统的控制目标是：保证蒸发器14内真空度(压力)恒定。控制方法是：通过调节燃气内燃机23的燃料供给量，控制蒸汽压缩机8的转速，从而实现蒸发器14内的压力相对稳定。

(2)蒸发器液位控制

污水加压泵26采用变频闭环控制，调节注水流量，变频控制目标是保证蒸发器14下部液位基本稳定。

(3)排气温度控制

污水循环泵49采用变频闭环控制，通过调节污水循环流量，变频控制目标是保证排气温度基本恒定，使排气预热充分利用。

(4)稠厚器控制

稠厚器37内安装液位检测器，当液位大于90％时，自动打开稠厚器泄放阀38，使浓缩液流入离心分离器40。

(5)离心分离器控制

稠厚器泄放阀38打开、有浓缩液流入时离心分离器40时，自动起动离心分离器运转，使浓缩液中的工业盐析出，从离心分离器工业盐出口管道42排出，分离出的液体(母液)通过离心分离器母液出口管道41流入母液罐43。从稠厚器泄放阀38关闭开始计时，10分钟后，使离心分离器停止。

(6)母液罐控制

母液罐43内安装液位检测器，当液位大于20％时，自动起动母液加压泵52，将母液罐43中的母液输送到污水循环泵入口管道34。

本发明所述的燃气内燃机式蒸汽再压缩装置能源利用率高，污染物排放低，通过本发明，与污水加热蒸发处理技术有机结合起来，构建了一种新型的节能环保的污水处理装置。

Claims (3)

1.一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统，包括燃气内燃机与污水处理系统，其特征在于，污水处理系统的1#加热器（20）与燃气内燃机（23）的排气连接，污水处理系统的缓冲罐（11）与1#加热器（20）上的高温高压蒸汽分支管道（18）之间增加蒸汽压缩机（8）；燃气内燃机（23）直接驱动蒸汽压缩机（8）；2#加热器（31）和1#加热器（20）采用三种流道隔离的复合结构：污水循环流道、高温高压蒸汽循环流道、燃气内燃机高温排气流道；污水加压泵（26）从污水管道（1）抽取待处理的污水，经预热器（3）预热后的污水经预热后的污水管道（5）、污水加压泵（26）、高压污水输送管道、蒸发器污水入口管道（16），进入蒸发器（14）；在污水循环泵（49）作用下，经蒸发余液管道（28）、2#加热器（31）、污水循环泵入口管道（34）、污水循环泵出口管道（48）、1#加热器（20）、蒸发器污水入口管道（16），进入蒸发器（14）；在污水循环过程中，先后在2#加热器（31）和1#加热器（20）中被蒸汽和燃气内燃机高温排气加热，在蒸发器（14）中蒸发，蒸汽压缩机（8）抽取蒸发器（14）中的蒸汽，使得蒸发器（14）内形成真空状态；

蒸汽压缩机（8）抽取污水在蒸发器（14）中蒸发形成的蒸汽，经蒸发器蒸汽出口管道（13）、蒸汽回流管道（6）、蒸汽压缩机入口管道（9）、蒸汽压缩机（8）、蒸汽压缩机出口管道（7）、高温高压蒸汽管道（19）、高温高压蒸汽分支管道（18），分别进入1#加热器（20）和2#加热器（31），所述的1#加热器（20）和2#加热器（31）中排出的二次蒸汽经各自的排放口汇流到二次蒸汽管道（24），经预热器蒸汽输入管道（2）进入预热器（3），所述的二次蒸汽在把待处理的污水进行预热的过程中，温度进一步降低，最后变成50℃的中水，从中水排水口（4）输送到中水利用场合；具体控制方法如下：

1）燃气内燃机与蒸汽压缩机的协调控制

通过调节燃气内燃机（23）的燃料供给量，控制蒸汽压缩机（8）的转速，从而实现蒸发器（14）内的压力相对稳定；

2）蒸发器液位控制

污水加压泵（26）采用变频闭环控制，调节注水流量，保证蒸发器（14）下部液位基本稳定；

3）排气温度控制

污水循环泵（49）采用变频闭环控制，通过调节污水循环流量，保证排气温度基本恒定，使排气预热充分利用；

4）稠厚器控制

稠厚器（37）内安装液位检测器，当液位大于90%时，自动打开稠厚器泄放阀（38），使浓缩液流入离心分离器（40）；

5）离心分离器控制

稠厚器泄放阀（38）打开、有浓缩液流入离心分离器（40）时，自动启动离心分离器运转，使浓缩液中的工业盐析出，从离心分离器工业盐出口管道（42）排出，分离出的液体通过离心分离器母液出口管道（41）流入母液罐（43），从稠厚器泄放阀（38）关闭开始计时，10分钟后，使离心分离器停止；

6）母液罐控制

母液罐（43）内安装液位检测器，当液位大于20%时，自动启动母液加压泵（52），将母液罐（43）中的母液输送到污水循环泵入口管道（34）。

2.如权利要求1所述的一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统，其特征在于，所述蒸汽压缩机（8）采用单级离心式压缩机。

3.如权利要求1所述的一种燃气内燃机式机械蒸汽再压缩系统，其特征在于，所述蒸发器（14）内的压力为85 kPa时，标准大气压是101.3 kPa，水蒸气被压缩，在预热器（3）中进行热交换。

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