一种管道式蒸汽带水捕集装置

技术领域

本发明涉及管道式蒸汽带水捕集技术领域，具体来说，涉及一种管道式蒸汽带水捕集装置。

背景技术

MVR是机械式蒸汽再压缩技术的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。

与传统的多效蒸发相比，机械式蒸汽再压缩技术具有节能优势，目前国内已将该技术成功运用在废水零排放、糖醇有机浓缩、制药中间体浓缩、精馏乏汽利用等方面。

以脱硫废水蒸发结晶零排放处理系统为例，一般来说，脱硫废水蒸发结晶系统会选用强制循环蒸发系统模式，该系统由管式加热器、蒸发结晶分离器和强制循环泵、稠厚器、离心机等组成。脱硫废水在换热器的换热管内被换热管外的蒸汽加热温度升高，在强制循环泵作用下物料上升到蒸发结晶分离器中。利用蒸汽压缩机，一方面风机转子转动会在压缩机吸入口形成负压，可以引入蒸发器中的二次蒸汽，在蒸发结晶器中形成低温蒸发的状态；另一方面依靠罗茨风机转子转动，将二次蒸汽增压增温用于加热蒸发器中的溶液，蒸发产生的二次蒸汽从物料中溢出，物料被浓缩产生过饱和而使结晶生长，晶粒被转移到稠厚器通过离心机分离呈固体收集，失去结晶盐的浓脱硫废水在循环泵作用下再次进入换热器，物料如此循环不断蒸发浓缩或浓缩结晶。蒸发结晶分离器内的二次蒸汽经过蒸发分离器上部的分离和除沫装置净化后输送到压缩机，压缩机把二次蒸汽压缩后输送到换热器壳程用作蒸发器加热蒸汽，实现热能循环连续蒸发。换热后的冷凝水作为高品质水回收利用，固体盐回收作为工业原料使用。形成脱硫废水零排放处理系统。

目前在多数电厂已经使用的脱硫废水零排放MVR蒸发浓缩系统中，罗茨蒸汽压缩机占的比例最大。受脱硫废水产生量波动以及强制循环蒸发结晶控制的要求，罗茨蒸汽压缩机多采用变频控制。

罗茨风机属于容积式压缩机，依靠2叶、3叶或4叶叶轮成对旋转挤压蒸汽，受罗茨式增压风机旋转叶轮容积式增压的特点，罗茨风机出口为脉动蒸汽，风机噪音大、出口管路振动大。

由于罗茨风机的汽源为蒸发结晶器中闪蒸的二次蒸汽，二次蒸汽中含水量大。

同时，为保证罗茨风机的安全运行，罗茨风机需要进行出口蒸汽温度的控制，目前多在罗茨风机入口增加喷淋水，利用喷淋水的雾化蒸发吸热以降低出口蒸汽温度。从实际运行来看，没有办法进行精确的降温水量控制。因此，由于喷淋水过量投加，以及受二次蒸汽本身含水量高的特点，罗茨风机出口蒸汽的含水量有时会很高。目前，在罗茨风机出口需要设计安装经常疏水装置。疏水装置一般采取在水平管段上安装直径不小于150mm的收集装置，然后通过收集装置上安装的自动疏水阀排放。

但普通的疏水收集装置多适用于蒸汽流动稳定的场合，此时，蒸汽流动过程的冷凝水或蒸汽携带水滴会逐渐在管道底部聚集，并被蒸汽推动顺蒸汽方向流动，因此，该类装置只能收集部分管道底部的附壁疏水，蒸汽中携带的水滴及管道环形壁面上的水基本会沿蒸汽流向或被蒸汽继续携带，或在弯头处积存。蒸汽带水会造成水击，会引起管路振动等一系列问题，影响系统安全运行。

为解决疏水问题，设计人员采用了不同的汽水分离方式的装置，具有代表性的是：

1、增加缓冲罐，利用缓冲罐的较大的容积，降低蒸汽的流动速度，使部分液滴在缓冲罐内沉降后排放。

2、采用波纹板式汽水分离装置，如授权公告号CN 207454038 U专利，张俊等公开了管道汽水分离器，。该管道汽水分离器通过波纹板将湿度较大蒸汽中的水滴捕捉后排除，具有结构尺寸紧凑、重量轻、阻力损失小，且在各种工况下汽水分离功能良好、维修方便的优点。

3、采用新型的汽水分离装置，如：授权公告号CN 105148623 B专利，赵超、吴玺等公开了一种旋转叶片式可控转速动态汽水分离器，该分离器包括分离筒部分，旋转分离部分、液滴收集及排水部分和干蒸汽轴流恢复部分组成。一方面系统利用装置套筒收集贴壁疏水，另一方面；所述的驱动电机及调速装置，一方面依靠动叶片旋转，实现对湿蒸汽进行汽水分离。

上述装置及专利技术均在湿蒸汽汽水分离中起到了重要的作用。但在实际的MVR系统尤其是变频系统中，由于罗茨风机出口蒸汽扰动强烈，蒸汽为脉动输出，并且二次蒸汽本身含水量大，还有温度控制的喷水等因素，疏水效果难以保证。装置安装位置紧凑还限制了大容积装置的使用。

1、蒸汽缓冲罐的体积很大，一般设计为每分钟蒸汽流量的10%容积，如蒸发量2.5立方的MVR系统，缓冲罐的体积需要5立方米。受场地影响，在现场难以布置。2、波纹板式汽水分离器，依靠密集布置的波纹板进行的汽水分离，该装置阻力大，蒸汽能量损失大。另外，该装置还存在高速蒸汽流动产生的疏水的二次携带的问题。3、旋转叶片式动态汽水分离装置，解决了附壁疏水与蒸汽中部分带水的分离问题，但装置较复杂，尤其是蒸汽流通部分的动叶轮，在脱硫废水二次蒸汽含有腐蚀性物质的条件下，在本系统不能适用。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种管道式蒸汽带水捕集装置，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种管道式蒸汽带水捕集装置，包括疏水装置管式壳体，所述疏水装置管式壳体两侧分别设有蒸汽入口偏心变径与蒸汽出口偏心变径，所述疏水装置管式壳体内部设有内置汽水分离收集组合件，所述内置汽水分离收集组合件与所述疏水装置管式壳体内壁之间设有填料压板，所述填料压板、所述内置汽水分离收集组合件以及所述疏水装置管式壳体内壁三者之间设有软质填料，所述疏水装置管式壳体的底部设有疏水收集桶，所述疏水收集桶的底部中心处设有疏水外排管。

作为优选，所述内置汽水分离收集组合件由导流锥、圆筒形疏水挡板、同心变径及内部组合件固定法兰组成。

作为优选，所述圆筒形疏水挡板一侧设有所述同心变径，所述同心变径另一侧设有所述内部组合件固定法兰，所述圆筒形疏水挡板内部另一侧设有导流锥支撑架，所述导流锥支撑架的另一端设有所述导流锥。

作为优选，所述内置圆筒形疏水挡板与所述疏水装置管式壳体之间形成蒸汽以及疏水的驻留区间，所述疏水装置管式壳体、所述内部组合件固定法兰以及所述蒸汽出口偏心变径三者的端部连接在一起。

作为优选，所述蒸汽入口偏心变径与所述蒸汽出口偏心变径两者的小口径端均与蒸汽管道相连，所述蒸汽入口偏心变径与所述蒸汽出口偏心变径两者的大口径端分别通过法兰与所述疏水装置管式壳体及所述内置汽水分离收集组合件两者连接。

作为优选，所述导流锥锥度与所述蒸汽入口偏心变径的锥度相同，所述疏水收集桶为直径不小于150mm的钢管制成，所述疏水收集桶的底部安装有自动疏水阀。

作为优选，所述软质填料为聚四氟乙烯镂空空心球，所述聚四氟镂空球的直径为一厘米，所述填料压板上开有允许蒸汽通过的小孔，孔径为2-8毫米，开孔率30%-50%。

作为优选，所述蒸汽入口偏心变径、所述疏水装置管式壳体、所述内置汽水分离收集组合件、所述疏水收集桶、所述疏水外排管、填料压板、蒸汽出口偏心变径均由钢制材料制成。

本发明的有益效果为：

本发明装置就近安装在罗茨增压风机出口，适用于蒸汽紊流严重且带水情况，不仅可以有效分离蒸汽管道底部附壁疏水、还可以分离圆周壁面疏水以及蒸汽中由于罗茨增压风机出口汽流脉动、扰动等现象导致的蒸汽汽流中携带的水滴；

本发明装置设有防止蒸汽、疏水冲击的缓冲装置，装置还可以依靠蒸汽驻留区所积存的蒸汽，在管道气柱在脉动振动下压力变化时，进行高压时蒸汽贮存、低压时蒸汽补偿以降低脉动振动的作用；

镂空球中空结构具有吸纳声波降低噪音的作用，球体弹性形变可以防止蒸汽冲击管壁产生振动，同时，为防止镂空球进入蒸汽管道，软质填料的安装由填料压板进行固定；

疏水装置管式壳体的厚度根据管道蒸汽压力级别选用，内置导流锥、圆筒形疏水挡板、填料压板的厚度、根据装置内蒸汽流动速度与装置尺寸等确定，目的是满足在蒸汽快速流动冲击下的装置稳定性，一般选择3mm-8mm壁厚即可满足要求；

所述蒸汽入口偏心变径与所述蒸汽出口偏心变径两者偏心变径的装配可以保证装置在水平安装的条件下，装置底部与蒸汽管道底部持平，避免产生类似同心变径管段凹处存水的问题；

导流锥与圆筒形疏水挡板等一体化内置装置安装位置及安装距离，通过流体仿真计算软件计算，其计算限制条件包括但不限于：导流锥水平锥底与圆筒挡板底部平行，蒸汽及携带的水滴流速，通过导流锥后的流向改变，应使液滴具有一定的离心速度；

本发明装置可以同时捕集环形管壁上的疏水与蒸汽汽流带水，还具有有效防止疏水蒸汽二次携带的功能，本发明装置水力冲击小，装置阻力小，结构简单，安装维护方便，还具有一定的减弱罗茨风机汽流脉动及降低噪音的作用；

解决了罗茨蒸汽压缩机出口脉动、紊流条件下湿蒸汽带水捕集问题，可以同时对管道壁面带水、紊流蒸汽带水进行分离并汇集；

解决了一般疏水集水装置与流动蒸汽直接接触产生疏水被蒸汽二次携带的问题；

利用蒸汽驻留区内蒸汽的压力变化，通过蒸汽的输入和输出来抵消部分脉动汽流对后续管道系统装置产生的振动影响；

利用软质填料的弹性及中空结构，减少蒸汽对装置的冲击振动，减少噪音量；

本发明装置为管道式结构，装置简单，阻力小，便于安装、维护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置的总结构示意 图；

图2是根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置的内置汽水分 离收集组合件结构示意图一；

图3是根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置的内置汽水分 离收集组合件结构示意图二；

图4是根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置的填料压板结 构示意图一；

图5是根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置的填料压板结 构示意图二。

图中：

1、蒸汽入口偏心变径；2、疏水装置管式壳体；3、内置汽水分离收集组合件；4、疏水收集桶；5、疏水外排管；6、填料压板；7、软质填料；8、蒸汽出口偏心变径；9、导流锥；10、导流锥支撑架；11、圆筒形疏水挡板；12、同心变径；13、内部组合件固定法兰。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种管道式蒸汽带水捕集装置。

实施例一，如图1- 5所示，根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置，包括疏水装置管式壳体2，所述疏水装置管式壳体2两侧分别设有蒸汽入口偏心变径1与蒸汽出口偏心变径8，所述疏水装置管式壳体2内部设有内置汽水分离收集组合件3，所述内置汽水分离收集组合件3与所述疏水装置管式壳体2内壁之间设有填料压板6，所述填料压板6、所述内置汽水分离收集组合件3以及所述疏水装置管式壳体2内壁三者之间设有软质填料7，所述疏水装置管式壳体2的底部设有疏水收集桶4，所述疏水收集桶4的底部中心处设有疏水外排管5。

实施例二，如图1- 5所示，根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置，包括疏水装置管式壳体2，所述疏水装置管式壳体2两侧分别设有蒸汽入口偏心变径1与蒸汽出口偏心变径8，所述疏水装置管式壳体2内部设有内置汽水分离收集组合件3，所述内置汽水分离收集组合件3与所述疏水装置管式壳体2内壁之间设有填料压板6，所述填料压板6、所述内置汽水分离收集组合件3以及所述疏水装置管式壳体2内壁三者之间设有软质填料7，所述疏水装置管式壳体2的底部设有疏水收集桶4，所述疏水收集桶4的底部中心处设有疏水外排管5，所述内置汽水分离收集组合件3由导流锥9、圆筒形疏水挡板11、同心变径12及内部组合件固定法兰13组成，所述圆筒形疏水挡板11一侧设有所述同心变径12，所述同心变径12另一侧设有所述内部组合件固定法兰13，所述圆筒形疏水挡板11内部另一侧设有导流锥支撑架10，所述导流锥支撑架10的另一端设有所述导流锥9，所述内置圆筒形疏水挡板11与所述疏水装置管式壳体2之间形成蒸汽以及疏水的驻留区间，所述疏水装置管式壳体2、所述内部组合件固定法兰13以及所述蒸汽出口偏心变径8三者的端部连接在一起。从上述的设计不难看出，蒸汽经导流锥9导流变向后，环形壁面形成的疏水在惯性作用下、蒸汽内夹带的水滴在离心力作用下，均被分离到驻留区间，驻留区间为一端封闭的空间，蒸汽由高速运动转成接近静止状态，在此状态下疏水可以有效分离并沿内、外环形筒壁汇集到装置底部，经疏水收集桶4集中后排放，并且驻留区隔断了流动蒸汽与疏水的接触，可以有效防止蒸汽的二次携带。

实施例三，如图1- 5所示，根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置，包括疏水装置管式壳体2，所述疏水装置管式壳体2两侧分别设有蒸汽入口偏心变径1与蒸汽出口偏心变径8，所述疏水装置管式壳体2内部设有内置汽水分离收集组合件3，所述内置汽水分离收集组合件3与所述疏水装置管式壳体2内壁之间设有填料压板6，所述填料压板6、所述内置汽水分离收集组合件3以及所述疏水装置管式壳体2内壁三者之间设有软质填料7，所述疏水装置管式壳体2的底部设有疏水收集桶4，所述疏水收集桶4的底部中心处设有疏水外排管5，所述蒸汽入口偏心变径1与所述蒸汽出口偏心变径8两者的小口径端均与蒸汽管道相连，所述蒸汽入口偏心变径1与所述蒸汽出口偏心变径8两者的大口径端分别通过法兰与所述疏水装置管式壳体2及所述内置汽水分离收集组合件3两者连接，所述导流锥9锥度与所述蒸汽入口偏心变径1的锥度相同，所述疏水收集桶4为直径不小于150mm的钢管制成，所述疏水收集桶4的底部安装有自动疏水阀。从上述的设计不难看出，所述蒸汽入口偏心变径1与所述蒸汽出口偏心变径8两者偏心变径的装配可以保证装置在水平安装的条件下，装置底部与蒸汽管道底部持平，避免产生类似同心变径管段凹处存水的问题。

实施例四，如图1- 5所示，根据本发明实施例的一种管道式蒸汽带水捕集装置，包括疏水装置管式壳体2，所述疏水装置管式壳体2两侧分别设有蒸汽入口偏心变径1与蒸汽出口偏心变径8，所述疏水装置管式壳体2内部设有内置汽水分离收集组合件3，所述内置汽水分离收集组合件3与所述疏水装置管式壳体2内壁之间设有填料压板6，所述填料压板6、所述内置汽水分离收集组合件3以及所述疏水装置管式壳体2内壁三者之间设有软质填料7，所述疏水装置管式壳体2的底部设有疏水收集桶4，所述疏水收集桶4的底部中心处设有疏水外排管5，所述软质填料7为聚四氟乙烯镂空空心球，所述聚四氟镂空球的直径为一厘米，所述填料压板6上开有允许蒸汽通过的小孔，孔径为2-8毫米，开孔率30%-50%，所述蒸汽入口偏心变径1、所述疏水装置管式壳体2、所述内置汽水分离收集组合件3、所述疏水收集桶4、所述疏水外排管5、填料压板6、蒸汽出口偏心变径8均由钢制材料制成。从上述的设计不难看出，镂空球中空结构具有吸纳声波降低噪音的作用，球体弹性形变可以防止蒸汽冲击管壁产生振动，同时，为防止镂空球进入蒸汽管道，软质填料的安装由填料压板进行固定。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，

在一脱硫废水蒸发结晶系统中，采用罗茨式蒸汽压缩机，处理脱硫废水量为2.5吨/小时，二次蒸汽量为2.4吨/小时，结晶盐产量为0.1吨/小时。蒸发结晶器蒸汽侧压力为-30KPa，罗茨增压风机入口二次蒸汽设计温度为90度，经过增压的二次蒸汽设计出口压力为35 KPa，设计二次蒸汽温度为108度。

蒸发结晶器闪蒸汽出口，弯头前水平管道上安装有疏水收集桶4及疏水阀，在罗茨风机蒸汽入口处安装有喷淋降温装置，罗茨风机为变频控制，根据实际脱硫废水量以及蒸发结晶器运行工况进行罗茨风机转速的变频调节。

由于现场设备安装紧凑，罗茨风机到蒸汽使用设备距离短，水平直管段只有1.5米左右，不能安装大的蒸汽缓冲罐以进行减振及疏水。

罗茨风机进出口管径均DN300管道,实际蒸汽流速为13米/秒。本发明装置采用DN300规格型号，蒸汽入口偏心变径1与汽出口偏心变径8两者采用DN300/ DN400，疏水装置管式壳体2选用DN400钢制管道。装置法兰端面总长度为1112mm，其中疏水装置管式壳体2法兰端面距离为400mm。本发明装置类似管道，不占用其余空间。

装置所有钢制材料均选用与蒸汽管路相同的316L不锈钢。

蒸汽入口偏心变径1、疏水装置管式壳体2、汽出口偏心变径8三者均按照公称压力1.0MPa选配，内置组合件：导流锥9与圆筒形疏水挡板11、同心变径12、内部组合件固定法兰13厚度为5mm。

填料压板6为圆环形开孔钢板制成，钢板厚度为5mm。板面开有直径为5mm圆孔，开孔率为40%。

采用本发明装置后，蒸汽带水量明显减少，罗茨风机出口及弯头处的水击现象消失，装置振动及噪音有一定程度的降低。

本装置就近安装在罗茨蒸汽增压风机出口，利用进出口法兰与出口管道密封连接。蒸汽从蒸汽入口偏心变径1进入装置，入口蒸汽经导流锥9后改变流向，流向由原入口的水平方向变成成贴壁流向疏水装置管式壳体2与圆筒形疏水挡板11形成的环形驻留区，原蒸汽管道内的附壁疏水会被蒸汽附壁流动继续推向环形驻留区，并依靠惯性分离，蒸汽携带的水滴也由于惯性作用会在蒸汽驻留区与壁面碰触后，或在蒸汽空间聚集成较大的液滴沉积，沿壁面流下到疏水收集桶4中，圆筒形疏水挡板11同时起到隔离疏水与高速流动蒸汽接触，防止疏水被蒸汽二次携带，减少蒸汽带水引起的冲击及振动，导流后，蒸汽中的水滴依靠惯性在驻留区被收集，由于蒸汽在驻留区域被圆筒形疏水挡板11与疏水装置管式壳体2所形成的封闭空间限制，由高速流动突然改变成慢速的紊流状态，形成了动能到势能的转换，因此，会有蒸汽压力的上升，也就是具有依靠压力暂存蒸汽的作用，这部分贮存蒸汽，在外部压力波动时，会增压或释放部分蒸汽以抵消管道内的压力波动。起到缓冲脉动的作用。从而减弱罗茨风机出口蒸汽脉动产生的振动，汽水分离后的蒸汽会沿着导流锥9与圆筒形疏水挡板11之间的环形空隙流出，通过蒸汽出口偏心变径8输送到后续蒸汽管道中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。