水蒸气压缩机、控制方法、蒸发浓缩系统及水蒸气离心机组与流程

1.本发明涉及机组技术领域，具体而言，涉及一种水蒸气压缩机、控制方法、蒸发浓缩系统及水蒸气离心机组。


背景技术：

2.蒸汽是工业动力之源，除了电厂利用高温、高压蒸汽发电以外，蒸汽多用于蒸发浓缩系统中，蒸发浓缩是工业中常见的一个环节，广泛应用于食品、制药、氯碱、海水淡化、污水处理等各类工业生产中。在蒸发浓缩系统中，常常使用水蒸气压缩机，其作用是将低压或低温蒸汽进行加压升温，以达到工艺或者工程所需的温度和压力要求。
3.图1为现有的离心式水蒸气压缩机的结构图，图中示意的是双级压缩的离心式水蒸气压缩机，是一种高速、高压比的离心式水蒸气压缩机。其工作原理是通过一级叶轮高速旋转提高蒸汽速度和压力，然后通过一级扩压器将蒸汽速度能转换为压力能，提高其压力，通过连接管道高压蒸汽依次进入二级叶轮、二级扩压器，进一步提升蒸汽压力能。可见，叶轮是离心式水蒸气压缩机的“心脏”，叶轮的可靠性直接影响了蒸汽机组系统的运行可靠性。由于离心式水蒸气压缩机自身存在“高压比、排气温度高”的特点，因此对于二级叶轮，其吸入的气体是经过一级压缩后的高温水蒸气，这将显著地缩短二级叶轮的叶片和叶轮壳体的使用寿命，降低可靠性，从而缩短蒸汽机组的使用寿命降低缩短蒸汽机组的可靠性。
4.针对现有技术中的双级水蒸气压缩机的流入二级叶轮的水蒸气的温度过高，导致二级叶轮的可靠性降低，使用寿命缩短的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本发明实施例中提供一种水蒸气压缩机、控制方法、蒸发浓缩系统及水蒸气离心机组，以解决现有技术中的双级水蒸气压缩机的流入二级叶轮的水蒸气的温度过高，导致二级叶轮的可靠性降低，使用寿命缩短的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种水蒸气压缩机，其中，该水蒸气压缩机包括：水蒸气压缩机，包括与水蒸气储存设备依次连通的一级进气管道、一级叶轮、一级排气管道、二级进气管道、二级叶轮、二级排气管道，还包括：
7.雾化装置，设置在所述二级进气管道和所述二级叶轮之间的管路上，用于向所述二级进气管道和所述二级叶轮之间的管路喷入雾化水珠，以降低进入所述二级叶轮的水蒸气的温度。
8.进一步地，所述水蒸气压缩机还包括：
9.水蒸气冷却装置，其进口端与所述水蒸气储存设备连通，其出口端连通水泵；
10.所述水泵，与所述雾化装置连通，用于将经所述水蒸气冷却装置冷却后的水蒸气驱动至所述雾化装置。
11.进一步地，所述雾化装置为超声波雾化器。
12.进一步地，所述水蒸气压缩机还包括：
13.温度传感器，设置在所述二级排气管道中，用于采集所述二级排气管道的排气温度；
14.控制器，其第一端连接所述温度传感器，其第二端连接所述雾化装置，用于获取所述排气温度并根据所述排气温度控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量。
15.进一步地，所述控制器包括：
16.信号采集器，连接所述温度传感器，用于获取所述排气温度；
17.温差计算器，用于计算所述排气温度与额定排气温度的温差；
18.信号生成器，用于在所述温差大于第一阈值时，生成第一控制信号，以控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量增加；在所述温差小于或等于所述第一阈值，且大于或等于第二阈值时，生成第二控制信号，以控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量保持不变；在所述温差小于所述第二阈值时，生成第三控制信号，以控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量减少。
19.进一步地，所述控制器还包括：
20.处理器，用于根据相邻两次获取的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔。
21.进一步地，所述处理器具体用于：
22.在所述偏差大于第一预设值时，延长所述时间间隔；
23.在所述偏差小于或等于所述第一预设值，且大于或等于第二预设值时，保持所述时间间隔不变；
24.在所述偏差小于所述第二预设值时，缩短所述时间间隔。
25.本发明还提供一种蒸发浓缩系统，所述蒸发浓缩系统包括上述水蒸气压缩机。
26.本发明还提供一种水蒸气离心机组，包括上述水蒸气压缩机。
27.本发明还提供一种控制方法，应用于上述水蒸气压缩机，所述控制方法包括：
28.获取所述水蒸气压缩机中二级排气管道的所述排气温度；
29.根据所述排气温度调节所述水蒸气压缩机中雾化装置的雾化水珠喷出量；其中，所述雾化装置设置在所述水蒸气压缩机的二级进气管道和二级叶轮之间的管路上。
30.进一步地，根据所述排气温度调节所述水蒸气压缩机中雾化装置的雾化水珠喷出量，包括：
31.如果所述排气温度与额定排气温度的温差大于第一阈值，则控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量增加；
32.如果所述温差小于或等于所述第一阈值，且大于或等于第二阈值，则控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量保持不变；
33.如果所述温差小于所述第二阈值，则控制所述雾化装置的雾化水珠喷出量减少。
34.进一步地，所述控制方法还包括：
35.根据相邻两次获取的所述水蒸气压缩机中二级排气管道的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔。
36.进一步地，根据相邻两次获取的所述水蒸气压缩机中二级排气管道的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔，包括：
37.如果所述偏差大于第一预设值，则延长所述时间间隔；
38.如果所述偏差小于或等于所述第一预设值，且大于或等于第二预设值，则保持所
述时间间隔不变；
39.如果所述偏差小于所述第二预设值，则缩短所述时间间隔。
40.本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述控制方法。
41.应用本发明的技术方案，通过设置在二级进气管道和二级叶轮之间的管路上的雾化装置，向二级进气管道和二级叶轮之间的管路喷入雾化水珠，以降低进入所述二级叶轮的水蒸气的温度，避免进入二级叶轮的水蒸气的温度过高，实现提高蒸汽机组的可靠性，延长蒸汽机组的使用寿命。
附图说明
42.图1为现有的离心式水蒸气压缩机的结构图；其中，01为一级蜗壳，02为一级扩压器，03为密封板，04为电机筒体，05为轴向轴承，06为推力盘，07为位移传感器，08为轴承支座，09为径向轴承，010为电机定子，011为电机轴，012为轴承支座，013为二级扩压器，014为二级蜗壳，015为二级叶轮，016为堵头，017为第一o型圈，018为第二o型圈，019为高压气进口，020为一级叶轮，021为二级进气管；
43.图2为根据本发明实施例的水蒸气压缩机的结构示意图；
44.图3为根据本发明另一实施例的水蒸气压缩机的结构示意图；
45.图4为根据本发明实施例的控制器的内部结构框图；
46.图5为根据本发明实施例的控制方法的流程图。
具体实施方式
47.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
48.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
49.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
50.应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述预设温度，但这些预设温度不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同预设温度区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一阈值也可以被称为第二阈值，类似地，第二阈值也可以被称为第一阈值。
51.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
52.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
53.下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
54.实施例1
55.本实施例提供一种水蒸气压缩机，如前文中提及的图1中所示，双级压缩的离心式水蒸气压缩机，通过一级叶轮高速旋转提高蒸汽速度和压力，然后通过一级扩压器将蒸汽速度能转换为压力能，提高其压力，通过连接管道高压蒸汽依次进入二级叶轮，进一步提升蒸汽压力能。由于离心式水蒸气压缩机自身存在“高压比、排气温度高”的特点，因此对于二级叶轮，其吸入的气体是经过一级压缩后的高温水蒸气，这将显著地降低二级叶轮的可靠性，缩短二级叶轮的使用寿命。
56.针对上述问题，本实施例提供了一种可以提高可靠性，延长使用寿命的水蒸气压缩机，图2为根据本发明实施例的水蒸气压缩机的结构示意图，如图2所示，该水蒸气压缩机包括与水蒸气储存设备1依次连通的一级进气管道2、一级叶轮020、一级排气管道4、二级进气管道5、二级叶轮015、二级排气管道7，还包括：雾化装置8，设置在二级进气管道5和二级叶轮015之间的管路上，为了实现雾化水珠和水蒸气的有效的混合，可以将雾化装置8设置在距离二级进气管道5较近的位置，雾化装置8向二级进气管道5和二级叶轮015之间的管路喷入雾化水珠，以降低进入所述二级叶轮015的水蒸气的温度。
57.如图2所示，水蒸气储存设备1中的低温低压水蒸气通过一级进气管道2进入压缩机(即上述水蒸气压缩机)，首先进入一级叶轮020进行一级压缩，形成一级压缩蒸汽，然后通过一级排气管道4被排出，一级排气管道4与二级进气管道5之间通过管道相连，一级压缩蒸汽从一级排气管道4被排出后，直接进入二级进气管道5。
58.为了实现较佳的雾化效果，本实施例中的雾化装置8可以采用超声波式雾化装置，该雾化装置8具有可以不引入其它杂质的特点。此外，由于二级进气管道5内的水蒸气气压较高，因此难以通过水泵对液态水加压产生足够高的压强，与水蒸气形成压力差而形成雾化水珠。采用超声波雾化装置8可以克服该问题，液态水可以在该雾化装置8内经超声波振动产生的剪切力和冲击力而形成雾化水珠，然后通过雾化喷头11喷入二级进气管道5内，雾化水珠迅速吸收热量挥发，高温高压的一级压缩蒸汽结合形成温度较低的混合蒸汽后进入二级叶轮015进行二级压缩，形成符合设计要求的高温高压水蒸气，最终通过二级排气管道7排出。
59.本实施例的水蒸气压缩机，通过设置在二级进气管道5和二级叶轮015之间的管路上的雾化装置8，向二级进气管道5和二级叶轮015之间的管路喷入雾化水珠，以降低进入所述二级叶轮015的水蒸气的温度，避免进入二级叶轮015的水蒸气的温度过高，实现提高蒸汽机组的可靠性，延长蒸汽机组的使用寿命。
60.实施例2
61.本实施例提供另一种水蒸气压缩机，本实施例中的雾化装置8直接采用水蒸气储存设备1中的水蒸气作为低温蒸汽，图3为根据本发明另一实施例的水蒸气压缩机的结构示
意图，如图3所示，所述水蒸气压缩机还包括：水蒸气冷却装置9，其进口端与水蒸气储存设备1连通，其出口端连通水泵10；该水泵10与所述雾化装置8连通，用于将经水蒸气冷却装置9冷却后的水蒸气驱动至雾化装置8。
62.本实施例中，将水蒸气储存设备1中的水蒸气导入水蒸气冷却装置9，水蒸气冷却装置9对高温的水蒸气进行降温降压，冷凝成液态水并进行储存，通过水泵10抽取水蒸气冷却装置9中的液态水，进行加压，然后导流至雾化装置8。
63.在蒸发浓缩系统中，水蒸气储存设备1的主要作用是给水蒸气压缩机储存压缩媒介，并且在水蒸气压缩机正常工作时，持续提供水蒸气。因此，本实施例中直接采用水蒸气储存设备1中的水蒸气降温加压后进行雾化，以对进入二级叶轮015之前的水蒸气进行降温冷却，可以保证降温冷却过程中有足够的水进行后续雾化，提高了系统的可靠性。
64.由于压缩机额定设计参数已经设计好，二级排气管道7的排气温度需要符合相应设计参数，因此，二级进气管路的混合蒸汽不能被过度冷却，其温度需要控制在一定范围内。也就是说，需要实时获取二级排气管道7排出的水蒸气的温度，以便于调节雾化装置8喷出的雾化水珠的量，进而控制二级叶轮015的进气温度，最终使二级排气管道7的排气温度满足上述要求。因此，上述水蒸气压缩机还包括：温度传感器(图中未示出)，设置在二级排气管道7中，用于采集二级排气管道7的排气温度；控制器(图中未示出)，其第一端连接温度传感器，其第二端连接雾化装置8，用于获取排气温度并根据上述排气温度控制雾化装置8的雾化水珠喷出量。需要说明的是，控制器与温度传感器以及雾化装置8可以电连接，也可以无线连接。
65.图4为根据本发明实施例的控制器的内部结构框图，具体地，控制器包括：信号采集器，连接所述温度传感器，用于获取所述排气温度；温差计算器，用于计算排气温度与额定排气温度的温差；信号生成器，用于在上述温差大于第一阈值时，生成第一控制信号，以控制雾化装置8的雾化水珠喷出量增加；在上述温差小于或等于第一阈值，且大于或等于第二阈值时，生成第二控制信号，以控制雾化装置8的雾化水珠喷出量保持不变；在上述温差小于所述第二阈值时，生成第三控制信号，以控制雾化装置8的雾化水珠喷出量减少。在具体实施时，雾化水珠喷出量增加的幅度由上述温差决定，温差越大，雾化水珠喷出量增加的幅度越大。同理，雾化水珠喷出量减小的幅度由上述温差决定，上述温差的绝对值越大，雾化水珠喷出量减小的幅度越大。上述第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号，由信号生成器传输至雾化装置，雾化装置最终通过雾化喷头调节雾化水珠喷出量。上述第一阈值为正值，第二阈值为负值。
66.在本实施例中，温度传感器设置在二级排气管道7内。温度传感器可以监测二级排气管道7的排气温度，信号采集器将排气温度转换为电信号输出到温差计算器。由于压缩机额定设计参数已经设计好，二级排气管道7的排气温度需要符合相应设计参数，因此，二级进气管路的混合蒸汽不能被过度冷却，其温度需要控制在一定范围内。温差计算器接收温度传感器的排气温度，与额定排气温度对比，当二级排气管道7的排气温度低于额定排气温度一定程度，减少雾化水珠的喷入量，提高二级进气管道5内的混合蒸汽温度，从而提高二级排气管道7的排气温度。反之，如果二级排气管道7的排气温度高于额定排气温度一定程度，控制系统可以增加雾化水珠喷入量，进一步降低二级进气管道5内的混合蒸汽温度，更有效地保护二级叶轮015。
67.对于控制系统信号采集时间间隔，可根据情况设定，当时间间隔较小时，存储温度数据所需要的内存较大；当时间间隔较大时，采集温度数据少，不能精确控制雾化水珠喷入量，从而不能精确控制冷却降温效果。因此，上述控制器还包括：处理器，用于根据相邻两次获取的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔。具体用于：在相邻两次获取的排气温度的偏差大于第一预设值时，延长所述时间间隔；在所述偏差小于或等于所述第一预设值，且大于或等于第二预设值时，保持所述时间间隔不变；在所述偏差小于所述第二预设值时，缩短所述时间间隔其中，第一预设值大于第二预设值。相邻两次获取的排气温度的偏差为相邻两次获取的排气温度的差值的绝对值，因此，始终大于或等于0。
68.为了存储温度数据，上述控制器还包括存储器，用于存储温度传感器获得的温度数据。
69.实施例3
70.本实施例提供一种蒸发浓缩系统，该蒸发浓缩系统包括水蒸气储存设备，还包括上述实施例中的水蒸气压缩机，用于提高整个蒸发浓缩系统的运行稳定性。
71.实施例4
72.本实施例提供一种水蒸气离心机组，该水蒸气离心机组包括水蒸气储存设备，还包括上述实施例中的水蒸气压缩机，用于提高整个水蒸气离心机组的运行稳定性。
73.实施例5
74.本实施例提供一种控制方法，应用于上述实施例中的水蒸气压缩机，图5为根据本发明实施例的控制方法的流程图，如图5所示，该控制方法包括：
75.s101，获取水蒸气压缩机中二级排气管道的排气温度。
76.s102，根据上述排气温度调节水蒸气压缩机中雾化装置的雾化水珠喷出量；其中，雾化装置设置在水蒸气压缩机的二级进气管道和二级叶轮之间的管路上。
77.本实施例的控制方法，根据排气温度与额定排气温度的温差调节雾化装置的雾化水珠喷出量，避免二级进气管路的混合蒸汽不能被过度冷却，将其温度需要控制在一定范围内。
78.实施例6
79.本实施例提供另一种控制方法，为了实现准确控制二级进气管路的温度，进而控制二级排气管路的排气温度，根据排气温度调节水蒸气压缩机中雾化装置的雾化水珠喷出量，包括：如果排气温度与额定排气温度的温差大于第一阈值，则控制雾化装置的雾化水珠喷出量增加；如果上述温差小于或等于第一阈值，且大于或等于第二阈值，则控制雾化装置的雾化水珠喷出量保持不变；如果上述温差小于所述第二阈值，则控制雾化装置的雾化水珠喷出量减少。
80.对于控制系统信号采集时间间隔，可根据情况设定，当时间间隔较小时，存储温度数据所需要的内存较大；当时间间隔较大时，采集温度数据少，不能精确控制雾化水珠喷入量，从而不能精确控制冷却降温效果。因此，上述控制方法还包括：根据相邻两次获取的水蒸气压缩机中二级排气管道的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔。具体地，根据相邻两次获取的水蒸气压缩机中二级排气管道的排气温度的偏差调整获取排气温度的时间间隔，包括：如果上述偏差大于第一预设值，则延长所述时间间隔；如果上述偏差小于或等于第一预设值，且大于或等于第二预设值，则保持当前时间间隔不变；如果上述偏差小
于第二预设值，则缩短所述时间间隔。其中，第一预设值大于第二预设值。
81.实施例7
82.本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述控制方法。
83.以上所描述的蒸汽压缩设备实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
84.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
85.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。