機械式蒸汽再壓縮技術(MVR)是怎麽回事?

         

1、MVR原理

MVR是機械式蒸汽再壓縮技術(Mechanical Vapor Recompression)的簡稱,是利用蒸發係統自身產生的二次蒸汽及其能量,將低品位的蒸汽經壓縮機的機械做功提升為高品位的蒸汽熱源。如此循環向蒸發係統提供熱能,從而減少對外界能源需求的一項節能技術。

為使蒸發裝置的製造盡可能簡單和操作方便,可使用離心式壓縮機、羅茨式壓縮機。這些機器在1∶1.2到1∶2壓縮比範圍內其體積流量較高。

2、機械蒸汽再壓縮蒸發器(MVR蒸發器)

其工作過程是低溫位的蒸汽經壓縮機壓縮,溫度、壓力提高,熱焓增加,然後進入換熱器冷凝,以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外,整個蒸發過程中無需生蒸汽。

如圖所示,將蒸發過程中產生的二次蒸汽進行壓縮,然後返回蒸發器作為加熱蒸汽。

蒸發產生的二次蒸汽溫度較低,但含有大量潛熱,二次蒸汽經壓縮機壓縮提高溫度(壓力)後,送回原蒸發器的換熱器用作熱源,使料液維持沸騰狀態,而加熱蒸汽本身則冷凝成水。這樣原來要廢棄的蒸汽就得到充分的利用,回收潛熱,提高熱效率,經濟性相當於多效蒸發的20效。

·MVR蒸發器主要特點:

1)無需生蒸汽

2)低能耗、低運行費用

3)可與結晶器組合,做成MVR形式的連續結晶器

·MVR蒸發器與多效蒸發器蒸發每噸水的費用比較:

為了降低運行成本,本方案采用MVR技術,此項目使用進口風機,將二次蒸汽壓縮,達到係統運行需要的蒸發溫差。除了在係統開啟時使用蒸汽將係統預熱外,整套係統正常運行時隻需使用電力,不需補充生蒸汽。風機的吸入端為部分真空,這樣可以降低晶漿進入離心機時形成的閃蒸蒸汽。係統運行不需要補充生蒸汽,因為係統產生的所有高溫冷凝水都被用於將物料預熱至接近沸點;風機壓縮蒸汽時產生的熱能將用於完成剩餘的物料預熱,同時補償係統產生的熱損失,提供足夠的熱能保證空氣和不凝汽的排出。

風機采用變頻控製電機驅動。變頻控製可以讓風機在最佳轉速下運行,消除入口導葉損失;通過軟啟動,降低對整個係統的衝擊,延長風機和電機的使用壽命。當需要在低於係統設計能力的情況下運行時,通過調節變頻器可以保證係統的經濟運行。

MVR蒸發器係統中最關鍵的部位該如何選擇?

隨著環保節能要求的進一步提高,MVR蒸發器以很低的運行成本,逐漸成為包括廢水濃縮處理在內的蒸發裝置的首選。近兩年國內機械蒸汽壓縮機行業蓬勃發展,國內壓縮機的份額也不斷增加。那麽,MVR蒸發器中最關鍵的蒸汽壓縮機該如何選擇?

蒸汽壓縮機是熱回收係統對產生的蒸汽通過壓縮作用而提高蒸汽汽溫度和壓力的關鍵設備。作用是將低壓(或低溫)的蒸汽加壓升溫,以達到工藝或者工程所需的溫度和壓力要求。

機械蒸汽壓縮機分為羅茨蒸汽壓縮風機和離心蒸汽壓縮風機兩種,而離心蒸汽壓縮風機又分為普通離心壓縮風機和單級高速離心蒸汽壓縮機。不同的風機類型具有不同的特點,在不同的應用條件下也有自己的優勢。

下圖為羅茨壓縮機、高速離心壓縮機和離心鼓風機的溫升—流量關係。

(1)羅茨蒸汽壓縮風機

羅茨壓縮機屬於容積型風機,相對於普通離心壓縮機而言,壓縮比高,單級壓縮溫升可達25攝氏度。

對於羅茨蒸汽壓縮機而言,由於其轉速較低,因此具有更好的穩定性。

一般來說,羅茨蒸汽壓縮機的轉速在980~1450r /min,普通離心蒸汽壓縮機的轉速在6000~9000r/min,而單級高壓離心機的最高轉速可達30000r/min。

當然,對於羅茨風機來說,其劣勢也很明顯,其單級體積流量過小、效率低、保養周期短(一般2000h/次)是其先天缺陷;同時羅茨風機噪聲頻譜較寬,且以63-8000Hz的低中頻噪音為主要成份,在運行中的噪聲高達100分貝以上,對人員健康傷害較大。

(2)普通離心蒸汽壓縮機

普通離心蒸汽壓縮機一般壓縮升溫為8~10攝氏度,目前主要應用機型基本為進口壓縮機,優點是效率高,性能穩定。

在需要較高壓縮比的工況可將兩台離心蒸汽壓縮機串聯,以獲得更高的壓縮溫升,但同時,風機的效率會有所下降。

一般情況下,在蒸發過程中都有沸升的情況出現,有的溶液沸升甚至會很高,這時就需要兩級或三級風機串聯使用。

(3)單級高速離心壓縮機

單級高速離心壓縮機的顯著特點是風機轉速高,有很高的壓縮比,從而壓縮溫升較高,最高可達25~30攝氏度,同時,它還有效率高、低能耗、更大處理量,因而應用範圍更廣泛。

MVR技術發展狀況

上世紀70年代隨著對能源需求的日漸增加以及能源價格的飛速上漲,MVR技術逐漸引起各國研究者的關注和研究,並成功的應用於蒸發的操作中。

1957年德國GEA公司針對蒸發分離操作過程耗能高的問題,開發出了商業化的MVR蒸發係統。應用實踐表明,GEA公司開發的MVR技術用於油罐車清洗工業廢水濃縮時的耗為 16.4kWh/t;用於濃縮各類型的乳製品和乳清製品時能耗為9.8kW·h/t;處理小麥澱粉廢水時的能耗為13.5kWh/t。1999年美國通用電氣公司開始對MVR在重油開采廢水回收蒸發上的應用進行研發,該係統每蒸發1噸水大約消耗15~16.3kWh,其能耗要比由加熱蒸汽驅動的單級蒸發係統低到25~50倍。

2004年美國AGV Technologies公司在考慮了其他MVR技術基礎之上結合自身技術優勢,開發了一種新的定名為刮膜旋轉盤的MVR水處理係統。該係統各效的傳熱麵一改傳統樣式而采用旋轉盤形式,提高了傳熱效率且減小了汙垢的生成,降低了係統的規模,係統的傳熱係數可達25kW·M

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除了上述主要的機構之外,在歐洲奧地利的GIG Karasek、瑞士的EVATHERM、德國的MAN Diesel &Turbo等對MVR水處理技術也進行了應用研究和推廣。中東一些國家則在致力於MVR技術在海水淡化領域的應用研究。可見,MVR技術已受到國外水處理領域的廣泛關注,並不斷得到認可和應用,尤其在海水淡化領域。據統計,在世界範圍內MVR技術在熱分離係統中占有約33%的份額。

MVR技術從2007年起開始從北美和歐洲進入中國市場,主要應用在食品深加工、奶製品行業、工業廢水處理和飲料等行業。同時,國內不斷有高校和科研院所對該技術進行著開拓性研究,南京航空航天大學、西安交通大學、中科院理化技術研究所、北京工業大學、北京航空航天大學等都對MVR進行了理論和實踐研究。2008年以來,隨著環保節能的呼聲越來越高,MVR開始進入平台的上升期,大量運用於商業實踐。

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