MVR技术详解.pdf

MVR 技术简介 德维透平机械有限公司 机械蒸汽再压缩的原理 由于成本原因，单级离心压缩机和高压风机被普遍用于机械蒸汽再压缩系统。因此下述说明是针 对此类设计。 离心压缩机是体积控制机器，即无论吸入压力多大，体积流率几乎保持恒定。而质量流量的变化 与绝对吸入压力成比例。单级离心压缩机的压缩循环描绘在焓熵图中。 单级离心压缩机需要的动力： 例如：将来自蒸发器的饱和水蒸汽从吸入状态p1=1.9bar, t1=119 ℃压缩到p2= 2.7bar, t2=161 ℃ （压缩比Π= 1.4）。压缩循环沿着多变曲线1－2，蒸汽的比焓增加量Δ hp。 对于蒸汽的比焓h2，通过压缩机内效率（等熵效率）的等式： 而得到的值是h2 =2785 kJ/kg (η s 0.8 适用于水蒸汽介质的单级离心压缩机)。t2=161℃相对 于h2 和p2。现在此蒸汽就能够用于加热第1 效蒸发器。首先它失去过热并冷却至饱和温度t3 （130℃），压力p2 （2.7bar）。在此温度下，它进入到蒸发器的加热器。基于 除其他因素之外，单位多变压缩功hp 取决于多方指数κ 和吸入气体的摩尔质量M，以及吸入温 度和要求的压升。对于原动机（电动机、燃气机、涡轮机等）的实际耦合功率，考虑了更大的机 械损耗余量。叶轮由标准材料制造的单级离心压缩机能够获得压缩因子 1.8 的水蒸汽压升，如果 采用钛等更高质量的材料，压缩因子可高达2.5。这样一来，最终压力p2 就是吸入压力p1 的1.8 倍，或最大2.5 倍，这对应于饱和蒸汽温度升高约12-18K，最大温升可到30K，这取决于吸入压 力。就蒸发技术而言，通常的做法是根据相应的水沸点温度来表示其压力。这样，有效温差就被 直接表示出来。 例如：吸入压力 p1 = 1 bar 对应于100 ℃，最终压力 p2 = 1.7 bar 对应于115.2 ℃，压力 比Π=p2/p1=1.7，饱和蒸汽温升为15.2 K。 用于蒸发蒸馏等装置的三种技术比较 蒸发、蒸馏、蒸发结晶、蒸发干燥装置都是高能耗的。 能耗在这些装置的运行成本中占很大的比例，因此单位能耗的降低和优化对降低整个运行成本至关重要。 目前有三种主要的技术实现比能耗的最小化，可单独应用，也可联合应用： ■ 多效技术（Multiple Effect Evaporator，MEE） ■ 热力蒸汽再压缩技术（Thermal Vapour Recompressor，TVR） ■ 机械蒸汽再压缩技术（Mechanical Vapour Recompressor，MVR） 1．多效技术 在多效蒸发装置中，由新蒸汽加热第一效产生的蒸汽不进入冷凝器，而是作为第二效的加热介质得以再次 利用。这样可以将新蒸汽消耗有效降低约50%。重复利用此原理，可进一步降低新蒸汽消耗。第一效的最 高加热温度与最后一效的最低沸点温度形成了总温差，分布于各个效。结果，每效温差随效数增加而减小。 所以为达到指定的蒸发速率必须增大加热面积。初步估算表明，用于所有效的加热面积随效数成比例增加， 这样一来蒸汽节省量逐渐减少的同时，投资费用显著增加。 A 产品 B 残余蒸汽 C 浓缩液 D 动力蒸汽 E 动力蒸汽冷凝水 F 二次蒸汽冷凝水 V 热损失 二效直接加热蒸发器的热流图 2．热力蒸汽再压缩技术 热力蒸汽再压缩时，根据热泵原理，来自沸腾室的蒸汽被压缩到加热室的较高压力；即能量被加到蒸汽上。 由于与加热室压力相对应的饱和蒸汽温度更高，使得蒸汽能够再用于加热。为此采用蒸汽喷射压缩器。它 们是根据喷射泵原理来操作，没有活动件，设计简单而有效，并能确保最高的工作可靠性。使用一台热力 蒸汽压缩器与增加一效蒸发器具有相同的节省蒸汽/节能效果。热力蒸汽压缩器的操作需要一定数量的新蒸 汽，即所谓的动力蒸汽。这些动力蒸汽必须被传送到下一效，或者被送至冷凝器作为残余蒸汽。包含在残 余蒸汽中的剩余能量大约与动力蒸汽所提供的能量相当。 A 产品 B 二次蒸汽 B1 残余蒸汽 C 浓缩液 D 动力蒸汽 E 动力蒸汽冷凝水 V 热损失 热力蒸汽再压缩加热蒸发器的热流图 3．机械蒸汽再压缩技术 机械蒸汽再压缩时，通过机械驱动的压缩机将蒸发器蒸出的蒸汽压缩至较高压力。因此再压缩机也作为热 泵来工作，给蒸汽增加能量。与用循环工艺流体（即封闭系统，制冷循环）的压缩热泵相反，因为蒸汽再 压缩机是作为开放系统来工作，故可将其视为特殊的压缩热泵。在蒸汽压缩和随后的加热蒸汽冷凝之后， 冷凝液离开循环。加热蒸汽（热的一侧）与二次蒸汽（冷的一侧）被蒸发器的换热表面分隔开来。开放式 压缩热泵与封闭式压缩热泵的对比表明：在开放系统中的蒸发