机械蒸汽再压缩系统的设计与分析

节能技术和产品珊机械蒸汽再压缩系统的设计与分析东华大学环境科学与工程学院倪思梅周亚素石成君董国强摘要：文章主要介绍机械蒸汽再压缩系统的工作原理与设计过程，并与传统的多效蒸发进行比较分析，发现其节能效果显著。有很大的发展前景。关键词：机械蒸汽再压缩；系统设计；节能DesignandAnalysisofMechanicalVaporRecompressionSystemNISi—Mei，ZHOUYa-Su，SHICheng-Jun，DONGGuo-QiangAbstract：Thispaperdescribestheoperatingprincipleanddesignofmechanicalvaporrecompressionsystem．Comparedwithtraditionalmulti-effectevaporation，itsenergy-savingefectisremarkable，therearegreatprospectsfordevelopment．Keywords：Mechanicalvaporrecompression(MVR)。Designofsystem。Energy-saving0引言机械蒸汽再压缩是一种蒸发工艺，是用机械方法将蒸发器产生的二次蒸汽再压缩，使其压力、温度上升，提高内能之后，再返回原蒸发器，取代生蒸汽作为热源使用，其中二次蒸汽中的潜热得到充分利用，可以达到节能目的。该蒸发系统被简称为MVR【MechanicalVaporRecompression)。对比传统的蒸发系统，由于该系统只需要在启动时，通入生蒸汽作为热源，而当二次蒸汽产生，系统稳定运行，将不需要外部的热源，系统的能耗就压缩机和各类泵的能耗，所以节能效果相当显著。机械蒸汽再压缩技术被广泛应用于化工、制药、造纸、污水处理、海水淡化等行业。1MVR系统工作原理图1是MVR系统工作流程图，其运行过程是：系统启动时，由电加热锅炉向系统提供生蒸汽，原液进入到蒸发器内与生蒸汽进行换热，蒸发产生新的蒸汽，新的蒸汽经过压缩机再压缩，升温升压后，替代生蒸汽作为热源，再返回蒸发器冷凝放热，加热原液，原液吸收热量蒸发的蒸汽继续进行下一个循环。当系统稳定运行时，电加热锅炉停止运行，由系统内部蒸发的蒸汽经过再压缩后作为热源。省去了外部热源，可达到节能的效果。再者该系统还充分利用浓缩液和冷凝水的余热，各自通过板式换热器预热原液，提高了原液的温度。当系统稳定运行时，如图1，质量流量为M，浓度为S，且温度为的原液经过两个板式换热器预热后，温度升为，【作者简介】倪思梅东华大学暖通专业在读硕士研究生，现研究方向是热泵蒸馏系统。本科亦毕业于东华大学，建筑环境与设备工程专业。主要研究方向是地源热泵系统和建筑节能技术。。。。。。20。13~339{上海节能r一～]皿I-硼节能技术和产品海节能节能投术和产品进入蒸发器内被加热至蒸发器内压力下的饱和温度，蒸发产生了质量流量为／的蒸汽，蒸汽温度也是，经压缩机压缩，温度升为，再进入蒸发器管道内冷凝放热，变成温度为的冷凝水，最后经板式换热器预热原液，温度降为后排出。原液在蒸发器内蒸发浓缩后，变为质量流量为M~，浓度为S~的浓缩液，其温度为，经板式换热器预热原液，温度降为后排出，这就是MVR系统稳定运行时的工作流程。蒸发器内的真空度由系统中的真空泵来控制，真空泵还可以将蒸发过程产生的不凝性气体排出，不凝性气体对蒸发器的传热系数影响比较大，将其排出有利于提高蒸发器的传热性能。H图1MVR系统工作流程图2MVR系统设计2．1蒸发器设计蒸发器是系统的核心，MVR系统常采用竖直管降膜蒸发器或水平管降膜蒸发器，水平管降膜蒸发器与竖直管降膜蒸发器相比，不仅电耗低，设备高度低，而且因为液膜厚度薄，传热系数高，汽相阻力小，所以传热温差比较小。对于光滑管而言，水平管的传热系数三倍于闪蒸，两倍于竖直管蒸发装置⋯，由于水平管降膜蒸发器传热系数高，相同的热负荷下其所需传热面积可大为减小。同时，因『一～上海节能40。SHANG第HA。IEN∞阴婚为水平管降膜蒸发器可实现在较小温差下进行传热，表面过热度下降，管表面的结垢情况也可以得到改善。所以水平管降膜蒸发器得到了广泛的应用，其设计过程如下：首先，计算系统蒸发量。系统质量平衡公式为：MY==M~S～(1)MM／(2)其中M、M和M分别为原液质量流量、单位时间蒸汽蒸发量和浓缩液质量流量，单位均为kg／s；S和S分别为原液和浓缩液的浓度，单位为g／kg。由(1)，(2)可得蒸发量为：MZ=My．_L(3)uN其次，计算蒸发器内的单位时间换热量。该换热量可由下式得出：Q=CpM~—)+MzA(4)其中Q为蒸发器内的单位时间换热量，kW；Cp为比定压热容，kJ／(kg·oC)；为蒸发潜热，kJ／kg。再者，计算蒸发