机械蒸汽再压缩与多效蒸发耗对比

山东化工收稿日期：２０１８－０３－０２作者简介：李方天（１９８１—），山东济南人，硕士研究生，工程师，主要从事化工设计工作。机械蒸汽再压缩与多效蒸发火用耗对比李方天１，李林２，刘金勇２（１．山东鸿运工程设计有限公司，山东济南２５０１００；２．山东天力能源股份有限公司，山东济南２５０１００）摘要：主要对比了机械蒸汽再压缩与多效蒸发的能耗对比，特别是火用的对比，得出当沸点升小于１０℃时，机械蒸汽再压缩与四效蒸发相比，才有火用上的节能优势。关键词：机械蒸汽再压缩；多效蒸发；能耗；火用；沸点升中图分类号：ＴＱ０２８．６１文献标识码：Ａ文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１８）０６－０１１６－０２ＥｘｅｒｇｅｔｉｃＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＣｏｍｐａｒｉｓｏｎＢｅｔｗｅｅｎＭＶＲａｎｄＭｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔＥｖａｐｏｒａｔｉｏｎＬｉＦａｎｇｔｉａｎ１，ＬｉＬｉｎ２，ＬｉｕＪｉｎｙｏｎｇ２（１．ＳｈａｎｄｏｎｇＨｏｎｇｙｕｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｄｏｎｇＴｉａｎｌｉＥｎｅｒｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｅｘｅｒｇｅｔｉｃｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖａｐｏｒｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖａｐｏｒｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｉｎｅｘｅｒｇｅｔｉｃｓａｖｉｎｇｔｈａｎｆｏｕｒ－ｅｆｆｅｃｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎｏｎｌｙｗｈｅｎｔｈｅｂｏｉｌｉｎｇｐｏｉｎｔｅｌｅｖａｔｉｏｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ１０℃．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｖａｐｏｒｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｅｘｅｒｇｅｔｉｃ；ｂｏｉｌｉｎｇｐｏｉｎｔｅｌｅｖａｔｉｏｎ蒸发操作广泛应用于化工、制药、食品、深冷、海水淡化、污水处理等工业中。现在主要采用的蒸发技术是多效蒸发技术和蒸汽机械再压缩技术这两种技术。多效蒸发是利用前效蒸发产生的二次蒸汽，作为后效蒸发器的热源，以利用其冷凝热。这样仅第一效需要消耗生蒸汽，末效的二次蒸汽需要循环冷却水冷凝。蒸汽机械再压缩（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＶａｐｏｒＲｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）是将蒸发产生的二次蒸汽，经压缩机压缩后，提高其压力和饱和温度，增加了热焓，再送入加热室作为热源，以达到循环利用二次蒸汽已有的热能，从而不需要外部生蒸汽。多效蒸发和蒸汽机械再压缩常进行能效比较，本文就是以蒸发１吨水为例，从火用上进行了比较。１多效蒸发的生蒸汽消耗根据热力学第二定律，一种形式的能量并不总是可以完全转换为功。从这一角度出发，可以把能量看成由两个部分组成：可转换的部分与不可转换的部分，可转换为功的部分就称为火用。根据ＧＢ／Ｔ１４９０９－２００５《能量系统火用分析技术导则》规定，火用的基准态温度为２９８．１５Ｋ（２５℃），基准态压力为０．１ＭＰａ（１ｂａｒ）。依据热力性质图表，水在该状态下的ｓｗ０＝０．３１ｋｊ／ｋｇ．Ｋ（即０．０７４１ｋｃａｌ／ｋｇ．℃），焓ｈｗ０＝８４．２４ｋｊ／ｋｇ（即２０．１２５ｋｃａｌ／ｋｇ）。可根据Ｅｘ＝（ｈｘ－ｈｗ０）－Ｔ０（ｓｘ－ｓｗ０）来计算不同状态下蒸汽的火用值。常用于多效蒸发的蒸汽为温度为１００～１２０℃的饱和蒸汽，对应的压力为０．１～０．２ＭＰａ。多效蒸发以四效为例，考虑实际上存在的各种温度差损失和热损失，蒸发１ｔ水大约需要消耗０．３ｔ蒸汽。则四效蒸发的生蒸汽消耗如表１。表１不同温度下的饱和蒸汽的焓值和火用值性质饱和蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽温度／℃１２０１１５１１０１０５１００压力／ｋＰａ１９８．５１６９．１１４８．１１２０．８１０１．３比焓／（ｋｃａｌ／ｋｇ）６４６．４６４４．６６４２．８６４０．９６３９．１比熵／（ｋｃａｌ／ｋｇ．℃）１．７０３１．７１６１．７２９１．７４３１．７５７流量／（ｋｇ／ｈ）３００３００３００３００３００总焓ｋＷ２２５．４８２２４．８５２２４．２２２２３．５６２２２．９３总火用／ｋＷ４９．０６４７．１０４５．１０４３．０１４０．９３可转换比例／％２１．７６２０．９５２０．１１１９．２４１８．３６如果溶液的沸点升较低，那么可选用的饱和蒸汽压力或温度就可较低，或者可使换热温差较大，从而减少换热面积。２机械蒸汽再压缩的压缩机电耗压缩机的做功提高蒸汽的品质，要克服溶液的沸点升，并能对溶液温度有有效的传热温差以及各种热损失等。当溶液·６１１·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴ