基于硫酸钠废水蒸发过程的MVR系统热力分析

科研开发化工科技,017，25(5):29〜33SCIENCE&TECHNOLOGYINCHEMICALINDUSTRY基于硫酸钠废水蒸发过程的MVR系统热力分析董守亮，赵飞(青海大学化工学院，青海西宁810016)摘要摘要：针对废水蒸发浓缩过程的高能耗、低效率，建立了机械蒸汽再压缩（MVR)热泵蒸发过程的烟分析模型和热经济性分析模型，采用MATLAB软件对烟分析模型和热经济性分析模型进行求解。结果表明，系统中蒸发器和压缩机的烟损率分别为52.4%和28.7%，是过程中不可逆程度最大的烟损失单元，也是性能优化的主要方向；热经济性分析进一步从能源消耗、投资维护成本方面考虑，得出蒸发器和压缩机是系统烟成本最大的设备，蒸发器的畑成本过高是由于燃料烟的占比较大，压缩机的畑成本过大是因为投资和操作维护成本过高，揭示了能量消耗的真正原因。关键词关键词：蒸发；机械蒸汽再压缩；MATLAB;烟分析；热经济性分析中图分类号：中图分类号：TK123;TQ021.2文献标识码：文献标识码：A文章编号：文章编号：1008-0511(2017)05-0029-05DOI：：10.16664/j.cnki.issnl008-0511.20170907.002网络出版时间：网络出版时间：2017-09-0714：46：13网络出版地址网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/22.1268.tq.20170907.1446.004.html蒸发作为传统的工艺过程，广泛应用于制盐、乳品干燥、污水处理等行业中，但传统蒸发操作耗能较大，因此过程的节能降耗是研究人员关注的焦点[3]。机械蒸汽再压缩（MechanicalVaporRecompression)技术，简称MVR，是一^种先进的工业系统二元蒸馏方法，可用于多种溶液的蒸发[46]。相比于传统的多效蒸发，不需要锅炉提供驱动蒸汽，减少了生蒸汽和燃煤锅炉污染物的排放，同时不用对浓缩液进行冷却，相比传统蒸发形式省去一台换热器，因此可以降低投资运行成本，提高经济效益[78]。由于MVR能循环使用溶液蒸发产生的热量，系统有很高的能效，随着电力价格相比于生蒸汽价格的下降趋势，MVR热泵将会得到更广泛的应用。能量的有效利用在用能系统的设计和分析中是一个重要的考虑因素，传统应用热力学第一定律的能分析法只能反映能量传递和转换过程中的数量关系，而无法揭示能量的“质量”及过程中的损耗，需用一种更全面的用能系统评价方法[911]。畑分析是结合热力学第一定律和第二定律来分析、设计和改进用能系统的方法，在揭露能量损失的原因、部位、量级以及指出改进的方向和途径方面有独特作用，能深刻揭示能量损耗的本质[1213]。系统畑分析目的为改善经济效益，而热经济性分析则将畑分析和经济分析相结合，计算各种能流的费用成本，评价用能系统的经济效益，探讨系统能量利用的合理性和系统运行的经济性，为系统节能改造和提升效益提供依据。1系统工艺流程以处理量960t/d、质量分数25%硫酸钠废水的MVR热泵蒸发系统作为研究对象进行分析。MVR热泵系统的工艺原理见图1。*基金项目基金项目：青海省科技厅2017年重点研发与转化计划项目（2017-GX-105)。作者简介作者简介：董守亮（1986-)，男，青海西宁人，青海大学化工学院助教，主要从事节能技术方面的研究。收稿日期收稿日期：2017-08-25•30•化工科技第25卷原料液0经预热器预热后，原料液1进人降膜蒸发器管程，在蒸发器中受热蒸发后产生的低温位二次蒸汽2进人蒸汽压缩机，在压缩机中升温升压提高热焓后的二次蒸汽3进人蒸发器壳程，与原料液1换热冷凝放热后，产生的冷凝液6排出蒸发器，产生的浓缩液4进人预热器预热与原料液放热后排出系统为浓缩液5。该系统由于充分利用了二次蒸汽的潜热并取消了循环冷却水，实现了节能降耗的目的。2系统分析模型2.1烟分析模型2.1烟分析模型溶液在动能和势能忽略不计时的畑为：e=h—h0—T0(s—s0)()式中，f为溶液的畑，k_|/kg;A为计算状态下的比火含，kj/kg;s为比熵，kj/(kg.K);r为热力学温度，K;下标“0”表示环境基准状态。物流的畑率计算公式如下[11]:Eb=Mb(eph+ech)(2)式中，仏，为物流的畑率，kW;为物流的质量流量，kg/s;eph为物流的物理畑，kj/kg;一为物流的化学畑，kj/kg。同理，冷凝液的畑率为：fTp—P。〉Ed=M(lCp.(l(T—T0)—T)\Cp,,ln-^ILvTTai0」+Md(厶G)p.丁(3)式中，良为冷凝液的畑率，kW;Af,,为冷凝液的质量流量，kg/s;q.,,为冷凝液的定压比热容，kj/(kg•K)T为热力学温度，K;p为压力，MPa;Ai为冷凝液的密度，kg/m3;M