三效MVR与三效蒸发技术的能耗对比分析

第３７卷ꎬ总第２１５期２０１９年５月ꎬ第３期«节能技术»ＥＮＥＲＧＹＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ成本也越来越高ꎬ企业的负担明显增大ꎮ因此如何减少装置蒸汽的运行成本、使能耗降低ꎬ以此来达到节约能源的目的ꎬ是目前蒸发浓缩工艺亟待解决的问题ꎮ目前ꎬ大多企业广泛使用多效蒸发技术ꎬ利用前一效蒸发产生的二次蒸汽作为后一效蒸发器的热量来源ꎮ理论上多效蒸发的效数越多ꎬ所节省的生蒸汽越多ꎬ但随着蒸发器效数的增多ꎬ设备投资费和基建费也相应地增加ꎮ因此很多企业一般做到三效或者四效ꎮ但多效蒸发末效产生的蒸汽还存有很大的潜热利用价值ꎬ直接进入冷凝器无疑造成了巨大的能量浪费ꎬ如果这些蒸汽进入压缩机进行压缩后ꎬ使得二次蒸汽的温度、压力、热焓值得到大幅度的提升ꎬ得到的高品位的二次蒸汽可以重新进入第一效蒸发器内替代新鲜蒸汽进行换热ꎬ于是除了启动该系统时ꎬ需要通入一点蒸汽外ꎬ只要产生二次蒸汽ꎬ就可关闭新鲜蒸汽的加入ꎬ这样就充分利用了二次蒸汽的潜热ꎬ从而达到节能的目的ꎮ１传统三效蒸发技术多效蒸发是应用最早的淡化方法ꎬ２０世纪６０年代末发展了低温多效蒸发海水淡化技术[３]ꎮ最大的低温多效淡化装置位于以色列的ＡＳＨＤＯＤ电厂ꎬ制水规模１１.９万ｍ３/ｄꎬ单机日产淡水１.７万ｍ３/ｄ[４－５]ꎮ多效蒸发的多个蒸发器中只有第一效使用生蒸汽ꎬ因此生蒸汽的使用量大为减少ꎮ若忽略热损失而沸点进料ꎬ单效蒸发的单位蒸汽消耗量ｅ约为１ꎬｎ效蒸发的ｅ约为１/ｎꎮ多效蒸发由于其具有换热性能好、动力消耗少、操作弹性大等优势ꎬ在海水淡化技术中占重要地位[６－７]ꎮＫａｍａｌｉ[８－９]等针对多效蒸发系统建立了质量和能量平衡方程ꎬ编制了计算程序进行求解ꎮ研究了系统效数、加热蒸汽温度、浓缩比等参数对系统造水比的影响ꎮ研究结果表明:多效蒸发海水淡化系统造水比随系统效数的增加而提高、随加热蒸汽温度的提高而降低、随系统浓缩比的增加而提高ꎮ李清方[１０－１１]等针对油田污水成分复杂、不适合膜法脱盐的特点ꎬ提出了用多效蒸发技术对油田污水进行集中脱盐的技术方案ꎮ建立了油田污水多效蒸发系统工艺流程的计算模型ꎬ分析了蒸发温度、效数等主要运行参数对系统性能的影响ꎮ传统的三效并流降膜蒸发工艺如图１所示其工作原理是ꎬ预热后的原料液经原料泵被输送到第一效蒸发器的顶部进料室ꎬ通过布液器进入列管内ꎬ与管外的生蒸汽进行热量交换ꎬ原料液以降膜形式蒸发ꎮ蒸发产生的浓缩液和二次蒸汽进入分离器内进行分离ꎬ分离出来的二次蒸汽进入第二效的加热室作为加热蒸汽ꎬ而分离后的浓缩液经泵打入到第二效蒸发器内进一步浓缩ꎮ第二效分离出来的二次蒸汽进入第三效的加热室作为加热蒸汽ꎬ产生的浓缩液经泵打入到第三效蒸发器内继续浓缩到规定的浓度后通过出料泵排出ꎬ第三效产生的二次蒸汽则全部送进冷凝器内进行冷凝ꎮ图１三效蒸发工艺流程１－一效蒸发器ꎻ２－二效蒸发器ꎻ３－三效蒸发器ꎻ４－一效分离器ꎻ５－二效分离器ꎻ６－三效分离器ꎻ７－原料泵ꎻ８－一效循环泵ꎻ９－二效循环泵ꎻ１０－出料泵ꎻ１１－真空泵ꎻ１２－冷疑器ꎻ１３－冰箱多效蒸发是运用前一效产生的二次蒸汽作为后一效的热量来源ꎬ虽然在一定程度上节省了生蒸汽ꎬ但是第一效依然需要提供源源不绝地生蒸汽ꎬ并且从末效出来的二次蒸汽还需要用冷凝水进行冷凝ꎮ这样不仅需要担负冷凝水的费用还浪费了大量的蒸汽潜热ꎮ２三效ＭＶＲ蒸发技术目前对ＭＶＲ系统工业运行的报道比较少ꎬ大多数还是仅仅停留在实验室运行阶段ꎮＮａｒｍｉｎｅＨＡ等[１２]对埃及原子能管理局传热实验室产能为５ｔ/ｄ的单级ＭＶＲ脱盐系统进行了研究ꎮ实验结果表明为保证水平管外较好的形成薄膜ꎬ浓海水的循环量为进料量的１５~２０倍ꎻ蒸汽过热度在１５~２０℃范围内ꎻ生产率随着操作温度的升高而增大ꎮ周桂英[１３]等对单级ＭＶＲ处理麻黄素废液进行了实验研究ꎬ结果指出采用该技术获得的出水满足生产回用要求ꎻ系统节能效果显著ꎮ武江津[１４]等采用单级ＭＶＲ系统对高浓度洗毛废水处理进行了实验研究ꎬ结果表明该技术处理洗毛废水效果良好ꎮ综上可知ꎬ已有一些对ＭＶＲ实验研究的报道ꎬ这些研究大多是针对单效ＭＶＲ系统在实验室条件下的研究ꎮ然而对于多效ＭＶＲ蒸发技术实验研究还少有报道ꎮ而以实际工业运行为背景的研究无论是处理何种物料更是鲜有报道ꎮ因此ꎬ对多效ＭＶＲ技术开展具有工业运行背景的研究ꎬ从实际运行上分析和把握系统的运行特征及规律ꎬ积累实际应用经验ꎬ是促使该技术工程化发展亟须进行的工作ꎮ三效ＭＶＲ蒸发技术的工艺流程如图２所示ꎮ将末效蒸发器分离出来的二次蒸汽经压缩机压缩ꎬ其温度、压力升高ꎬ热焓增大ꎬ然后进入一效蒸发器加热室冷凝并释放出潜热ꎬ受热侧的料液得到热量后沸腾汽化产生二次蒸汽依次进入后一效蒸发器作为热源ꎬ第三效蒸发器产生的二次蒸汽经分离后再进入压缩机ꎬ周而复始重复上述过程ꎬ蒸发器蒸发