En l'àmbit de l'abocament zero d'aigües residuals industrials, generalment s'adopta el procés de "suavització química en diverses etapes + concentració i separació de membrana en diverses etapes + cristal·lització per evaporació". La cristal·lització per evaporació es divideix en procés d'evaporació multiefecte (MED), procés de recompressió tèrmica de vapor (TVR), procés de recompressió mecànica de vapor (MVR), etc. Entre ells, el procés MED requereix una gran quantitat de vapor primari, el temps de residència de el producte d'evaporació és llarg, l'eficiència de processament no és alta i el consum de vapor primari de l'evaporació de tres efectes és 0,40~0,50 kg/kgH2O. El procés TVR utilitza el vapor secundari generat durant l'evaporació, però l'evaporació encara consumeix vapor d'alta temperatura i el consum de vapor primari és de 0,10 ~ 0,30 kg/kgH2O i l'efecte d'estalvi d'energia és limitat. El procés MVR és el mateix que el procés TVR, que utilitza al màxim el vapor secundari generat durant l'evaporació i la cristal·lització per millorar l'eficiència econòmica, però la diferència és que el procés MVR consumeix electricitat durant l'evaporació, de manera que s'utilitza àmpliament en escenaris on hi ha una manca de subministrament de vapor primari o el preu del vapor primari és elevat.
L'equip bàsic del procés MVR és el compressor de vapor, que és la clau per garantir la capacitat de processament MVR. Tanmateix, en molts projectes, la unitat de disseny o la unitat EPC no ha verificat la selecció del compressor de vapor i el càlcul dels paràmetres principals del compressor de vapor és inexact, la qual cosa fa que la capacitat de processament MVR no arribi al valor esperat durant el funcionament. Aquest article parteix del principi MVR i ofereix la classificació i selecció dels compressors de vapor i un mètode de disseny i càlcul senzill de referència pels professionals del tractament d'aigües.
Principi MVR
El dispositiu MVR sol estar compost per un preescalfador, un escalfador, un evaporador, un condensador, una bomba de circulació forçada, un compressor de vapor, un espessidor, una centrífuga, etc. La salmorra d'alta concentració entra al preescalfador a través de la bomba d'alimentació per escalfar-se. (intercanviar calor amb condensat de vapor), i després d'arribar a una determinada temperatura, entra a l'escalfador (intercanviar calor amb vapor secundari comprimit) i després de ser escalfat a punt d'ebullició, entra a l'evaporador. La bomba de circulació forçada fa que el material circuli contínuament entre l'evaporador i l'escalfador. El vapor secundari generat per l'evaporador entra al compressor de vapor. Després d'augmentar la temperatura i la pressió, entra a l'escalfador per a un ús alternatiu, i així successivament, per aconseguir el propòsit d'alta eficiència i estalvi d'energia.
Classificació i selecció de compressors de vapor
A la indústria, hi ha molts tipus de compressors.
Per a MVR, hi ha dos compressors de vapor d'ús habitual, un és el compressor de vapor Roots en el tipus rotatiu i l'altre és el compressor de vapor centrífug en el tipus de turbina. Els dos compressors són aplicables a diferents condicions de treball, principalment en termes de volum d'escapament, pressió d'escapament, eficiència adiabàtica, etc.
Els compressors de vapor Roots són adequats per a volums de gas petits i mitjans, en cas contrari, l'equip és massa gran, cosa que augmenta l'espai i la inversió; Els compressors de vapor centrífugs són adequats per a volums de gas grans i mitjans, de manera que la quantitat de vapor secundari per a l'evaporació i la cristal·lització MVR és la base clau per seleccionar compressors de vapor.
Per exemple, en un projecte de descàrrega zero d'aigües residuals, el volum d'alimentació del dispositiu de cristal·lització per evaporació MVR és d'10 t/h, la pressió de vapor secundària és de 0.08 MPa i la temperatura és de 93,51 graus. La densitat de vapor secundària és de 0,48 kg/m³. Suposant que s'evaporen totes les 10 t/h d'alimentació, el volum d'admissió del compressor és de 20833,33 m³/h (347,22 m³/min), la temperatura d'escapament del compressor de vapor és de 105 graus i la pressió d'escapament és de 0,15 MPa. El volum d'escapament del compressor és de 207,94 m³/min. En aquest moment, s'ha de seleccionar un compressor de vapor centrífug. El procés de càlcul és el següent.
(1) Calculeu el cabal de volum de vapor que entra al compressor
On: Vi és el cabal de volum de vapor que entra al compressor, m³/h; mi és el cabal massiu de vapor que entra al compressor, kg/h; ρi és la densitat de vapor que entra al compressor, kg/m³.
(2) Calculeu el cabal de volum d'escapament del compressor de vapor
On: Pi és la pressió del vapor que entra al compressor, MPa; Po és la pressió del vapor que surt del compressor, MPa; Vi és el cabal de volum de vapor que entra al compressor, m³/min; Vo és el cabal de volum de vapor que surt del compressor, m³/min; Ti és la temperatura del vapor que entra al compressor, grau; Ti és la temperatura del vapor que surt del compressor, grau .
Com que el volum d'escapament aplicable del compressor de vapor Roots és de 3 ~ 150 m³/min i el volum d'escapament aplicable del compressor de vapor centrífug és de 25 ~ 3000 m³/min, es selecciona el compressor de vapor centrífug.
Disseny dels principals paràmetres del compressor
Com es pot veure a l'anterior, MVR és un procés d'augment de la temperatura i la pressió del vapor secundari conduint el compressor de vapor amb energia elèctrica. Per tant, la potència del motor del compressor de vapor és la base per garantir la capacitat del compressor. Encara prenent el dispositiu de cristal·lització per evaporació MVR amb una velocitat d'alimentació d'10 t/h, una pressió de vapor secundària de 0,08 MPa, una temperatura de 93,51 graus, una temperatura d'escapament del compressor de vapor de 105 graus , i una pressió d'escapament de 0,15 MPa com a exemple, la potència del motor es pot calcular segons els passos següents.
(1) Calcula l'índex adiabàtic del vapor
On: k és l'índex adiabàtic del vapor; CP és la capacitat calorífica específica de pressió constant del vapor a {{0}},08 MPa i 93,51 graus , kJ/(kg· graus ); CV és la capacitat calorífica específica de volum constant del vapor a 0,08 MPa i 93,51 graus, kJ/(kg· grau).
(2) Calcula l'índex politròpic del compressor de vapor
On: m és l'índex politròpic del compressor de vapor; ηp és l'eficiència politròpica del compressor.
(3) Calculeu la relació de pressió del compressor
On: ε és la relació de pressió del compressor.
Els compressors de vapor amb una relació de pressió inferior a 3,5 poden utilitzar compressió d'una sola etapa.
(4) Calcula la potència teòrica del compressor de vapor
On N és la potència teòrica del compressor de vapor, kW.
Algunes unitats de disseny o unitats EPC utilitzen la potència teòrica com a base per determinar la potència del motor del compressor, donant lloc a una sortida del compressor més petita.
(5) Calculeu la potència de l'eix del compressor de vapor
On Na és la potència a l'eix del compressor de vapor, kW; l'eficiència del compressor no pot arribar a l'100% a causa de la fricció i altres motius. ηm s'anomena eficiència mecànica. Quan la potència teòrica N és inferior a 1000 kW, es pot prendre com a 0,94 ~ 0,96. Quan 1000 Menor o igual a N<2000 kW, it can be taken as 0.96~0.98. ηt is called the transmission efficiency. For motors and compressors directly connected by a coupling or a shaft, it is taken as 1. For gear transmission, ηt is between 0.93~0.98. For accurate calculation, the gear manual can be consulted to select the transmission efficiency of the gear pair.
Algunes unitats de disseny o unitats EPC determinen la potència del motor del compressor en funció de la potència de l'eix, però a causa de la càrrega del motor, és impossible que el motor aconsegueixi el 100% de sortida, de manera que això encara conduirà a una sortida insuficient del compressor.
(6) Càlcul de la potència del motor del compressor de vapor
La fórmula anterior mostra que la potència del motor del compressor de vapor és 1,1 ~ 1,2 vegades la potència de l'eix. Segons els resultats del càlcul, el valor de sèrie estàndard de la potència del motor es pot prendre com a 280 kW.
Resum
El compressor de vapor és l'equip bàsic per garantir que el MVR assoleixi la capacitat de processament dissenyada. El càlcul precís de la potència d'accionament del compressor és la base per garantir el rendiment del compressor. Si la potència de la unitat es selecciona segons la potència teòrica calculada, serà un 20% ~ 30% inferior a la potència de la unitat real; si la potència d'accionament es selecciona segons la potència de l'eix, serà un 10 ~ 20% més baixa que la potència d'accionament real.