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机械式蒸汽再压缩技术(MVR)蒸发零排放详解

   MVR工艺介绍
 
  1、MVR原理
 
  MVR是机械式蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapor Recompression)的简称,是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量,将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。如此循环向蒸发系统提供热能,从而减少对外界能源需求的一项节能技术。
 
  为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便,可使用离心式压缩机、罗茨式压缩机。这些机器在1∶1.2到1∶2压缩比范围内其体积流量较高。
 
  2、机械蒸汽再压缩蒸发器(MVR蒸发器)
 
  其工作过程是低温位的蒸汽经压缩机压缩,温度、压力提高,热焓增加,然后进入换热器冷凝,以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外,整个蒸发过程中无需生蒸汽。
 
  如图所示,将蒸发过程中产生的二次蒸汽进行压缩,然后返回蒸发器作为加热蒸汽。
 
机械式蒸汽再压缩技术(MVR)蒸发零排放详解
 
  蒸发产生的二次蒸汽温度较低,但含有大量潜热,二次蒸汽经压缩机压缩提高温度(压力)后,送回原蒸发器的换热器用作热源,使料液维持沸腾状态,而加热蒸汽本身则冷凝成水。这样原来要废弃的蒸汽就得到充分的利用,回收潜热,提高热效率,经济性相当于多效蒸发的20效。
 
  ·MVR蒸发器主要特点:
 
  1)无需生蒸汽
 
  2)低能耗、低运行费用
 
  3)可与结晶器组合,做成MVR形式的连续结晶器
 
  ·MVR蒸发器与多效蒸发器蒸发每吨水的费用比较:
 
  为了降低运行成本,本方案采用MVR技术,此项目使用进口风机,将二次蒸汽压缩,达到系统运行需要的蒸发温差。除了在系统开启时使用蒸汽将系统预热外,整套系统正常运行时只需使用电力,不需补充生蒸汽。风机的吸入端为部分真空,这样可以降低晶浆进入离心机时形成的闪蒸蒸汽。系统运行不需要补充生蒸汽,因为系统产生的所有高温冷凝水都被用于将物料预热至接近沸点;风机压缩蒸汽时产生的热能将用于完成剩余的物料预热,同时补偿系统产生的热损失,提供足够的热能保证空气和不凝汽的排出。
 
机械式蒸汽再压缩技术(MVR)蒸发零排放详解
 
  风机采用变频控制电机驱动。变频控制可以让风机在最佳转速下运行,消除入口导叶损失;通过软启动,降低对整个系统的冲击,延长风机和电机的使用寿命。当需要在低于系统设计能力的情况下运行时,通过调节变频器可以保证系统的经济运行。
 
  MVR蒸发器系统中最关键的部位该如何选择?
 
  随着环保节能要求的进一步提高,MVR蒸发器以很低的运行成本,逐渐成为包括废水浓缩处理在内的蒸发装置的首选。近两年国内机械蒸汽压缩机行业蓬勃发展,国内压缩机的份额也不断增加。那么,MVR蒸发器中最关键的蒸汽压缩机该如何选择?
 
  蒸汽压缩机是热回收系统对产生的蒸汽通过压缩作用而提高蒸汽汽温度和压力的关键设备。作用是将低压(或低温)的蒸汽加压升温,以达到工艺或者工程所需的温度和压力要求。
 
  机械蒸汽压缩机分为罗茨蒸汽压缩风机和离心蒸汽压缩风机两种,而离心蒸汽压缩风机又分为普通离心压缩风机和单级高速离心蒸汽压缩机。不同的风机类型具有不同的特点,在不同的应用条件下也有自己的优势。
 
  下图为罗茨压缩机、高速离心压缩机和离心鼓风机的温升—流量关系。
 
机械式蒸汽再压缩技术(MVR)蒸发零排放详解
 
  (1)罗茨蒸汽压缩风机
 
  罗茨压缩机属于容积型风机,相对于普通离心压缩机而言,压缩比高,单级压缩温升可达25摄氏度。
 
  对于罗茨蒸汽压缩机而言,由于其转速较低,因此具有更好的稳定性。
 
  一般来说,罗茨蒸汽压缩机的转速在980~1450r /min,普通离心蒸汽压缩机的转速在6000~9000r/min,而单级高压离心机的最高转速可达30000r/min。
 
  当然,对于罗茨风机来说,其劣势也很明显,其单级体积流量过小、效率低、保养周期短(一般2000h/次)是其先天缺陷;同时罗茨风机噪声频谱较宽,且以63-8000Hz的低中频噪音为主要成份,在运行中的噪声高达100分贝以上,对人员健康伤害较大。
 
  (2)普通离心蒸汽压缩机
 
  普通离心蒸汽压缩机一般压缩升温为8~10摄氏度,目前主要应用机型基本为进口压缩机,优点是效率高,性能稳定。
 
  在需要较高压缩比的工况可将两台离心蒸汽压缩机串联,以获得更高的压缩温升,但同时,风机的效率会有所下降。
 
  一般情况下,在蒸发过程中都有沸升的情况出现,有的溶液沸升甚至会很高,这时就需要两级或三级风机串联使用。
 
  (3)单级高速离心压缩机
 
  单级高速离心压缩机的显着特点是风机转速高,有很高的压缩比,从而压缩温升较高,最高可达25~30摄氏度,同时,它还有效率高、低能耗、更大处理量,因而应用范围更广泛。
 
  MVR技术发展状况
 
  上世纪70年代随着对能源需求的日渐增加以及能源价格的飞速上涨,MVR技术逐渐引起各国研究者的关注和研究,并成功的应用于蒸发的操作中。
 
  1957年德国GEA公司针对蒸发分离操作过程耗能高的问题,开发出了商业化的MVR蒸发系统。应用实践表明,GEA公司开发的MVR技术用于油罐车清洗工业废水浓缩时的耗为 16.4kWh/t;用于浓缩各类型的乳制品和乳清制品时能耗为9.8kW·h/t;处理小麦淀粉废水时的能耗为13.5kWh/t。1999年美国通用电气公司开始对MVR在重油开采废水回收蒸发上的应用进行研发,该系统每蒸发1吨水大约消耗15~16.3kWh,其能耗要比由加热蒸汽驱动的单级蒸发系统低到25~50倍。
 
  2004年美国AGV Technologies公司在考虑了其他MVR技术基础之上结合自身技术优势,开发了一种新的定名为刮膜旋转盘的MVR水处理系统。该系统各效的传热面一改传统样式而采用旋转盘形式,提高了传热效率且减小了污垢的生成,降低了系统的规模,系统的传热系数可达25kW·M-2·℃-1
 
  除了上述主要的机构之外,在欧洲奥地利的GIG Karasek、瑞士的EVATHERM、德国的MAN Diesel &Turbo等对MVR水处理技术也进行了应用研究和推广。中东一些国家则在致力于MVR技术在海水淡化领域的应用研究。可见,MVR技术已受到国外水处理领域的广泛关注,并不断得到认可和应用,尤其在海水淡化领域。据统计,在世界范围内MVR技术在热分离系统中占有约33%的份额。
 
  MVR技术从2007年起开始从北美和欧洲进入中国市场,主要应用在食品深加工、奶制品行业、工业废水处理和饮料等行业。同时,国内不断有高校和科研院所对该技术进行着开拓性研究,南京航空航天大学、西安交通大学、中科院理化技术研究所、北京工业大学、北京航空航天大学等都对MVR进行了理论和实践研究。2008年以来,随着环保节能的呼声越来越高,MVR开始进入平台的上升期,大量运用于商业实践。
 
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