Im Bereich der Nulleinleitung von Industrieabwässern wird im Allgemeinen das Verfahren „mehrstufige chemische Enthärtung + mehrstufige Membrankonzentration und -trennung + Verdampfungskristallisation“ angewendet. Die Verdampfungskristallisation wird in den Multieffekt-Verdampfungsprozess (MED), den thermischen Dampfrekompressionsprozess (TVR), den dampfmechanischen Rekompressionsprozess (MVR) usw. unterteilt. Unter diesen erfordert der MED-Prozess eine große Menge an Primärdampf, die Verweilzeit beträgt Das Verdampfungsprodukt ist lang, die Verarbeitungseffizienz ist nicht hoch und der Primärdampfverbrauch der Drei-Effekt-Verdampfung ist hoch 0.40~0.50 kg/kgH2O. Der TVR-Prozess nutzt den bei der Verdampfung erzeugten Sekundärdampf, die Verdampfung verbraucht jedoch immer noch Hochtemperaturdampf, und der Primärdampfverbrauch beträgt 0,10 bis 0,30 kg/kgH2O, und der Energiespareffekt ist begrenzt. Der MVR-Prozess ist derselbe wie der TVR-Prozess, der den bei der Verdampfung und Kristallisation erzeugten Sekundärdampf vollständig nutzt, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass der MVR-Prozess während der Verdampfung Strom verbraucht und daher häufig in Szenarien eingesetzt wird, in denen die Versorgung mit Primärdampf fehlt oder der Preis für Primärdampf hoch ist.
Die Kernausrüstung des MVR-Prozesses ist der Dampfkompressor, der der Schlüssel zur Gewährleistung der MVR-Verarbeitungskapazität ist. Bei vielen Projekten hat die Design- oder EPC-Einheit jedoch die Auswahl des Dampfkompressors nicht überprüft und die Berechnung der Hauptparameter des Dampfkompressors ist ungenau, was dazu führt, dass die MVR-Verarbeitungskapazität während des Betriebs nicht den erwarteten Wert erreicht. Dieser Artikel geht vom MVR-Prinzip aus und beschreibt die Klassifizierung und Auswahl von Dampfkompressoren sowie eine einfache Konstruktions- und Berechnungsmethode als Referenz für Wasseraufbereitungsfachleute.
MVR-Prinzip
Das MVR-Gerät besteht normalerweise aus einem Vorwärmer, einer Heizung, einem Verdampfer, einem Kondensator, einer Zwangsumlaufpumpe, einem Dampfkompressor, einem Eindicker, einer Zentrifuge usw. Hochkonzentrierte Sole gelangt über die Förderpumpe in den Vorwärmer, um sich aufzuheizen (Wärmeaustausch mit Dampfkondensat), und nach Erreichen einer bestimmten Temperatur gelangt es in den Erhitzer (Wärmeaustausch mit komprimiertem Sekundärdampf), und nachdem es bis zum Siedepunkt erhitzt wurde, gelangt es in den Erhitzer Verdampfer. Die Zwangsumlaufpumpe sorgt dafür, dass das Material kontinuierlich zwischen Verdampfer und Erhitzer zirkuliert. Der vom Verdampfer erzeugte Sekundärdampf gelangt in den Dampfkompressor. Nachdem die Temperatur und der Druck erhöht wurden, gelangt es zur Hin- und Herbewegung usw. in die Heizung, um den Zweck einer hohen Effizienz und Energieeinsparung zu erreichen.
Klassifizierung und Auswahl von Dampfkompressoren
In der Industrie gibt es viele Arten von Kompressoren.
Für MVR gibt es zwei häufig verwendete Dampfkompressoren: einer ist der Roots-Dampfkompressor vom Rotationstyp und der andere ist der Zentrifugaldampfkompressor vom Turbinentyp. Die beiden Kompressoren sind auf unterschiedliche Arbeitsbedingungen anwendbar, hauptsächlich im Hinblick auf Abgasvolumen, Abgasdruck, adiabatische Effizienz usw.
Roots-Dampfkompressoren eignen sich für kleine und mittlere Gasvolumina, andernfalls ist die Ausrüstung zu groß, was zu mehr Stellfläche und Investitionen führt; Da sich Radialdampfkompressoren für große und mittlere Gasmengen eignen, ist die Menge an Sekundärdampf für die MVR-Verdampfung und -Kristallisation die entscheidende Grundlage für die Auswahl von Dampfkompressoren.
Beispielsweise beträgt in einem Abwasser-Null-Einleitungsprojekt das Zufuhrvolumen der MVR-Verdampfungskristallisationsvorrichtung 10 t/h, der Sekundärdampfdruck beträgt 0.08 MPa und Die Temperatur beträgt 93,51 Grad. Die Sekundärdampfdichte beträgt 0,48 kg/m³. Unter der Annahme, dass alle 10 t/h Einsatzmaterial verdampft werden, beträgt das Einlassvolumen des Kompressors 20833,33 m³/h (347,22 m³/min), die Abgastemperatur des Dampfkompressors beträgt 105 Grad und der Abgasdruck beträgt 0,15 MPa. Die Abgasmenge des Kompressors beträgt 207,94 m³/min. Zu diesem Zeitpunkt sollte ein Radialdampfkompressor ausgewählt werden. Der Berechnungsprozess ist wie folgt.
(1) Berechnen Sie den Dampfvolumenstrom, der in den Kompressor eintritt
Wobei: Vi der Dampfvolumenstrom ist, der in den Kompressor eintritt, m³/h; mi ist der in den Kompressor eintretende Dampfmassendurchsatz, kg/h; ρi ist die in den Kompressor eintretende Dampfdichte, kg/m³.
(2) Berechnen Sie den Abgasvolumenstrom des Dampfkompressors
Wobei: Pi der Druck des in den Kompressor eintretenden Dampfes ist, MPa; Po ist der Druck des Dampfes, der den Kompressor verlässt, MPa; Vi ist der Volumenstrom des in den Kompressor eintretenden Dampfes, m³/min; Vo ist der Volumenstrom des Dampfes, der den Kompressor verlässt, m³/min; Ti ist die Temperatur des in den Kompressor eintretenden Dampfes, Grad; Ti ist die Temperatur des Dampfes, der den Kompressor verlässt, in Grad.
Da das anwendbare Abgasvolumen des Roots-Dampfkompressors 3 bis 150 m³/min und das anwendbare Abgasvolumen des Zentrifugaldampfkompressors 25 bis 3000 m³/min beträgt, wird der Zentrifugaldampfkompressor ausgewählt.
Auslegung der Hauptparameter des Kompressors
Wie aus dem oben Gesagten hervorgeht, handelt es sich bei MVR um einen Prozess zur Erhöhung der Temperatur und des Drucks von Sekundärdampf durch den Antrieb des Dampfkompressors mit elektrischer Energie. Daher ist die Motorleistung des Dampfkompressors die Grundlage für die Sicherstellung der Kompressorleistung. Nehmen wir immer noch die MVR-Verdampfungskristallisationsvorrichtung mit einer Zufuhrrate von 1 0 t/h, einem Sekundärdampfdruck von 0,08 MPa, einer Temperatur von 93,51 Grad und einer Dampfkompressor-Abgastemperatur von 105 Grad Bei einem Abgasdruck von beispielsweise 0,15 MPa kann die Motorleistung anhand der folgenden Schritte berechnet werden.
(1) Berechnen Sie den adiabatischen Index von Dampf
Wobei: k der adiabatische Index von Dampf ist; CP ist die spezifische Wärmekapazität von Dampf bei konstantem Druck bei {{0}},08 MPa und 93,51 Grad, kJ/(kg·Grad); CV ist die konstante volumenspezifische Wärmekapazität von Dampf bei 0,08 MPa und 93,51 Grad, kJ/(kg·Grad).
(2) Berechnen Sie den Polytropenindex des Dampfkompressors
Dabei ist: m der Polytropenindex des Dampfkompressors; ηp ist der polytrope Wirkungsgrad des Kompressors.
(3) Berechnen Sie das Kompressordruckverhältnis
Wobei: ε das Kompressordruckverhältnis ist.
Dampfkompressoren mit einem Druckverhältnis von weniger als 3,5 können alle eine einstufige Verdichtung nutzen.
(4) Berechnen Sie die theoretische Leistung des Dampfkompressors
Wobei N die theoretische Leistung des Dampfkompressors in kW ist.
Einige Konstruktionseinheiten oder EPC-Einheiten verwenden die theoretische Leistung als Grundlage zur Bestimmung der Kompressormotorleistung, was zu einer geringeren Kompressorleistung führt.
(5) Berechnen Sie die Wellenleistung des Dampfkompressors
Wobei Na die Wellenleistung des Dampfkompressors ist, kW; Der Wirkungsgrad des Kompressors kann aufgrund von Reibung und anderen Gründen nicht 100 % erreichen. ηm wird als mechanischer Wirkungsgrad bezeichnet. Wenn die theoretische Leistung N weniger als 1000 kW beträgt, kann sie mit 0,94 bis 0,96 angenommen werden. Wenn 1000 kleiner oder gleich 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.
Einige Konstruktionseinheiten oder EPC-Einheiten bestimmen die Leistung des Kompressormotors anhand der Wellenleistung. Aufgrund der Motorlast ist es jedoch unmöglich, dass der Motor 100 % Leistung erbringt, sodass dies immer noch zu einer unzureichenden Kompressorleistung führt.
(6) Berechnung der Motorleistung des Dampfkompressors
Die obige Formel zeigt, dass die Motorleistung des Dampfkompressors das 1,1- bis 1,2-fache der Wellenleistung beträgt. Den Berechnungsergebnissen zufolge kann der Standardserienwert der Motorleistung mit 280 kW angenommen werden.
Zusammenfassung
Der Dampfkompressor ist die Kernausrüstung, die dafür sorgt, dass der MVR die vorgesehene Verarbeitungskapazität erreicht. Eine genaue Berechnung der Kompressorantriebsleistung ist die Grundlage für die Sicherstellung der Kompressorleistung. Wenn die Antriebsleistung gemäß der theoretisch berechneten Leistung ausgewählt wird, ist sie 20 bis 30 % niedriger als die tatsächliche Antriebsleistung. Wenn die Antriebsleistung entsprechend der Wellenleistung ausgewählt wird, ist sie 10 bis 20 % niedriger als die tatsächliche Antriebsleistung.