У сфері нульового скидання промислових стічних вод зазвичай прийнятий процес «багатоступеневе хімічне пом’якшення + багатоступеневе мембранне концентрування та розділення + кристалізація випаровування». Кристалізація випаровування поділяється на багатоефективний процес випаровування (MED), процес парової термічної рекомпресії (TVR), процес паромеханічної рекомпресії (MVR) тощо. Серед них процес MED вимагає великої кількості первинної пари, часу перебування продукт випаровування тривалий, ефективність обробки невисока, а первинне споживання пари триступеневим випаровуванням становить 0.40~0.50 кг/кгH2O. У процесі TVR використовується вторинна пара, що утворюється під час випаровування, але при випаровуванні все ще споживається високотемпературна пара, а споживання первинної пари становить 0,10–0,30 кг/кг H2O, і ефект економії енергії обмежений. Процес MVR такий самий, як процес TVR, який повністю використовує вторинну пару, що утворюється під час випаровування та кристалізації, для підвищення економічної ефективності, але різниця полягає в тому, що процес MVR споживає електроенергію під час випаровування, тому він широко використовується в сценаріях, де не вистачає первинної подачі пари або висока ціна на первинну пару.
Основним обладнанням процесу MVR є паровий компресор, який є ключовим для забезпечення потужності обробки MVR. Однак у багатьох проектах проектний підрозділ або блок EPC не перевірили вибір парового компресора, а розрахунок основних параметрів парового компресора є неточним, що призводить до того, що потужність обробки MVR не досягає очікуваного значення під час роботи. Ця стаття починається з принципу MVR і надає класифікацію та вибір парових компресорів, а також просту конструкцію та метод розрахунку для використання спеціалістами з водопідготовки.
Принцип MVR
Пристрій MVR зазвичай складається з попереднього нагрівача, нагрівача, випарника, конденсатора, насоса примусової циркуляції, парового компресора, згущувача, центрифуги тощо. Розсіл високої концентрації надходить у попередній нагрівач через живильний насос для нагрівання. (теплообмін з конденсатом пари), а після досягнення певної температури надходить в нагрівач (теплообмін зі стисненою вторинною парою), і після нагрівання до температури кипіння надходить у випарник. Насос примусової циркуляції змушує матеріал безперервно циркулювати між випарником і нагрівачем. Вторинна пара, що утворюється випарником, надходить у паровий компресор. Після підвищення температури та тиску він надходить у нагрівач для зворотно-поступального використання тощо для досягнення мети високої ефективності та енергозбереження.
Класифікація та вибір парових компресорів
У промисловості існує багато типів компресорів.
Для MVR зазвичай використовуються два парові компресори: один — паровий компресор Roots роторного типу, а інший — відцентровий паровий компресор турбінного типу. Два компресори придатні для різних робочих умов, головним чином з точки зору об’єму вихлопу, тиску вихлопу, адіабатичної ефективності тощо.
Парові компресори Roots підходять для малих і середніх обсягів газу, інакше обладнання буде занадто великим, що призведе до збільшення площі та інвестицій; відцентрові парові компресори підходять для великих і середніх об’ємів газу, тому кількість вторинної пари для випаровування та кристалізації MVR є ключовою основою для вибору парових компресорів.
Наприклад, у проекті з нульовим випуском стічних вод об’єм живлення пристрою кристалізації випару MVR становить 10 т/год, тиск вторинної пари становить 0.08 МПа, а температура 93,51 градуса. Щільність вторинної пари становить 0,48 кг/м³. Припускаючи, що всі 10 т/год корму випаровуються, об’єм всмоктування компресора становить 20833,33 м³/год (347,22 м³/хв), температура вихлопу парового компресора становить 105 градусів, а тиск вихлопу становить 0,15 МПа. Об'єм вихлопу компресора 207,94 м³/хв. У цей час слід вибрати відцентровий паровий компресор. Процес розрахунку виглядає наступним чином.
(1) Обчисліть об’ємну витрату пари, що надходить у компресор
Де: Vi – об’ємна витрата пари, що надходить у компресор, м³/год; mi – масова витрата пари, що надходить у компресор, кг/год; ρi – густина пари, що надходить у компресор, кг/м³.
(2) Розрахувати об’ємну витрату вихлопних газів парового компресора
Де: Pi - тиск пари, що надходить у компресор, МПа; Ро - тиск пари, що виходить з компресора, МПа; Vi - об'ємна витрата пари, що надходить у компресор, м³/хв; Vo - об'ємна витрата пари, що виходить з компресора, м³/хв; Ti - температура пари, що надходить у компресор, град.; Ti - температура пари, що виходить з компресора, град.
Оскільки застосовний об’єм вихлопу парового компресора Roots становить 3~150 м³/хв, а застосовний об’єм вихлопу відцентрового парового компресора становить 25~3000 м³/хв, вибрано відцентровий паровий компресор.
Розрахунок основних параметрів компресора
Як видно з вищесказаного, MVR - це процес підвищення температури і тиску вторинної пари шляхом приводу парового компресора за допомогою електричної енергії. Отже, потужність двигуна парового компресора є основою забезпечення потужності компресора. Все ще беремо випарний кристалізаційний пристрій MVR зі швидкістю подачі 10 т/год, тиском вторинної пари 0.08 МПа, температурою 93,51 градуса, температурою вихлопу парового компресора 105 градусів і тиску вихлопу 0,15 МПа як приклад, потужність двигуна можна розрахувати відповідно до наступних кроків.
(1) Обчисліть показник адіабати пари
Де: k - показник адіабати пари; CP — питома теплоємність пари при постійному тиску при {{0}}.08 МПа та 93,51 градуса, кДж/(кг· градус); CV — постійна об’ємна питома теплоємність пари при 0,08 МПа і 93,51 градуса, кДж/(кг· градус).
(2) Розрахувати показник політропії парового компресора
Де: m – індекс політропності парового компресора; ηp – політропний ККД компресора.
(3) Розрахувати коефіцієнт тиску компресора
Де: ε – коефіцієнт тиску компресора.
Парові компресори з коефіцієнтом тиску менше 3,5 можуть використовувати одноступеневе стиснення.
(4) Розрахувати теоретичну потужність парового компресора
Де N - теоретична потужність парового компресора, кВт.
Деякі конструктивні установки або установки EPC використовують теоретичну потужність як основу для визначення потужності двигуна компресора, що призводить до меншої потужності компресора.
(5) Розрахувати потужність на валу парового компресора
Де Na - потужність на валу парового компресора, кВт; ККД компресора не може досягати 100% через тертя та інші причини. ηm називається механічним ККД. Коли теоретична потужність N менше 1000 кВт, її можна прийняти як 0,94~0,96. Коли 1000 менше або дорівнює 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.
Деякі конструктивні одиниці або блоки EPC визначають потужність двигуна компресора на основі потужності на валу, але через навантаження двигуна неможливо досягти 100% потужності двигуна, тому це все одно призведе до недостатньої потужності компресора.
(6) Розрахунок потужності двигуна парового компресора
Наведена вище формула показує, що потужність двигуна парового компресора в 1,1-1,2 рази перевищує потужність на валу. За результатами розрахунку стандартним серійним значенням потужності двигуна можна прийняти 280 кВт.
Резюме
Паровий компресор є основним обладнанням, яке гарантує, що MVR досягає проектної потужності обробки. Точний розрахунок потужності приводу компресора є основою забезпечення продуктивності компресора. Якщо потужність приводу вибрано відповідно до теоретичної розрахункової потужності, вона буде на 20%~30% нижчою за фактичну потужність приводу; якщо потужність приводу вибирається відповідно до потужності на валу, вона буде на 10~20% нижчою за фактичну потужність приводу.