W zakresie zerowego zrzutu ścieków przemysłowych powszechnie przyjmuje się proces „wielostopniowego zmiękczania chemicznego + wielostopniowego zatężania i oddzielania membranowego + krystalizacji przez odparowanie”. Krystalizacja przez odparowanie dzieli się na wieloefektowy proces odparowania (MED), proces termicznej rekompresji pary (TVR), proces mechanicznej rekompresji pary (MVR) itp. Wśród nich proces MED wymaga dużej ilości pary pierwotnej, czasu przebywania produkt odparowania jest długi, wydajność przetwarzania nie jest wysoka, a pierwotne zużycie pary w procesie odparowania z trzema efektami wynosi 0,40~0,50 kg/kgH2O. W procesie TVR wykorzystuje się parę wtórną wytwarzaną podczas odparowywania, ale podczas odparowania nadal zużywana jest para o wysokiej temperaturze, a zużycie pary pierwotnej wynosi 0,10 ~ 0,30 kg/kgH2O, a efekt oszczędzania energii jest ograniczony. Proces MVR jest taki sam jak proces TVR, w którym w pełni wykorzystuje się parę wtórną wytwarzaną podczas odparowania i krystalizacji w celu poprawy efektywności ekonomicznej, z tą różnicą, że proces MVR zużywa energię elektryczną podczas odparowania, dlatego jest szeroko stosowany w scenariuszach, w których brak jest pary pierwotnej lub cena pary pierwotnej jest wysoka.
Podstawowym wyposażeniem procesu MVR jest sprężarka pary, która jest kluczem do zapewnienia wydajności przetwarzania MVR. Jednakże w wielu projektach jednostka projektowa lub jednostka EPC nie zweryfikowała doboru sprężarki pary, a obliczenia głównych parametrów sprężarki pary są niedokładne, co skutkuje tym, że moc przerobowa MVR nie osiąga oczekiwanej wartości podczas pracy. Artykuł ten rozpoczyna się od zasady MVR i przedstawia klasyfikację i dobór sprężarek parowych oraz prostą metodę projektowania i obliczeń, do wykorzystania przez specjalistów zajmujących się uzdatnianiem wody.
Zasada MVR
Urządzenie MVR składa się zwykle z podgrzewacza wstępnego, grzejnika, parownika, skraplacza, pompy z wymuszonym obiegiem, sprężarki pary, zagęszczacza, wirówki itp. Solanka o wysokim stężeniu wpływa do podgrzewacza przez pompę zasilającą w celu ogrzania (wymienia ciepło z kondensatem parowym), a po osiągnięciu określonej temperatury trafia do podgrzewacza (wymienia ciepło ze sprężoną parą wtórną), a po podgrzaniu do temperatury wrzenia trafia do parownika. Pompa z wymuszonym obiegiem zapewnia ciągłą cyrkulację materiału pomiędzy parownikiem a nagrzewnicą. Para wtórna wytwarzana przez parownik wchodzi do sprężarki pary. Po wzroście temperatury i ciśnienia wchodzi on do grzejnika w celu użycia go w ruchu posuwisto-zwrotnym i tak dalej, aby osiągnąć cel, jakim jest wysoka wydajność i oszczędność energii.
Klasyfikacja i dobór sprężarek parowych
W przemyśle istnieje wiele rodzajów sprężarek.
W przypadku MVR istnieją dwie powszechnie stosowane sprężarki parowe, jedna to sprężarka parowa Rootsa typu rotacyjnego, a druga to odśrodkowa sprężarka pary typu turbinowego. Obie sprężarki mają zastosowanie w różnych warunkach pracy, głównie pod względem objętości spalin, ciśnienia spalin, wydajności adiabatycznej itp.
Sprężarki parowe Rootsa nadają się do małych i średnich objętości gazu, w przeciwnym razie sprzęt byłby zbyt duży, co powodowałoby zwiększenie powierzchni i inwestycji; odśrodkowe sprężarki parowe nadają się do dużych i średnich objętości gazu, dlatego ilość pary wtórnej do odparowania i krystalizacji MVR jest kluczową podstawą przy wyborze sprężarek parowych.
Na przykład w projekcie zerowego zrzutu ścieków objętość zasilania urządzenia do krystalizacji przez odparowanie MVR wynosi 10 t/h, ciśnienie pary wtórnej wynosi 0.08 MPa, oraz temperatura wynosi 93,51 stopnia. Gęstość pary wtórnej wynosi 0,48 kg/m3. Zakładając, że odparowano całe 10 t surowca na godzinę, objętość wlotowa sprężarki wynosi 20833,33 m3/h (347,22 m3/min), temperatura wylotowa sprężarki pary wynosi 105 stopni, a ciśnienie spalin wynosi 0,15 MPa. Objętość spalin sprężarki wynosi 207,94 m³/min. W tym momencie należy wybrać odśrodkową sprężarkę pary. Proces obliczania jest następujący.
(1) Obliczyć natężenie przepływu pary wchodzącej do sprężarki
Gdzie: Vi jest objętościowym natężeniem przepływu pary wchodzącej do sprężarki, m³/h; mi to masowe natężenie przepływu pary wchodzącej do sprężarki, w kg/h; ρi to gęstość pary wchodzącej do sprężarki, kg/m3.
(2) Oblicz natężenie przepływu spalin sprężarki pary
Gdzie: Pi to ciśnienie pary wchodzącej do sprężarki, MPa; Po to ciśnienie pary opuszczającej sprężarkę, MPa; Vi to objętościowe natężenie przepływu pary wchodzącej do sprężarki, m³/min; Vo to objętościowe natężenie przepływu pary opuszczającej sprężarkę, m³/min; Ti to temperatura pary wchodzącej do sprężarki, stopień; Ti to temperatura pary opuszczającej sprężarkę, stopień.
Ponieważ odpowiednia objętość spalin sprężarki parowej Rootsa wynosi 3 ~ 150 m3/min, a odpowiednia objętość spalin odśrodkowej sprężarki pary wynosi 25 ~ 3000 m3/min, wybrano odśrodkową sprężarkę pary.
Projektowanie głównych parametrów sprężarki
Jak widać z powyższego, MVR jest procesem zwiększania temperatury i ciśnienia pary wtórnej poprzez napędzanie sprężarki pary energią elektryczną. Dlatego moc silnika sprężarki parowej jest podstawą zapewnienia wydajności sprężarki. Nadal bierzemy urządzenie do krystalizacji przez odparowanie MVR z szybkością zasilania 10 t/h, ciśnieniem pary wtórnej 0,08 MPa, temperaturą 93,51 stopnia, temperaturą wylotową sprężarki pary 105 stopni i ciśnieniu spalin wynoszącym na przykład 0,15 MPa, moc silnika można obliczyć w następujący sposób.
(1) Oblicz wskaźnik adiabatyczny pary
Gdzie: k jest wskaźnikiem adiabatycznym pary; CP to ciepło właściwe pary przy stałym ciśnieniu przy {{0}},08 MPa i 93,51 stopnia, kJ/(kg·stopnia); CV to stała objętościowa pojemność cieplna właściwa pary przy 0,08 MPa i 93,51 stopnia, kJ/(kg · stopień).
(2) Oblicz współczynnik politropowy sprężarki pary
Gdzie: m jest wskaźnikiem politropowym sprężarki parowej; ηp to sprawność politropowa sprężarki.
(3) Oblicz współczynnik ciśnień sprężarki
Gdzie: ε jest stosunkiem ciśnień sprężarki.
Wszystkie sprężarki parowe o stosunku ciśnień mniejszym niż 3,5 mogą wykorzystywać sprężanie jednostopniowe.
(4) Oblicz teoretyczną moc sprężarki pary
Gdzie N jest teoretyczną mocą sprężarki pary, kW.
Niektóre jednostki projektowe lub jednostki EPC wykorzystują moc teoretyczną jako podstawę do określenia mocy silnika sprężarki, co skutkuje mniejszą mocą wyjściową sprężarki.
(5) Oblicz moc na wale sprężarki parowej
Gdzie Na jest mocą na wale sprężarki parowej, kW; wydajność sprężarki nie może osiągnąć 100% z powodu tarcia i innych powodów. ηm nazywa się sprawnością mechaniczną. Gdy teoretyczna moc N jest mniejsza niż 1000 kW, można ją przyjąć jako 0,94 ~ 0,96. Gdy 1000 Mniejsze lub równe 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.
Niektóre jednostki projektowe lub jednostki EPC określają moc silnika sprężarki na podstawie mocy wału, ale ze względu na obciążenie silnika niemożliwe jest osiągnięcie przez silnik 100% mocy, więc nadal będzie to prowadzić do niewystarczającej mocy sprężarki.
(6) Obliczanie mocy silnika sprężarki parowej
Powyższy wzór pokazuje, że moc silnika sprężarki parowej jest 1,1 ~ 1,2 razy większa od mocy wału. Zgodnie z wynikami obliczeń standardową wartość szeregową mocy silnika można przyjąć jako 280 kW.
Streszczenie
Sprężarka pary jest podstawowym wyposażeniem zapewniającym osiągnięcie przez MVR zaprojektowanej wydajności przetwarzania. Dokładne obliczenie mocy napędu sprężarki jest podstawą zapewnienia wydajności sprężarki. Jeśli moc napędu zostanie wybrana zgodnie z teoretyczną mocą obliczoną, będzie ona o 20% ~ 30% niższa niż rzeczywista moc napędu; jeśli moc napędu zostanie dobrana w zależności od mocy wału, będzie ona o 10 ~ 20% niższa niż rzeczywista moc napędu.