Nel campo dello scarico zero delle acque reflue industriali, viene generalmente adottato il processo di "addolcimento chimico multistadio + concentrazione e separazione a membrana multistadio + cristallizzazione per evaporazione". La cristallizzazione per evaporazione è suddivisa in processo di evaporazione multieffetto (MED), processo di ricompressione termica del vapore (TVR), processo di ricompressione meccanica del vapore (MVR), ecc. Tra questi, il processo MED richiede una grande quantità di vapore primario, il tempo di permanenza di il prodotto dell'evaporazione è lungo, l'efficienza di elaborazione non è elevata e il consumo di vapore primario dell'evaporazione a tre effetti è 0,40~0,50 kg/kgH2O. Il processo TVR utilizza il vapore secondario generato durante l'evaporazione, ma l'evaporazione consuma comunque vapore ad alta temperatura e il consumo di vapore primario è di 0,10~0,30 kg/kgH2O e l'effetto di risparmio energetico è limitato. Il processo MVR è uguale al processo TVR, che sfrutta appieno il vapore secondario generato durante l'evaporazione e la cristallizzazione per migliorare l'efficienza economica, ma la differenza è che il processo MVR consuma elettricità durante l'evaporazione, quindi è ampiamente utilizzato in scenari in cui manca la fornitura di vapore primario o il prezzo del vapore primario è elevato.
L'attrezzatura principale del processo MVR è il compressore di vapore, che è la chiave per garantire la capacità di elaborazione MVR. Tuttavia, in molti progetti, l'unità di progettazione o l'unità EPC non ha verificato la selezione del compressore di vapore e il calcolo dei parametri principali del compressore di vapore è impreciso, con il risultato che la capacità di elaborazione MVR non raggiunge il valore previsto durante il funzionamento. Questo articolo parte dal principio MVR e fornisce la classificazione e la selezione dei compressori di vapore e un semplice metodo di progettazione e calcolo di riferimento per i professionisti del trattamento dell'acqua.
Principio MVR
Il dispositivo MVR è solitamente composto da un preriscaldatore, un riscaldatore, un evaporatore, un condensatore, una pompa di circolazione forzata, un compressore di vapore, un addensante, una centrifuga, ecc. La salamoia ad alta concentrazione entra nel preriscaldatore attraverso la pompa di alimentazione per riscaldarsi (scambia calore con vapore condensato), e dopo aver raggiunto una certa temperatura, entra nel riscaldatore (scambia calore con vapore secondario compresso), e dopo essere stato riscaldato fino al punto di ebollizione, entra nell'evaporatore. La pompa a circolazione forzata fa circolare continuamente il materiale tra l'evaporatore e il riscaldatore. Il vapore secondario generato dall'evaporatore entra nel compressore di vapore. Dopo che la temperatura e la pressione sono aumentate, entra nel riscaldatore per l'uso alternativo e così via, per raggiungere lo scopo di alta efficienza e risparmio energetico.
Classificazione e scelta dei compressori di vapore
Nell'industria esistono molti tipi di compressori.
Per MVR, ci sono due compressori di vapore comunemente usati, uno è il compressore di vapore Roots di tipo rotativo e l'altro è il compressore di vapore centrifugo di tipo a turbina. I due compressori sono applicabili a diverse condizioni di lavoro, principalmente in termini di volume di scarico, pressione di scarico, efficienza adiabatica, ecc.
I compressori di vapore Roots sono adatti per volumi di gas piccoli e medi, altrimenti l'apparecchiatura sarebbe troppo grande, con conseguente aumento di spazio e investimento; I compressori di vapore centrifughi sono adatti per volumi di gas grandi e medi, quindi la quantità di vapore secondario per l'evaporazione e la cristallizzazione dell'MVR è la base fondamentale per la selezione dei compressori di vapore.
Ad esempio, in un progetto a scarico zero per le acque reflue, il volume di alimentazione del dispositivo di cristallizzazione per evaporazione MVR è 10 t/h, la pressione del vapore secondario è 0.08 MPa e la temperatura è di 93,51 gradi. La densità del vapore secondario è 0,48 kg/m³. Supponendo che tutte le 10 t/h di alimentazione siano evaporate, il volume di aspirazione del compressore è di 20833,33 m³/h (347,22 m³/min), la temperatura di scarico del compressore di vapore è di 105 gradi e la pressione di scarico è di 0,15 MPa. Il volume di scarico del compressore è di 207,94 m³/min. A questo punto è necessario selezionare un compressore di vapore centrifugo. Il processo di calcolo è il seguente.
(1) Calcolare la portata volumetrica del vapore che entra nel compressore
Dove: Vi è la portata volumetrica del vapore in ingresso al compressore, m³/h; mi è la portata massica del vapore che entra nel compressore, kg/h; ρi è la densità del vapore in ingresso al compressore, kg/m³.
(2) Calcolare la portata volumetrica di scarico del compressore di vapore
Dove: Pi è la pressione del vapore che entra nel compressore, MPa; Po è la pressione del vapore in uscita dal compressore, MPa; Vi è la portata volumetrica del vapore che entra nel compressore, m³/min; Vo è la portata volumetrica del vapore in uscita dal compressore, m³/min; Ti è la temperatura del vapore che entra nel compressore, gradi ; Ti è la temperatura del vapore in uscita dal compressore, gradi.
Poiché il volume di scarico applicabile del compressore di vapore Roots è 3~150 m³/min e il volume di scarico applicabile del compressore di vapore centrifugo è 25~3000 m³/min, viene selezionato il compressore di vapore centrifugo.
Progettazione dei principali parametri del compressore
Come si può vedere da quanto sopra, l'MVR è un processo di aumento della temperatura e della pressione del vapore secondario azionando il compressore di vapore con energia elettrica. Pertanto, la potenza del motore del compressore di vapore è la base per garantire la capacità del compressore. Prendendo ancora il dispositivo di cristallizzazione per evaporazione MVR con una velocità di alimentazione di 10 t/h, una pressione del vapore secondario di 0,08 MPa, una temperatura di 93,51 gradi, una temperatura di scarico del compressore di vapore di 105 gradi e una pressione di scarico di 0,15 MPa come esempio, la potenza del motore può essere calcolata secondo i seguenti passaggi.
(1) Calcolare l'indice adiabatico del vapore
Dove: k è l'indice adiabatico del vapore; CP è la capacità termica specifica del vapore a pressione costante a {{0}},08 MPa e 93,51 gradi , kJ/(kg· gradi ); CV è la capacità termica specifica a volume costante del vapore a 0,08 MPa e 93,51 gradi, kJ/(kg· gradi).
(2) Calcolare l'indice politropico del compressore di vapore
Dove: m è l'indice politropico del compressore di vapore; ηp è l'efficienza politropica del compressore.
(3) Calcolare il rapporto di pressione del compressore
Dove: ε è il rapporto di pressione del compressore.
I compressori di vapore con un rapporto di pressione inferiore a 3,5 possono tutti utilizzare la compressione a uno stadio.
(4) Calcolare la potenza teorica del compressore di vapore
Dove N è la potenza teorica del compressore di vapore, kW.
Alcune unità di progettazione o unità EPC utilizzano la potenza teorica come base per determinare la potenza del motore del compressore, determinando una potenza del compressore inferiore.
(5) Calcolare la potenza all'albero del compressore di vapore
Dove Na è la potenza all'albero del compressore di vapore, kW; l'efficienza del compressore non può raggiungere l'100% a causa dell'attrito e per altri motivi. ηm è chiamato rendimento meccanico. Quando la potenza teorica N è inferiore a 1000 kW, può essere considerata pari a 0,94~0,96. Quando 1000 Inferiore o uguale 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.
Alcune unità di progettazione o unità EPC determinano la potenza del motore del compressore in base alla potenza dell'albero, ma a causa del carico del motore, è impossibile per il motore raggiungere la potenza del 100%, quindi ciò porterà comunque a una potenza del compressore insufficiente.
(6) Calcolo della potenza del motore del compressore del vapore
La formula sopra mostra che la potenza del motore del compressore di vapore è 1,1~1,2 volte la potenza dell'albero. Secondo i risultati del calcolo, il valore della serie standard della potenza del motore può essere considerato pari a 280 kW.
Riepilogo
Il compressore di vapore è l'apparecchiatura principale per garantire che l'MVR raggiunga la capacità di elaborazione progettata. Il calcolo accurato della potenza di azionamento del compressore è la base per garantire le prestazioni del compressore. Se la potenza dell'azionamento viene selezionata in base alla potenza teorica calcolata, sarà inferiore del 20%~30% rispetto alla potenza effettiva dell'azionamento; se la potenza motrice viene selezionata in base alla potenza dell'albero, sarà inferiore del 10~20% rispetto alla potenza motrice effettiva.