基于硫酸钠废水蒸发过程的MVR系统热力分析*

董守亮，赵 飞

(青海大学 化工学院，青海 西宁 810016)

蒸发作为传统的工艺过程，广泛应用于制盐、乳品干燥、污水处理等行业中，但传统蒸发操作耗能较大，因此过程的节能降耗是研究人员关注的焦点[1-3]。机械蒸汽再压缩(Mechanical Vapor Recompression)技术，简称MVR，是一种先进的工业系统二元蒸馏方法，可用于多种溶液的蒸发[4-6]。相比于传统的多效蒸发，不需要锅炉提供驱动蒸汽，减少了生蒸汽和燃煤锅炉污染物的排放，同时不用对浓缩液进行冷却，相比传统蒸发形式省去一台换热器，因此可以降低投资运行成本，提高经济效益[7-8]。由于MVR能循环使用溶液蒸发产生的热量，系统有很高的能效，随着电力价格相比于生蒸汽价格的下降趋势，MVR热泵将会得到更广泛的应用。

1 系统工艺流程

以处理量960 t/d、质量分数25%硫酸钠废水的MVR热泵蒸发系统作为研究对象进行分析。MVR热泵系统的工艺原理见图1。

图1 MVR热泵系统工艺原理图

原料液0经预热器预热后，原料液1进入降膜蒸发器管程，在蒸发器中受热蒸发后产生的低温位二次蒸汽2进入蒸汽压缩机，在压缩机中升温升压提高热焓后的二次蒸汽3进入蒸发器壳程，与原料液1换热冷凝放热后，产生的冷凝液6排出蒸发器，产生的浓缩液4进入预热器预热与原料液放热后排出系统为浓缩液5。该系统由于充分利用了二次蒸汽的潜热并取消了循环冷却水，实现了节能降耗的目的。

2 系统分析模型

e=h-h0-T0(s-s0)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

系统中设备改进的潜力定义为符号IP，表示为[16]：

(8)

(9)

(10)

(11)

式中，W为设备的功率，kW。

(12)

(13)

(14)

2.2 热经济性分析模型

设备的成本平衡涉及生产产品的支出率，一般的成本平衡方程为[17]：

(15)

表1 过程单元的成本模型[18]

每个过程单元设备的年投资成本可由下面的关系式计算[19]：

(16)

则蒸汽压缩机的成本平衡方程为：

(17)

则蒸发器的成本平衡方程为：

(18)

则预热器的成本平衡方程为：

(19)

泵的成本平衡方程为：

(20)

3 分析与讨论

表2 MVR系统的性能参数

表2 MVR系统的性能参数

设备号设备ED/kW利用的能量/kWIP/kWRI/%ηex/%Ⅰ蒸发器33．6182．716．252．452Ⅱ蒸汽压缩机18．458．65．228．772Ⅲ预热器9．247．43．414．463Ⅳ进料泵1．51．90．52．368Ⅴ冷凝液泵1．41．80．52．267总计64．1292．425．21

对于系统，各单元的热经济性参数计算结果见表3，这些参量包括燃料成本(CF)，产品成本(CP)，损失成本(CD)，设备投资成本(ZCI)和操作维护成本(ZOM)。

表3 MVR系统的热经济性参数

4 结 论

(3) 系统运行时各设备彼此联结影响，因此系统性能的改进不可能单台设备孤立的实现，应综合考虑系统各设备的优化匹配以实现节能增效的目的。

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