V oblasti nulového vypouštění průmyslových odpadních vod se obecně používá proces "vícestupňové chemické změkčování + vícestupňová membránová koncentrace a separace + krystalizace odpařováním". Krystalizace odpařováním se dělí na víceúčinný proces odpařování (MED), proces parní tepelné rekomprese (TVR), proces parní mechanické rekomprese (MVR) atd. Mezi nimi proces MED vyžaduje velké množství primární páry, doba zdržení produkt odpařování je dlouhý, účinnost zpracování není vysoká a primární spotřeba páry při odpařování se třemi účinky je 0.40~0.50 kg/kgH2O. Proces TVR využívá sekundární páru generovanou během odpařování, ale odpařování stále spotřebovává páru o vysoké teplotě a primární spotřeba páry je 0,10~0,30 kg/kg H2O a efekt úspory energie je omezený. Proces MVR je stejný jako proces TVR, který plně využívá sekundární páru generovanou během odpařování a krystalizace ke zlepšení ekonomické účinnosti, ale rozdíl je v tom, že proces MVR spotřebovává elektřinu během odpařování, takže je široce používán ve scénářích, kde chybí primární dodávka páry nebo je cena primární páry vysoká.
Základním vybavením procesu MVR je parní kompresor, který je klíčem k zajištění zpracovatelské kapacity MVR. V mnoha projektech však konstrukční jednotka nebo jednotka EPC neověřila výběr parního kompresoru a výpočet hlavních parametrů parního kompresoru je nepřesný, v důsledku čehož kapacita zpracování MVR nedosahuje za provozu očekávané hodnoty. Tento článek vychází z principu MVR a uvádí klasifikaci a výběr parních kompresorů a jednoduchou metodu návrhu a výpočtu, kterou mohou použít odborníci na úpravu vody.
Princip MVR
Zařízení MVR se obvykle skládá z předehřívače, ohřívače, výparníku, kondenzátoru, čerpadla s nuceným oběhem, parního kompresoru, zahušťovače, odstředivky atd. Vysokokoncentrovaná solanka vstupuje do předehřívače přes napájecí čerpadlo, aby se zahřála (vyměňuje teplo s parním kondenzátem), a po dosažení určité teploty vstupuje do ohřívače (vyměňuje teplo stlačenou sekundární párou) a po zahřátí na bod varu vstupuje do výparník. Čerpadlo nuceného oběhu zajišťuje neustálou cirkulaci materiálu mezi výparníkem a ohřívačem. Sekundární pára generovaná výparníkem vstupuje do parního kompresoru. Po zvýšení teploty a tlaku vstupuje do ohřívače pro vratné použití atd., aby bylo dosaženo účelu vysoké účinnosti a úspory energie.
Klasifikace a výběr parních kompresorů
V průmyslu existuje mnoho typů kompresorů.
Pro MVR existují dva běžně používané parní kompresory, jeden je Rootsův parní kompresor v rotačním typu a druhý je odstředivý parní kompresor v turbínovém typu. Tyto dva kompresory jsou použitelné pro různé pracovní podmínky, zejména pokud jde o objem výfukových plynů, tlak výfukových plynů, adiabatickou účinnost atd.
Parní kompresory Roots jsou vhodné pro malé a střední objemy plynu, jinak je zařízení příliš velké, což vede ke zvýšení podlahové plochy a investic; odstředivé parní kompresory jsou vhodné pro velké a střední objemy plynů, takže množství sekundární páry pro odpařování a krystalizaci MVR je klíčovým základem pro výběr parních kompresorů.
Například v projektu s nulovým vypouštěním odpadních vod je vstupní objem odpařovacího krystalizačního zařízení MVR 10 t/h, sekundární tlak páry je 0.08 MPa a teplota je 93,51 stupňů. Hustota sekundární páry je 0,48 kg/m³. Za předpokladu, že se odpaří všech 10 t/h suroviny, je sací objem kompresoru 20833,33 m³/h (347,22 m³/min), výstupní teplota parního kompresoru je 105 stupňů a výstupní tlak je 0,15 MPa. Objem výfuku kompresoru je 207,94 m³/min. V tomto okamžiku by měl být zvolen odstředivý parní kompresor. Proces výpočtu je následující.
(1) Vypočítejte objemový průtok páry vstupující do kompresoru
Kde: Vi je objemový průtok páry vstupující do kompresoru, m³/h; mi je hmotnostní průtok páry vstupující do kompresoru, kg/h; ρi je hustota páry vstupující do kompresoru, kg/m³.
(2) Vypočítejte objemový průtok výfukových plynů parního kompresoru
Kde: Pi je tlak páry vstupující do kompresoru, MPa; Po je tlak páry opouštějící kompresor, MPa; Vi je objemový průtok páry vstupující do kompresoru, m³/min; Vo je objemový průtok páry opouštějící kompresor, m³/min; Ti je teplota páry vstupující do kompresoru, stupeň ; Ti je teplota páry opouštějící kompresor, stupeň .
Protože použitelný objem výfuku Rootsova parního kompresoru je 3~150 m³/min a použitelný objem výfuku odstředivého parního kompresoru je 25~3000 m³/min, je vybrán odstředivý parní kompresor.
Návrh hlavních parametrů kompresoru
Jak je z výše uvedeného patrné, MVR je proces zvyšování teploty a tlaku sekundární páry pohonem parního kompresoru elektrickou energií. Výkon motoru parního kompresoru je proto základem pro zajištění kapacity kompresoru. Stále používáme odpařovací krystalizační zařízení MVR s rychlostí přívodu 10 t/h, sekundárním tlakem páry 0,08 MPa, teplotou 93,51 stupně, výstupní teplotou parního kompresoru 105 stupňů a výfukový tlak 0,15 MPa jako příklad, lze výkon motoru vypočítat podle následujících kroků.
(1) Vypočítejte adiabatický index páry
Kde: k je adiabatický index páry; CP je měrná tepelná kapacita páry při konstantním tlaku při {{0}},08 MPa a 93,51 stupně, kJ/(kg· stupeň); CV je konstantní objemová měrná tepelná kapacita páry při 0,08 MPa a 93,51 stupních, kJ/(kg· st.).
(2) Vypočítejte index polytropie parního kompresoru
Kde: m je index polytropie parního kompresoru; ηp je polytropická účinnost kompresoru.
(3) Vypočítejte tlakový poměr kompresoru
Kde: ε je tlakový poměr kompresoru.
Parní kompresory s tlakovým poměrem menším než 3,5 mohou všechny používat jednostupňovou kompresi.
(4) Vypočítejte teoretický výkon parního kompresoru
Kde N je teoretický výkon parního kompresoru, kW.
Některé konstrukční jednotky nebo jednotky EPC používají teoretický výkon jako základ pro určení výkonu motoru kompresoru, což má za následek menší výkon kompresoru.
(5) Vypočítejte výkon hřídele parního kompresoru
Kde Na je výkon hřídele parního kompresoru, kW; účinnost kompresoru nemůže dosáhnout 100% kvůli tření a dalším důvodům. ηm se nazývá mechanická účinnost. Když je teoretický výkon N menší než 1000 kW, lze jej považovat za 0,94~0,96. Když 1000 Menší nebo rovno 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.
Některé konstrukční jednotky nebo jednotky EPC určují výkon motoru kompresoru na základě výkonu na hřídeli, ale kvůli zatížení motoru je nemožné, aby motor dosáhl 100% výkonu, takže to stále povede k nedostatečnému výkonu kompresoru.
(6) Výpočet výkonu motoru parního kompresoru
Výše uvedený vzorec ukazuje, že výkon motoru parního kompresoru je 1,1~1,2násobek výkonu hřídele. Podle výsledků výpočtu lze uvažovat standardní sériovou hodnotu výkonu motoru 280 kW.
Shrnutí
Parní kompresor je základním zařízením, které zajišťuje, že MVR dosáhne projektované zpracovatelské kapacity. Přesný výpočet výkonu pohonu kompresoru je základem pro zajištění výkonu kompresoru. Pokud je výkon měniče zvolen podle teoretického vypočteného výkonu, bude o 20%~30% nižší než skutečný výkon měniče; pokud je výkon pohonu zvolen podle výkonu hřídele, bude o 10~20% nižší než skutečný výkon pohonu.