机械热泵、蒸汽热泵、多效浓缩器比较
机械压缩式蒸发(MVR)
机械方法对二次蒸汽进行压缩,则称机械式热泵。它的热效率非常高,理论上一次能源利用率可达到七、八效浓缩效果。
由于机械压缩式蒸发其是用补充一定的压缩功(耗电)代替了消耗大量的加热蒸汽(耗煤),因而电煤比价是决定机械压缩式蒸发系统是否有利的关键因素。我国目前电煤比价偏高,所以机械压缩式蒸发比较适用于那些沸点升高不大的溶液的浓缩和没有锅炉的部门。
再者,蒸发器的传热温差直接影响着蒸发器的传热面积和压缩机的耗功量。传热温差越大,蒸发器的传热面积越小,因而蒸发器的投资亦越小,但压缩机的耗功量与投资增加,所以存在着*传热温差。
蒸汽动力压缩式(TVR)
在蒸汽动力压缩方式中,使用蒸汽喷射泵,以少量高压蒸汽为动力,将部分二次蒸汽压缩并混合后一起进入加热室作加热蒸汽使用。
蒸汽动力压缩式蒸发系统只能利用一部分二次蒸汽,其余的二次蒸汽送往冷凝器冷凝,因此在能量利用性上不及机械压缩式蒸发系统。但其本身结构简单,费用低廉,消耗蒸汽而不耗电,可以在投资较少的前提下取得较大的节能效果和经济效益,因而很受一些企业的欢迎。
同机械压缩式蒸发系统一样,蒸汽动力压缩式蒸发系统也存在*传热温差。此外,喷射泵工作蒸汽的压力对系统的节能效果和经济效益也影响甚大。喷射泵工作蒸汽的经济压力范围0.8-1.3MPa。
MVR/TVR蒸发的节能效果比较
定义蒸汽的经济性为单位生蒸汽所蒸发出的水量,即
WEF=W/Dkg/kg
对于机械压缩式热泵蒸发,则为
WEF=Wr0/Q1
式中W——蒸发的水量,kg/s;
D——消耗的生蒸汽量,kg/s;
r0——蒸发压力下水的汽化潜热,kJ/kg;
Q1——热泵蒸发所消耗的热量,包括压缩机耗功和料液预热所消耗的蒸汽热量,kW。
蒸汽动力压缩式热泵蒸发系统的节能率视喷射泵工作蒸汽压力不同、传热温差不同而不同,其正常范围均介于二效和三效之间。机械压缩式热泵蒸发系统的节能率视传热温差不同而不同,但均*,超过十几效的多效蒸发。但是,多效蒸发和蒸汽动力压缩式热泵蒸发消耗的是蒸汽(燃料),而机械压缩式热泵蒸发消耗的是电能,当比较使用不同能源为动力的系统时,采用一次能源利用系数更为合理。定义一次能源利用系数为
PER=(Wr0/Q)n0
式中Q——蒸发过程实际消耗的能量,kW;
n0——一次能源转换为所用能源的效率。
取单效蒸发时的PER为1,一次能源转换为电能的效果为0.33。多效蒸发时的一次能源利用系数与蒸汽经济性的关系为一过0点的直线,直线斜率为1.1。随着效数的提高,一次能源利用系数提高,但提高的幅度越来越小。蒸汽动力压缩式热泵蒸发的一次能源利用系数范围仍介于二效与三效之间,且恰好落在多效蒸发的直线上。机械压缩式热泵蒸发的一次能源利用系数随传热温差的不同变化很大,但经优化设计的机械压缩式热泵蒸发,其一次能源利用率仍高于八效蒸发。
多效蒸发与热泵蒸发的经济效益比较
对于多效蒸发,随着效数的增加,年度总成本下降,但5效以后,下降就很缓慢。蒸汽动力压缩式热泵蒸发的年度总成本相当于三效。而机械压缩式热泵蒸发系统视传热温差的不同,年度总成本范围在一效与五效之间。经优化设计的机械压缩式热泵蒸发系统,其年度总成本介于三效到四效之间。
综合分析选择合适的真空浓缩设备
一、机械热泵浓缩(MVR)一次能源的利用率zui高,理论上一次能源利用率可达到七、八效浓缩效果,但经济效益还决定于电煤比价,我国目前的电煤比价高,其经济效益只介于三效与四效之间,其缺点也十分明显,如下:
①受到多种因素影响,如溶液粘稠度、多泡性及沸点升高因素的影响会令利用率降低;
②投资zui大,例如一台配套3000L浓缩器的机械热泵功率约100Kw,进口价格超过100万左右,维修量大,维护成本高。
③温度高,不适宜热敏性药物,不适宜酒精浓缩生产。
二、多效浓缩节能效果较好,例如三效浓缩理论蒸发1吨水耗用蒸汽0.350吨蒸汽,但也存在缺陷,如下:
a)实际使用超过三效节能率下降,经济效益不再明显;
b)一效温度高,易结垢,生产效率低,因前面的加热器是后面所有加热器的动力,所以越是前面的加热器出现结垢现象对后面所有的影响越大,越是多效影响越大;
c)清洗环节多,生产效率低;
d)越多效收膏越麻烦,并且收率越低;
e)设备占地大。
三、蒸汽热泵浓缩(TVR)节能效果好,热泵双效耗气量相当于普通三效,蒸发1吨水耗用蒸汽0.350吨蒸汽。它克服了多效浓缩的缺点。但普遍容易出现控制不稳定现象,购买时应选择具有热平衡及自动控制的产品;另外价格较普通双效高。
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