影響MVR蒸發系統運行效率的主要因素分析

日期: 2021-08-16 作者: 環諾

前言：MVR蒸發器相對于傳統蒸發器具有能量利用率高，自動化程度高，運行穩定，占地面積小等特點；撬裝MVR蒸發器更是具備一體化、占地小、整套運輸、現場免安裝、維護方便、標準化供應、運營成本低等諸多優點。MVR蒸發技術已廣泛應用于鋰電池、危廢、食品加工、化工、制藥、生物等行業。為了保證MVR蒸發器得到高效節能低成本的運行，系統在設計時需要考慮物料、海拔、主要部件、操作等諸多因素，以下是廣東環諾為您整理的影響MVR蒸發系統運行效率的主要因素分析概述。

1、蒸發原料特性的影響

物料的主要物性參數有：密度、溶液組成成分、比熱、粘度、沸點升高、表面張力、熱敏性、腐蝕性等，密度、溶液組成成分、定壓比熱、粘度極大影響了物料的傳熱系數，而傳熱系數的不同會直接影響蒸發面積的設計計算。粘度和表面張力主要影響物料的汽、液分離過程和分離器的長徑比的選擇，在成膜蒸發過程中還會影響物料的布膜情況。沸點升高，主要影響工藝流程的選擇，蒸發溫度的選擇，溫度梯度分布和蒸汽壓縮機的選擇。沸點升高比較高的物料，在蒸汽壓縮機溫升范圍內，可以選用MVR蒸發工藝，單級高速離心壓縮機和容積式羅茨壓縮機都可以提供20℃以上的溫升，高溫升蒸汽壓縮機的生產工藝會更復雜，要求精度會更高。物料的熱敏性，要求物料在蒸發器中停留的時間要短，否則會使物料發生質變，則需減少蒸發器的效數或級數，減少物料在蒸發器中循環時間。如果蒸發物料對溫度有要求時，設計時一定要考慮蒸發溫度、蒸發器型式及流程的選擇。一些物料的腐蝕性，如高含鹽廢水中氯根含量很高，特別是物料在高溫下的腐蝕性，這是影響選材的一個重要因素，尤其是MVR蒸發裝置的加熱器，材質通常是系統中最高的。

2、安裝位置海拔的影響

海拔是反應一個地區地勢高低的物理量。海拔高，當地的氣壓小，表壓降低，對應的溶液沸點降低。海拔高度對MVR蒸發的影響直接體現于系統的真空度以及對應飽和蒸汽的熱工參數。為降低能耗MVR蒸發多數選擇在負壓下運行，其負壓的獲得需采用真空系統。真空系統另一個作用是將MVR蒸發裝置中的不凝氣抽出，防止不凝氣富集，降低傳熱效率，阻礙蒸發。海拔高低會影響極限真空度。如水環真空泵在0海拔其極限真空為-0.094Mpa，在海拔1500m時，其極限真空為-0.08Mpa。對熱源蒸汽而言，表壓0.1Mpa的蒸汽，0海拔對應溫度為99.6℃，1500m海拔對應的溫度為95.1℃。可見海拔會對蒸汽熱工參數有影響，因此，在MVR蒸發設計時要充分考慮。高海拔對于水泵電機的選擇也有影響，海拔超過1000m時，需要選擇高原電機，以防止水泵電機不能按照設計參數運行，影響水泵流量和揚程。

3、系統設計參數的影響

工藝參數是MVR蒸發器的設計的根本，對原料特性參數的了解和掌握，才能更好的避免設計風險，確保系統能夠正常運行。物料濃度、組成成分、處理量和蒸發量決定設備的規模，效、級的數量，蒸汽壓縮機選型，蒸發面積的大小，換熱器材質，設備投資的成本。進料濃度和出料濃度直接影響傳熱的計算和蒸發溫度的選擇，進而影響蒸汽壓縮機進、出口溫度的選擇。由于蒸發強度的問題，出料濃度還會影響蒸發器形式的選擇和蒸發流程的設計。MVR蒸發裝置在工藝設計中要做到能量的極大化利用，因此在考慮滿足進、出口物料溫度的情況下通過工藝變化將冷凝水出口溫度降低最低。

4、蒸汽壓縮機工況變化影響

MVR蒸汽壓縮機是此蒸發裝置中核心設備。主要的參數有流量，進、出口溫度(溫升)，電流等。蒸汽壓縮機也根據溫升、蒸汽流量不同，有多種選擇，如離心風機、單機高速離心機、容積式羅茨壓縮機等。根據能量守恒定律，壓縮機需要的總功要等于水蒸氣進、出口總焓之差。功是由電機提供，壓縮需要的總功除效率值得到軸功率，根據軸功率和電機功率系列值選擇最佳的電機。電機提供的最大的功和蒸汽溫升所需的功在有的情況下差值較大，這就造成壓縮機富裕量大。壓縮機在設計參數下，流量、溫升、壓比、效率值都為最高，壓縮機設計完成后，其運行由溫度、流量、電機等共同決定。

當壓縮機進口溫度低，比容增大，壓縮機可進入的最大蒸汽量增大，但由于壓縮機功率已定，則根據能量守恒原理出口的溫度會降低，表現為進、出口溫差不夠。當壓縮機進口溫度升高時，比容減小，水蒸汽質量流量減小，由于電機和效率值的影響，出料溫度會升高，但由于葉輪和轉速等影響，表征到進、出口的溫差不會增大。壓縮機開機的過程是電機頻率逐漸增大的過程。在小頻率下，流量和溫升有個對應值，隨著流量的增大，在相同的頻率下溫升會減小但是壓縮機會自動提高頻率以保證更高的溫升。壓縮機頻率、流量、溫升會相互影響逐漸升高至額定值。

5、氣液分離器的影響

氣液分離器是提供物料和二次蒸汽分離的場所，分離器的設計要充分考慮蒸發量、蒸發溫度、物料粘度、分離器液位等因素。分離器如果設計過小，當蒸發量增大，會使二次蒸汽上升的速度加快，造成夾帶液量嚴重，也可能會造成壓降增大，對導致蒸汽攜帶大量高濃度物料進入壓縮機系統，造成壓縮機腐蝕，冷凝液品質下降。一旦原料粘附在壓縮機內部葉輪表面，會造成壓縮機腐蝕，嚴重會導致葉輪動平衡破壞，造成壓縮機損壞。物料濃度、粘度、表面張力增大，會造成二次蒸汽分離困難，分離器分離量不夠。分離器的物料循環量和液位高度增大會造成二次蒸汽夾帶量嚴重。分離器的直徑是保證汽、液分離有足夠的分離面，分離器高度是提高汽液相互夾帶的因素。分離器高度越高，分離效率越高，但設備成本也會增加。因此在分離器設計中，除沫器的設計十分必要，一方面可以降到分離器高度，同時保證蒸汽夾帶影響對后續影響最小。

6、泵的影響

泵主要起輸送液體的作用。MVR蒸發系統中泵多采用雙機械密封的型式。主要因為要在負壓下降物料抽出。泵機械密封的好壞以及運行時的流量、吸程、揚程都會對蒸發系統產生影響。系統設計如果選擇強制循環泵，尤其是有晶體生成的工藝設計，循環泵優先選擇軸流泵，其特點是大流量，低揚程，同時其泵頭設計特點，在工作過程中對溶液產出的晶體破壞最小，有利于系統晶體的生長。冷凝水泵如果不能及時將冷凝水抽出，會使冷凝水在蒸發器中聚集，會使蒸發器的傳熱發生嚴重的抑制作用。蒸發器中本來使用蒸汽加熱變為熱水加熱，效率會大大降低，導致蒸汽發生堵塞。

7、其它影響

除了以上提出的影響因素外，還有配管時的管徑選擇，管道走向的問題、閥門形式的選擇，閥門安裝位置的選擇等等問題的影響、操作規范性的問題等，都會對整套蒸發系統產生影響。MVR蒸發系統，技術原理上已經十分成熟，但是作為一套系統工程、設計、安裝、調試各個環節都很重要。物料特性參數、工藝設計細節、設備選型注意事項、現場實際操作都對系統的運行產生影響。因此在系統設計的初期，要充分了解原原料特性，同時也要了解原料產生過程，對蒸發系統的前后工藝都進行了解，綜合考慮各種因素，以保證裝置正常、連續、高效的運行。

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