Сравнение технологий MVR, многократного эффекта выпаривания и TVR (термической рекомпрессии паров)

Технология MVR сжимает вторичный пар, который в противном случае пришлось бы конденсировать, до более высокого давления с помощью компрессора, тем самым повышая его внутреннюю энергию. Это обеспечивает непрерывную рециркуляцию и повторное использование этой энергии, заменяя свежий пар. Потребляя лишь минимальное количество электрической энергии, она позволяет утилизировать и повторно использовать значительную часть внутренней энергии низконапорного пара.

Принцип MVR

1. Электрическая энергия позволяет сжимать и полностью использовать вторичный пар, образующийся в процессе выпаривания, что практически исключает потери пара в системе.

2. Конденсат и концентрат отводятся для теплообмена с подаваемым раствором.

3. Неконденсирующийся газ обменивается теплом с исходной жидкостью.

4. Двигатель компрессора оснащён регулировкой скорости с помощью преобразователя частоты.

Технология MVR сжимает вторичный пар, который в противном случае пришлось бы конденсировать, до более высокого давления с помощью компрессора, тем самым повышая его внутреннюю энергию. Это обеспечивает непрерывную рециркуляцию и повторное использование этой энергии, заменяя свежий пар. Потребляя лишь минимальное количество электрической энергии, она позволяет улавливать и повторно использовать значительную внутреннюю энергию низкопотенциального пара.

Снизить или полностью устранить потребность в подаче живого пара, утилизировать отработанный пар, сократить расход охлаждающей воды и повысить эффективность системы.

Сравнение технологий MVR, многократного эффекта выпаривания и TVR (термической рекомпрессии пара)

Сравнение трёх технологий, применяемых в аппаратах для выпаривания и дистилляции

Испарение, дистилляция, испарительная кристаллизация и оборудование для выпаривания‑сушки — все эти процессы требуют значительных затрат энергии.

Потребление энергии составляет значительную долю эксплуатационных расходов этих устройств; поэтому сокращение и оптимизация удельного энергопотребления играют ключевую роль в снижении общих эксплуатационных затрат.

В настоящее время существует три основные технологии снижения удельного энергопотребления, которые могут применяться как по отдельности, так и в сочетании:

■ Многократный эффектный испаритель (МЭИ)

■ Технология термического парового рекомпрессора (TVR)

■ Технология механического парового рекомпрессора (MVR)

1. Многоэфектная технология

В системе многократного выпаривания пар, образующийся в первом эффекте при нагревании свежим паром, не поступает в конденсатор; вместо этого он повторно используется в качестве теплоносителя для второго эффекта. Такой подход позволяет сократить расход свежего пара примерно на 50%. Распространяя этот принцип на дополнительные эффекты, можно добиться дальнейшего снижения потребления свежего пара. Общая разность температур между максимальной температурой нагрева первого эффекта и минимальной температурой кипения последнего эффекта распределяется между отдельными эффектами. В результате разность температур в каждом последующем эффекте уменьшается по мере увеличения их числа. Чтобы поддерживать заданную скорость выпаривания, площадь нагревательной поверхности необходимо соответственно увеличивать. По предварительным оценкам, общая площадь нагревательной поверхности, необходимая для всех эффектов, растёт пропорционально их числу; вследствие этого, хотя экономия пара постепенно снижается, капитальные затраты существенно возрастают.

A Продукт B Остаточный пар C Концентрат D Живой пар

E Конденсат энергетического пара F Конденсат вторичного пара V Потери тепла

Схема теплового потока вторичного эффекта испарителя с прямым нагревом

2. Технология термической рекомпрессии пара

В системе термической рекомпрессии пара, основанной на принципе теплового насоса, пар из испарительной камеры сжимается до более высокого давления в нагревательной камере, тем самым повышая его энергетический уровень. Поскольку температура насыщения, соответствующая этому повышенном давлению в нагревательной камере, выше, пар может быть повторно использован для подогрева. Для этой цели применяются пароструйные компрессоры. Работая по принципу струйного насоса, они не имеют движущихся частей, обладают простой, но эффективной конструкцией и обеспечивают максимальную эксплуатационную надёжность. Использование одного термического парового компрессора даёт те же преимущества в экономии пара и повышении энергоэффективности, что и добавление дополнительного эффекта в испарителе. Для работы термического парового компрессора требуется определённое количество свежего пара — так называемый приводной пар. Этот приводной пар либо направляется в следующий эффект, либо отводится в конденсатор в виде остаточного пара. Остаточная энергия, содержащаяся в остаточном паре, примерно равна энергии, подаваемой приводным паром.

Продукт B, вторичный пар B1, остаточный пар C, концентрированная жидкость

D Энергия пара E Конденсат энергии пара V Потери тепла

Схема теплового потока термического испарителя с рекомпрессией пара

3. Технология механической рекомпрессии пара

В механической рекомпрессии пара механически приводимый компрессор сжимает пар, образующийся в испарителе, до более высокого давления. В результате рекомпрессор одновременно выполняет функцию теплового насоса, тем самым повышая энергетическое содержание пара. В отличие от компрессионных тепловых насосов, использующих циркулирующую рабочую жидкость — то есть замкнутую систему, работающую по холодильному циклу, — паровой рекомпрессор функционирует как открытая система и поэтому может рассматриваться как особый тип компрессионного теплового насоса. После сжатия пара и конденсации полученного нагретого пара конденсат выводится из цикла. Нагревающий пар (горячая сторона) и вторичный пар (холодная сторона) разделяются теплообменной поверхностью испарителя. Сравнение компрессионных тепловых насосов открытой и замкнутой систем показывает, что в открытой системе поверхность испарителя по существу играет роль расширительного клапана в замкнутой системе. Потребляя лишь относительно небольшое количество энергии — а именно механическую энергию рабочего колеса компрессора в компрессионном тепловом насосе — энергия передается технологическому нагревательному средству и поддерживается в рамках непрерывного цикла. При таких условиях в качестве нагревательной среды не требуется первичный пар.

Продукт B, вторичный пар B1, остаточный пар C, концентрированная жидкость

D Электрическая энергия E Силовая конденсатная вода V Потери тепла

Схема теплового потока механического испарителя с рекомпрессией пара

В многоконтурной системе термической рекомпрессии паров количество отводимого тепла конденсации остаётся значительным. В многоконтурной схеме, где число контуров равно n, тепло конденсации составляет примерно 1/n от первичной подводимой энергии. Кроме того, пароструйный компрессор способен сжимать лишь часть вторичного пара, а оставшаяся энергия приводящего пара должна быть отведена в виде отбросного тепла в охлаждающую воду. Однако, применяя принцип открытого цикла компрессионного теплового насоса, можно существенно снизить или даже полностью исключить тепло, отводимое через конденсатор. Для достижения общего теплового равновесия может потребоваться небольшое остаточное количество энергии либо конденсация остаточного пара, что позволяет поддерживать постоянное отношение давлений и стабильные условия работы. Среди причин внедрения механической рекомпрессии паров — следующие:

■ Низкое удельное энергопотребление

■ Низкая разница температур обеспечивает бережное испарение продукта.

■ Благодаря использованию одноэфектного испарителя время пребывания продукта в аппарате невелико.

■ Простой процесс и высокая практичность

■ Отличные эксплуатационные характеристики при частичной нагрузке

■ Низкие эксплуатационные расходы