蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)起源于十九世紀(jì)30年代,經(jīng)過研究實(shí)踐,到二十世紀(jì)初瑞士制造出第一個(gè)簡單的MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。MVR是蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)的簡稱,是一種通過壓縮機(jī)做功重新利用系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量,從而無須再使用生蒸汽的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。
MVR的工作過程是將低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮,提高其溫度、壓力,增加其熱焓,然后進(jìn)入換熱器,從而充分利用蒸汽的潛熱。與其它蒸發(fā)技術(shù)相比,MVR系統(tǒng)還具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行成本低等其它優(yōu)勢,壓縮機(jī)作為核心設(shè)備是實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢的關(guān)鍵。
機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)是指用于蒸發(fā)濃縮系統(tǒng),與蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)結(jié)合,循環(huán)利用蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的二次蒸汽,以達(dá)到節(jié)約能源目的的以機(jī)械能作為推動(dòng)力的壓縮機(jī)系統(tǒng)。壓縮機(jī)的分類有多種方法,可按照工作原理、溫升/壓升、材質(zhì)、級(jí)數(shù)、流量、產(chǎn)地等。
一、蒸汽壓縮機(jī)分類與工作范圍
按蒸汽壓縮機(jī)工作原理可分為容積式和透平式兩大類。透平式又分為離心式、軸流式、混流式;容積式又分為羅茨式、葉氏式、滑片式、螺桿式、活塞式、柱塞式、隔膜式等幾種。上面各種類型的壓縮機(jī)在世界范圍內(nèi)都有研究和生產(chǎn)。但截止目前,結(jié)合工作范圍、效率、成本等多種因素,工程上實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用的只有羅茨式和離心式兩種類型,另外螺桿式壓縮機(jī)也有少量的應(yīng)用,因此,本文中對(duì)壓縮機(jī)選型的研究只針對(duì)羅茨式和離心式兩種。不同類型蒸汽壓縮機(jī)適應(yīng)的工作范圍也不同,常用蒸汽壓縮機(jī)的工作范圍如圖1所示。

二、常用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)的原理及系統(tǒng)特點(diǎn)
2.1羅茨式機(jī)組
羅茨機(jī)組工作原理是利用兩個(gè)葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)容積式增壓設(shè)備。這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積,在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中從吸氣口帶走氣體,當(dāng)移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時(shí),因有較高壓力的氣體回流,這時(shí)工作容積中的壓力突然升高,然后將氣體輸送到排氣通道,兩轉(zhuǎn)子依次交替工作。羅茨機(jī)組的適用情況一般為壓比1.2~2范圍內(nèi),該范圍內(nèi)體積流量較大。負(fù)載對(duì)流量恒定要求嚴(yán)格時(shí),宜優(yōu)先選用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。因?yàn)榱_茨鼓風(fēng)機(jī)屬于恒流量風(fēng)機(jī),工作的主參數(shù)是風(fēng)量,輸出的壓力隨管道和負(fù)載的變化而變化,風(fēng)量變化很小。
羅茨機(jī)組優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為兩轉(zhuǎn)子互不接觸,它們之間靠嚴(yán)密控制的間隙實(shí)現(xiàn)密封,無摩擦,排出的氣體無油污染;結(jié)構(gòu)簡單,制造方便;壓力變化對(duì)風(fēng)量影響小,基本屬于定容增壓設(shè)備;無喘振工況,變工況性能良好;汽蝕情況較少;占地面積小,便于布置和安裝;轉(zhuǎn)速低,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,維護(hù)方便,耐用;機(jī)組成本較低。
羅茨機(jī)組缺陷表現(xiàn)為由于周期性的吸、排氣和瞬時(shí)等容壓縮造成氣流速度和壓力的脈動(dòng),因而會(huì)產(chǎn)生較大的氣體動(dòng)力噪聲,進(jìn)出口需裝設(shè)消聲器;流體輸送量偏小,100℃的蒸汽,一般限于10t/h;輸送高溫升蒸汽時(shí),碳鋼涂層的葉輪,由于線脹系數(shù)不一致,涂層有脫落風(fēng)險(xiǎn),不銹鋼制葉輪,因線脹系數(shù)大,有抱死風(fēng)險(xiǎn);大容量羅茨壓縮機(jī)的成本偏高;單級(jí)壓比不大,通常小于1.7,最高可達(dá)2.1,可以多級(jí)串聯(lián)使用。單級(jí)溫升一般可到15℃左右;機(jī)組絕熱效率較低。
2.2離心式機(jī)組
離心式機(jī)組是一種動(dòng)力式機(jī)組,在其中有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪使氣體加速,主氣流是徑向的。離心式機(jī)組屬于透平式壓縮機(jī)組。其工作原理為離心式機(jī)組是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉(zhuǎn),使氣體產(chǎn)生離心力,由于氣體在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng),從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高,連續(xù)的生產(chǎn)出壓縮空氣。
離心機(jī)組優(yōu)點(diǎn)為氣缸容積大,葉輪可高速旋轉(zhuǎn),故可實(shí)現(xiàn)大流量,大功率的應(yīng)用;透平機(jī)械介質(zhì)連續(xù)不斷,所以進(jìn)排汽均勻平穩(wěn),無脈沖現(xiàn)象;屬于恒壓壓縮機(jī),輸出的流量隨負(fù)載變化而變化,輸出壓力基本不變,利于在工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下調(diào)節(jié)負(fù)荷;結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小,占地少;密封效果好,泄露率低;壓縮過程機(jī)內(nèi)無需潤滑,可以做到絕對(duì)無油;運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),操作可靠,性能曲線平穩(wěn),操作范圍較廣,維護(hù)費(fèi)用及人員少;離心式壓縮機(jī)組中的單級(jí)高速機(jī)組效率高,單級(jí)壓比大。
離心機(jī)組缺陷為機(jī)組存在喘振邊界和阻塞邊界,不適用于流量太小或壓比過高的場合;穩(wěn)定工作區(qū)較窄,汽量調(diào)節(jié)方便但經(jīng)濟(jì)性較差;葉輪轉(zhuǎn)速高,有可能產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng);且運(yùn)行中要防止喘振工況的發(fā)生;操作相對(duì)復(fù)雜,設(shè)備技術(shù)含量高,維護(hù)費(fèi)用較大;存在汽蝕情況;機(jī)組價(jià)格相對(duì)偏高。
三、壓縮機(jī)選用方法
壓縮機(jī)的選用應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目工藝參數(shù)、蒸汽成分及特點(diǎn)、項(xiàng)目預(yù)算等綜合進(jìn)行評(píng)判,從而選定最優(yōu)的壓縮機(jī)組型式、型號(hào)、材質(zhì)、能耗等,以得到最優(yōu)的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能。蒸汽壓縮機(jī)是MVR蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)最大的耗能設(shè)備,合理的選擇壓縮機(jī)的型式和型號(hào)對(duì)全系統(tǒng)的能耗起著決定性的作用;同時(shí),蒸汽壓縮機(jī)又是全系統(tǒng)價(jià)格最高的外購件,合理選型利于系統(tǒng)初始投資的降低,提高系統(tǒng)的競爭力。
3.1選型原則
所謂合理選型,就是要綜合考慮壓縮機(jī)組和壓縮機(jī)站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。具體來說,有以下幾個(gè)方面:一是必須滿足使用流量和有效溫升(飽和溫升)的要求,即要求壓縮機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)(裝置特性曲線與壓縮機(jī)的性能曲線的交點(diǎn))經(jīng)常保持在高效區(qū)間運(yùn)行,這樣既節(jié)省動(dòng)力又不易損壞機(jī)件;二是所選擇的壓縮機(jī)既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜,又要具有良好的特性和較高的效率;三是具有良好的抗喘振性能,運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長;四是具有良好的抗腐蝕性能,在滿足腐蝕要求的情況下盡量選擇便宜的材質(zhì),以最低的成本取得最長的設(shè)備使用壽命;五是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,配件易于購置。
3.2選型步驟
一是列出基本數(shù)據(jù)。蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力,即為考慮管道系統(tǒng)中的壓力損失后的數(shù)據(jù);蒸汽進(jìn)出壓縮機(jī)的溫度(℃)是指對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度;蒸汽流量(t/h、m3/h、L/min)流量在MVR系統(tǒng)中一般指質(zhì)量流量,在壓縮機(jī)中又常指體積流量,指體積流量時(shí)是指蒸汽壓縮機(jī)單位時(shí)間內(nèi)排出的蒸汽統(tǒng)計(jì)折算到進(jìn)汽狀態(tài)的量。
蒸汽中雜質(zhì)氣體的特性包括名稱、腐蝕性、毒性等;蒸汽中雜質(zhì)氣體的含量(wt%);蒸汽中所含固、液體的顆粒直徑(mm)、含量(wt%)。
二是確定壓縮機(jī)流量。流量是選擇壓縮機(jī)時(shí)最先要考慮的參數(shù),一般額定流量在工藝計(jì)算時(shí)即已確定。如果工藝計(jì)算中已經(jīng)給出最小、正常、最大流量時(shí),應(yīng)按最大流量考慮;如果工藝計(jì)算中只給出了正常流量,應(yīng)考慮留有一定的余量,以滿足變工況需求。在選擇壓縮機(jī)流量時(shí),應(yīng)了解所有用汽設(shè)備的流量,按照正常流量(質(zhì)量流量)總和的1.1倍選擇壓縮機(jī)流量。一般工業(yè)用壓縮機(jī)在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量,但必須考慮工藝變化時(shí)對(duì)流量的影響。
三是確定壓縮機(jī)溫升。在壓縮機(jī)的流量確定之后,需根據(jù)工藝系統(tǒng)的要求確定蒸汽壓縮機(jī)的溫升。壓縮機(jī)的溫升應(yīng)考慮管路的損失。在無特殊要求的情況下,壓縮機(jī)的溫升須留有0.5~1℃的余量。
四是確定壓縮機(jī)型式。確定壓縮機(jī)型式時(shí),須遵循如下原則:盡量在壓縮機(jī)的流量、溫升覆蓋范圍內(nèi)選取,避免出現(xiàn)超參數(shù)定制情況,這將大大增加壓縮機(jī)的成本;盡量避免在壓縮機(jī)的流量、溫升覆蓋范圍兩端進(jìn)行選擇,極端情形下往往壓縮機(jī)的效率并不高。質(zhì)量流量5t/h以上盡量選擇離心式壓縮機(jī),以下則盡量選擇羅茨式壓縮機(jī);能選擇單級(jí)壓縮機(jī)的,盡量選擇單級(jí),級(jí)數(shù)越多,則效率越低;溫升不高(10℃以下),且客戶有指定需進(jìn)口產(chǎn)品時(shí),可選擇焊接葉片的離心風(fēng)機(jī);壓比或溫升非常高時(shí),可選擇螺桿壓縮機(jī);對(duì)流量要求嚴(yán)格時(shí),優(yōu)先選用羅茨機(jī)組,對(duì)壓力波動(dòng)要求嚴(yán)格時(shí),優(yōu)先選用離心機(jī)組。同等情況下,推薦選擇順序?yàn)椋簡渭?jí)高速離心>單級(jí)羅茨>單級(jí)焊接離心風(fēng)機(jī)>多級(jí)離心。
五是確定材質(zhì)。壓縮機(jī)材質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的成分及性質(zhì)、工作溫度、工作壓力進(jìn)行初選,并最終由壓縮機(jī)供應(yīng)商對(duì)壓縮機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)介質(zhì)為純水蒸氣或含有無腐蝕性的雜質(zhì)氣體時(shí),壓縮機(jī)材質(zhì)可選用普通碳鋼、碳鋼涂層或304不銹鋼;當(dāng)介質(zhì)為含有腐蝕性雜質(zhì)的水蒸氣時(shí),壓縮機(jī)材質(zhì)可選用碳鋼涂層、316L、雙相不銹鋼、鈦及鈦合金等。常見推薦材質(zhì)見附錄B;材質(zhì)初定后,須交由壓縮機(jī)供應(yīng)商對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行材質(zhì)的強(qiáng)度復(fù)核,以確定是否滿足工作溫度、工作壓力下對(duì)轉(zhuǎn)速、膨脹系數(shù)、強(qiáng)度、振動(dòng)等的要求,如不滿足要求,須由高一等級(jí)的材質(zhì)替代。
六是確定壓縮機(jī)能耗。壓縮機(jī)能耗可根據(jù)附錄A初步確定,以作為系統(tǒng)初步方案使用。最終能耗數(shù)據(jù)以供貨商提供的正式文件為準(zhǔn)。
四、壓縮機(jī)參數(shù)初步核算
4.1壓縮機(jī)參數(shù)核算符號(hào)說明

4.2已知參數(shù)
根據(jù)MVR工藝系統(tǒng)熱質(zhì)平衡計(jì)算得到如下已知輸入?yún)?shù):

4.3求解參數(shù)

進(jìn)口飽和蒸汽參數(shù):根據(jù)“Tsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》分別得到壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽壓力psi;壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽焓值HGsi;壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽比容VGsi。根據(jù)蒸發(fā)“m0”“VGsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》得到壓縮機(jī)進(jìn)口蒸汽體積流量Vi。
出口蒸汽參數(shù):根據(jù)“ΔT”得到;根據(jù)“Tso”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》分別得到壓縮機(jī)出口飽和蒸汽壓力pso、壓縮機(jī)出口飽和蒸汽焓值HGso、壓縮機(jī)出口飽和蒸汽比容VGso、減溫水流量m1、壓縮機(jī)壓比π。根據(jù)蒸發(fā)“m0”“VGso”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》得到壓縮機(jī)進(jìn)口蒸汽體積流量Vo。
壓縮機(jī)功率及電耗如下:




工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了考慮系統(tǒng)參數(shù)的要求,也要結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn),二者有機(jī)的結(jié)合才能確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
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蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)起源于十九世紀(jì)30年代,經(jīng)過研究實(shí)踐,到二十世紀(jì)初瑞士制造出第一個(gè)簡單的MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。MVR是蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)的簡稱,是一種通過壓縮機(jī)做功重新利用系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽的能量,從而無須再使用生蒸汽的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工、食品、造紙、醫(yī)藥、海水淡化及污水處理等領(lǐng)域。
MVR的工作過程是將低溫位的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮,提高其溫度、壓力,增加其熱焓,然后進(jìn)入換熱器,從而充分利用蒸汽的潛熱。與其它蒸發(fā)技術(shù)相比,MVR系統(tǒng)還具有占地面積小、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行成本低等其它優(yōu)勢,壓縮機(jī)作為核心設(shè)備是實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢的關(guān)鍵。
機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)是指用于蒸發(fā)濃縮系統(tǒng),與蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)結(jié)合,循環(huán)利用蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的二次蒸汽,以達(dá)到節(jié)約能源目的的以機(jī)械能作為推動(dòng)力的壓縮機(jī)系統(tǒng)。壓縮機(jī)的分類有多種方法,可按照工作原理、溫升/壓升、材質(zhì)、級(jí)數(shù)、流量、產(chǎn)地等。
一、蒸汽壓縮機(jī)分類與工作范圍
按蒸汽壓縮機(jī)工作原理可分為容積式和透平式兩大類。透平式又分為離心式、軸流式、混流式;容積式又分為羅茨式、葉氏式、滑片式、螺桿式、活塞式、柱塞式、隔膜式等幾種。上面各種類型的壓縮機(jī)在世界范圍內(nèi)都有研究和生產(chǎn)。但截止目前,結(jié)合工作范圍、效率、成本等多種因素,工程上實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用的只有羅茨式和離心式兩種類型,另外螺桿式壓縮機(jī)也有少量的應(yīng)用,因此,本文中對(duì)壓縮機(jī)選型的研究只針對(duì)羅茨式和離心式兩種。不同類型蒸汽壓縮機(jī)適應(yīng)的工作范圍也不同,常用蒸汽壓縮機(jī)的工作范圍如圖1所示。
二、常用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)的原理及系統(tǒng)特點(diǎn)
2.1羅茨式機(jī)組
羅茨機(jī)組工作原理是利用兩個(gè)葉形轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來壓縮和輸送氣體的回轉(zhuǎn)容積式增壓設(shè)備。這種壓縮機(jī)靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積,在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中從吸氣口帶走氣體,當(dāng)移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時(shí),因有較高壓力的氣體回流,這時(shí)工作容積中的壓力突然升高,然后將氣體輸送到排氣通道,兩轉(zhuǎn)子依次交替工作。羅茨機(jī)組的適用情況一般為壓比1.2~2范圍內(nèi),該范圍內(nèi)體積流量較大。負(fù)載對(duì)流量恒定要求嚴(yán)格時(shí),宜優(yōu)先選用羅茨鼓風(fēng)機(jī)。因?yàn)榱_茨鼓風(fēng)機(jī)屬于恒流量風(fēng)機(jī),工作的主參數(shù)是風(fēng)量,輸出的壓力隨管道和負(fù)載的變化而變化,風(fēng)量變化很小。
羅茨機(jī)組優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為兩轉(zhuǎn)子互不接觸,它們之間靠嚴(yán)密控制的間隙實(shí)現(xiàn)密封,無摩擦,排出的氣體無油污染;結(jié)構(gòu)簡單,制造方便;壓力變化對(duì)風(fēng)量影響小,基本屬于定容增壓設(shè)備;無喘振工況,變工況性能良好;汽蝕情況較少;占地面積小,便于布置和安裝;轉(zhuǎn)速低,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,維護(hù)方便,耐用;機(jī)組成本較低。
羅茨機(jī)組缺陷表現(xiàn)為由于周期性的吸、排氣和瞬時(shí)等容壓縮造成氣流速度和壓力的脈動(dòng),因而會(huì)產(chǎn)生較大的氣體動(dòng)力噪聲,進(jìn)出口需裝設(shè)消聲器;流體輸送量偏小,100℃的蒸汽,一般限于10t/h;輸送高溫升蒸汽時(shí),碳鋼涂層的葉輪,由于線脹系數(shù)不一致,涂層有脫落風(fēng)險(xiǎn),不銹鋼制葉輪,因線脹系數(shù)大,有抱死風(fēng)險(xiǎn);大容量羅茨壓縮機(jī)的成本偏高;單級(jí)壓比不大,通常小于1.7,最高可達(dá)2.1,可以多級(jí)串聯(lián)使用。單級(jí)溫升一般可到15℃左右;機(jī)組絕熱效率較低。
2.2離心式機(jī)組
離心式機(jī)組是一種動(dòng)力式機(jī)組,在其中有一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪使氣體加速,主氣流是徑向的。離心式機(jī)組屬于透平式壓縮機(jī)組。其工作原理為離心式機(jī)組是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉(zhuǎn),使氣體產(chǎn)生離心力,由于氣體在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng),從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高,連續(xù)的生產(chǎn)出壓縮空氣。
離心機(jī)組優(yōu)點(diǎn)為氣缸容積大,葉輪可高速旋轉(zhuǎn),故可實(shí)現(xiàn)大流量,大功率的應(yīng)用;透平機(jī)械介質(zhì)連續(xù)不斷,所以進(jìn)排汽均勻平穩(wěn),無脈沖現(xiàn)象;屬于恒壓壓縮機(jī),輸出的流量隨負(fù)載變化而變化,輸出壓力基本不變,利于在工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下調(diào)節(jié)負(fù)荷;結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小,占地少;密封效果好,泄露率低;壓縮過程機(jī)內(nèi)無需潤滑,可以做到絕對(duì)無油;運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),操作可靠,性能曲線平穩(wěn),操作范圍較廣,維護(hù)費(fèi)用及人員少;離心式壓縮機(jī)組中的單級(jí)高速機(jī)組效率高,單級(jí)壓比大。
離心機(jī)組缺陷為機(jī)組存在喘振邊界和阻塞邊界,不適用于流量太小或壓比過高的場合;穩(wěn)定工作區(qū)較窄,汽量調(diào)節(jié)方便但經(jīng)濟(jì)性較差;葉輪轉(zhuǎn)速高,有可能產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng);且運(yùn)行中要防止喘振工況的發(fā)生;操作相對(duì)復(fù)雜,設(shè)備技術(shù)含量高,維護(hù)費(fèi)用較大;存在汽蝕情況;機(jī)組價(jià)格相對(duì)偏高。
三、壓縮機(jī)選用方法
壓縮機(jī)的選用應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目工藝參數(shù)、蒸汽成分及特點(diǎn)、項(xiàng)目預(yù)算等綜合進(jìn)行評(píng)判,從而選定最優(yōu)的壓縮機(jī)組型式、型號(hào)、材質(zhì)、能耗等,以得到最優(yōu)的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能。蒸汽壓縮機(jī)是MVR蒸發(fā)濃縮結(jié)晶系統(tǒng)最大的耗能設(shè)備,合理的選擇壓縮機(jī)的型式和型號(hào)對(duì)全系統(tǒng)的能耗起著決定性的作用;同時(shí),蒸汽壓縮機(jī)又是全系統(tǒng)價(jià)格最高的外購件,合理選型利于系統(tǒng)初始投資的降低,提高系統(tǒng)的競爭力。
3.1選型原則
所謂合理選型,就是要綜合考慮壓縮機(jī)組和壓縮機(jī)站的投資和運(yùn)行費(fèi)用等綜合性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),使之符合經(jīng)濟(jì)、安全、適用的原則。具體來說,有以下幾個(gè)方面:一是必須滿足使用流量和有效溫升(飽和溫升)的要求,即要求壓縮機(jī)的運(yùn)行工況點(diǎn)(裝置特性曲線與壓縮機(jī)的性能曲線的交點(diǎn))經(jīng)常保持在高效區(qū)間運(yùn)行,這樣既節(jié)省動(dòng)力又不易損壞機(jī)件;二是所選擇的壓縮機(jī)既要體積小、重量輕、造價(jià)便宜,又要具有良好的特性和較高的效率;三是具有良好的抗喘振性能,運(yùn)行平穩(wěn)、壽命長;四是具有良好的抗腐蝕性能,在滿足腐蝕要求的情況下盡量選擇便宜的材質(zhì),以最低的成本取得最長的設(shè)備使用壽命;五是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便,配件易于購置。
3.2選型步驟
一是列出基本數(shù)據(jù)。蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓力,即為考慮管道系統(tǒng)中的壓力損失后的數(shù)據(jù);蒸汽進(jìn)出壓縮機(jī)的溫度(℃)是指對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度;蒸汽流量(t/h、m3/h、L/min)流量在MVR系統(tǒng)中一般指質(zhì)量流量,在壓縮機(jī)中又常指體積流量,指體積流量時(shí)是指蒸汽壓縮機(jī)單位時(shí)間內(nèi)排出的蒸汽統(tǒng)計(jì)折算到進(jìn)汽狀態(tài)的量。
蒸汽中雜質(zhì)氣體的特性包括名稱、腐蝕性、毒性等;蒸汽中雜質(zhì)氣體的含量(wt%);蒸汽中所含固、液體的顆粒直徑(mm)、含量(wt%)。
二是確定壓縮機(jī)流量。流量是選擇壓縮機(jī)時(shí)最先要考慮的參數(shù),一般額定流量在工藝計(jì)算時(shí)即已確定。如果工藝計(jì)算中已經(jīng)給出最小、正常、最大流量時(shí),應(yīng)按最大流量考慮;如果工藝計(jì)算中只給出了正常流量,應(yīng)考慮留有一定的余量,以滿足變工況需求。在選擇壓縮機(jī)流量時(shí),應(yīng)了解所有用汽設(shè)備的流量,按照正常流量(質(zhì)量流量)總和的1.1倍選擇壓縮機(jī)流量。一般工業(yè)用壓縮機(jī)在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量,但必須考慮工藝變化時(shí)對(duì)流量的影響。
三是確定壓縮機(jī)溫升。在壓縮機(jī)的流量確定之后,需根據(jù)工藝系統(tǒng)的要求確定蒸汽壓縮機(jī)的溫升。壓縮機(jī)的溫升應(yīng)考慮管路的損失。在無特殊要求的情況下,壓縮機(jī)的溫升須留有0.5~1℃的余量。
四是確定壓縮機(jī)型式。確定壓縮機(jī)型式時(shí),須遵循如下原則:盡量在壓縮機(jī)的流量、溫升覆蓋范圍內(nèi)選取,避免出現(xiàn)超參數(shù)定制情況,這將大大增加壓縮機(jī)的成本;盡量避免在壓縮機(jī)的流量、溫升覆蓋范圍兩端進(jìn)行選擇,極端情形下往往壓縮機(jī)的效率并不高。質(zhì)量流量5t/h以上盡量選擇離心式壓縮機(jī),以下則盡量選擇羅茨式壓縮機(jī);能選擇單級(jí)壓縮機(jī)的,盡量選擇單級(jí),級(jí)數(shù)越多,則效率越低;溫升不高(10℃以下),且客戶有指定需進(jìn)口產(chǎn)品時(shí),可選擇焊接葉片的離心風(fēng)機(jī);壓比或溫升非常高時(shí),可選擇螺桿壓縮機(jī);對(duì)流量要求嚴(yán)格時(shí),優(yōu)先選用羅茨機(jī)組,對(duì)壓力波動(dòng)要求嚴(yán)格時(shí),優(yōu)先選用離心機(jī)組。同等情況下,推薦選擇順序?yàn)椋簡渭?jí)高速離心>單級(jí)羅茨>單級(jí)焊接離心風(fēng)機(jī)>多級(jí)離心。
五是確定材質(zhì)。壓縮機(jī)材質(zhì)的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的成分及性質(zhì)、工作溫度、工作壓力進(jìn)行初選,并最終由壓縮機(jī)供應(yīng)商對(duì)壓縮機(jī)強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)介質(zhì)為純水蒸氣或含有無腐蝕性的雜質(zhì)氣體時(shí),壓縮機(jī)材質(zhì)可選用普通碳鋼、碳鋼涂層或304不銹鋼;當(dāng)介質(zhì)為含有腐蝕性雜質(zhì)的水蒸氣時(shí),壓縮機(jī)材質(zhì)可選用碳鋼涂層、316L、雙相不銹鋼、鈦及鈦合金等。常見推薦材質(zhì)見附錄B;材質(zhì)初定后,須交由壓縮機(jī)供應(yīng)商對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行材質(zhì)的強(qiáng)度復(fù)核,以確定是否滿足工作溫度、工作壓力下對(duì)轉(zhuǎn)速、膨脹系數(shù)、強(qiáng)度、振動(dòng)等的要求,如不滿足要求,須由高一等級(jí)的材質(zhì)替代。
六是確定壓縮機(jī)能耗。壓縮機(jī)能耗可根據(jù)附錄A初步確定,以作為系統(tǒng)初步方案使用。最終能耗數(shù)據(jù)以供貨商提供的正式文件為準(zhǔn)。
四、壓縮機(jī)參數(shù)初步核算
4.1壓縮機(jī)參數(shù)核算符號(hào)說明
4.2已知參數(shù)
根據(jù)MVR工藝系統(tǒng)熱質(zhì)平衡計(jì)算得到如下已知輸入?yún)?shù):
4.3求解參數(shù)
進(jìn)口飽和蒸汽參數(shù):根據(jù)“Tsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》分別得到壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽壓力psi;壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽焓值HGsi;壓縮機(jī)進(jìn)口飽和蒸汽比容VGsi。根據(jù)蒸發(fā)“m0”“VGsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》得到壓縮機(jī)進(jìn)口蒸汽體積流量Vi。
出口蒸汽參數(shù):根據(jù)“ΔT”得到;根據(jù)“Tso”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》分別得到壓縮機(jī)出口飽和蒸汽壓力pso、壓縮機(jī)出口飽和蒸汽焓值HGso、壓縮機(jī)出口飽和蒸汽比容VGso、減溫水流量m1、壓縮機(jī)壓比π。根據(jù)蒸發(fā)“m0”“VGso”由IAPWS-IF97《水和水蒸氣性質(zhì)公式》得到壓縮機(jī)進(jìn)口蒸汽體積流量Vo。
壓縮機(jī)功率及電耗如下:
工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)除了考慮系統(tǒng)參數(shù)的要求,也要結(jié)合設(shè)備的特點(diǎn),二者有機(jī)的結(jié)合才能確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
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