机械蒸汽再压缩蒸发系统的性能分析_顾承真

一、机械式蒸汽再压缩技术（以下简称MVR）是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，将低品位的蒸汽经压缩机的机械做功提升为高品位的蒸汽热源。

如此循环向蒸发系统提供热能，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。

在该系统中，预热阶段的热源由蒸汽发生器提供，直至物料开始蒸发产生蒸汽。

物料经过加热产生的二次蒸汽，通过压缩机压缩成为高温高压的蒸汽，在此产生的高温高压蒸汽作为加热的热源，蒸发腔内的物料经加热不断蒸发，而经过压缩机的高温高压蒸汽通过不断的换热，冷却变成冷凝水，即处理后的水。

压缩机作为整个系统的热源，实现了电能向热能的转换，避免了整个系统对外界生蒸汽的依赖与摄取。

二、MVR系统设备组成从MVR蒸发工艺流程不难看出，MVR蒸发系统是由各个设备串联在一起所组成，各设备之间要在热力学和传热学方面巧妙地匹配，以使整个系统达到最佳效果。

系统中的主要设备有以下4个：1、压缩机。

MVR压缩机的选型主要有罗茨压缩机和离心压缩机两种。

罗茨鼓风机常被用来压缩小流量的蒸汽，属于是容积型压缩机，其提供风量小，温升大，适用于蒸发量小，沸点升高大的物料。

离心式压缩机为压差式风机，提供的压差小，流量大，温升小，排气均匀，气流无脉冲，适合蒸发量较大，沸点升高较小的物料。

综合来看，离心式压缩机的稳定性要优于罗茨压缩机，但离心式压缩机有时会发生喘振现象，会导致压缩机不稳定。

2、蒸发器。

蒸发处理装置的型式一般分为升膜蒸发和降膜蒸发两种。

其主要根据处理物的特性、能耗进行选择。

目前，国内主要采用降膜蒸发方式。

3、热交换器。

在MVR热泵蒸发工艺过程中，所使用的换热器多为间壁式换热器。

在这类换热器内，冷热流体不直接接触，而是通过间壁进行换热。

生产中常用的间壁式换热器类型有：列管式换热器、波纹式换热器和螺旋式换热器。

4、气液分离器。

气液分离器是提供物料和二次蒸汽分离的场所。

其作用主要为将雾沫中的溶液聚集成液滴，把液滴与二次蒸汽分离。

值得一提的是，分离器的设计要充分考虑蒸发量、蒸发温度、物料粘度、分离器液位等因素。

影响MVR蒸发系统的因素分析概述机械蒸汽再压缩（MVR）技术，是将电能转换为压缩机的机械能，在通过压缩机叶轮对水蒸汽做功，将蒸发器产生的二次蒸汽进行再压缩，提高二次蒸汽的品味，再作为蒸发器的热源对原料液进行加热实现二次利用。

目前，也因为MVR蒸发系统从原理上更节能，致使利用电驱动的MVR压缩机已经广泛应用于食品饮料、化工、制药、环保等诸多行业。

MVR蒸发装置介绍MVR蒸发装置是蒸汽压缩机和蒸发系统的有机结合，整套蒸发系统的温升范围在20-24℃以内时，进行蒸发的一种方法。

当蒸发系统的温升超过以上温升范围，则不建议使用MVR蒸发系统。

MVR蒸发装置主要的优点有：能耗低，蒸发低含盐量的溶液到接近饱和溶液时，蒸发一吨水只需消耗电量约20-30kW（根据物料的沸点升确定），蒸发温度可根据物料特性进行合理选择；蒸发速度快：物料进、出设备只需十几秒，有利于处理热敏介质；蒸发温度可以控制在较低温度，低温蒸发可以降低材料的腐蚀和能耗的损失；通过使用蒸汽压缩机，能量循环利用更加充分，使MVR蒸发装置的运行能耗降低。

通常MVR蒸发装置主要由以下几大部分组成：MVR蒸汽压缩机、换热器、蒸发器、分离器、冷凝器、真空系统、机泵、仪表阀门、控制系统等组成。

MVR蒸发装置能量利用率高，自动化程度高，运行稳定，占地面积小，被越来越多的用户所接受。

但MVR蒸发系统在设计，运行中需考虑物料、海拔、设备、操作等诸多因素的影响，以下内容对可能影响MVR蒸发系统的各因素进行分析叙述。

一、蒸发原料特性的影响物料的主要物性参数有：密度、溶液组成成分、比热、粘度、沸点升高、表面张力、热敏性、腐蚀性等，密度、溶液组成成分、定压比热、粘度极大响了物料侧的传热系数，而传热系数的不同会直接影响蒸发面积的设计计算【1】。

粘度和表面张力，主要影响物料的汽、液分离过程和分离器的长径比的选择，在成膜蒸发过程中还会影响物料的布膜情况。

沸点升高，主要影响工艺流程的选择，蒸发温度的选择，温度梯度分布和蒸汽压缩机的选择。

机械蒸发再压缩技术处理垃圾渗滤液介绍1.引言由于膜滤浓缩液含有大量无机盐和难生化降解有机物，目前采用的回灌填埋场和外运处理均存在一定的弊端。

为了解决膜滤浓缩液处置这一难题，国内外学者、专家开展了蒸发技术应用于浓缩液处置方面的研究。

膜浓缩液采用蒸发浓缩不但能耗相当大，而且容易结垢，蒸发器要有很强的抗腐蚀能力，且存在浓缩液或残渣仍须进一步处理处置的问题；高级氧化+ 混凝沉降法对有机物有很好的去除效果，但是对总氮去除效果不明显；分离提取腐殖酸后的浓缩液虽然去除了难降解有机物，但盐浓度高；进入垃圾焚烧系统的浓缩液或再浓缩残渣中盐分转移到焚烧灰渣，大大增加焚烧灰渣处理和利用难度，如灰渣填埋可溶盐最终又进入渗滤液并加快富集。

显然，膜浓缩液的妥善处理处置是完善现行渗滤液处理主流组合工艺需要解决的关键问题和难题，从技术上说是可以解决的。

如：采用能耗低的机械压缩蒸发工艺(MVR) 对膜浓缩液进行浓缩。

浓缩液在进入蒸发器前分离提取腐殖酸、去除有机物和易结垢的金属离子，或加入阻垢剂减缓蒸发器结垢、延长连续运行时间、提高热效率。

再浓缩液或蒸发残渣经沥青固化后填埋。

2.MVR原理MVR的理论基础是波义耳定律推导而出，即PV/T = K，其含义是：一定质量的气体的压强*体积/温度为常数，也就意味着当气体的体积减小，压强增大时，气体的温度也会随即升高。

根据此原理，当稀薄的二次蒸汽在经体积压缩后其温度会随之升高，从而实现将低温、低压的蒸汽变成高温高压的蒸汽，进而可以作为热源再次加热需要被蒸发的原液，从而达到可以循环回收利用蒸汽的目的。

机械式蒸汽再压缩（MVR）蒸发器利用蒸发器中产生的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。

这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效，减少了对外部加热及冷却资源的需求，降低能耗，减少污染。

船舶机械蒸汽压缩海水淡化装置性能分析船舶机械蒸汽压缩海水淡化装置是船舶中重要的水处理设备之一，它能够将海水中的盐分和杂质分离出来，生成适宜人体饮用和船舶使用的淡水。

本文将对这种设备的性能进行分析。

首先，船舶机械蒸汽压缩海水淡化装置的主要优势在于其体积较小、设计合理、造价低廉等方面。

相对于传统的多级闪蒸蒸发器海水淡化技术，该设备在能够处理海水的同时减少了设备数量和安装位置的要求，同时在维护和保养方面也更加便捷。

其次，机械蒸汽压缩海水淡化装置具有处理能力强、效益高的特点。

其技术原理通过将海水中的盐分和杂质凝结，则能够较为高效地去除水中的盐分和杂质，从而提高淡水产出率和质量。

相对于其他海水淡化技术，这种设备在能够始终保持淡水质量的同时，有利于保护船舶的正常使用和人体健康。

最后，机械蒸汽压缩海水淡化装置在使用过程中还需注意其耗能量的问题，该设备在船舶移动过程中需要耗费大量的能源，因此在设备设计和选择方面需要更加关注其能效性。

在实践应用中，应该根据具体情况选择最优技术方案和设备配合，以达到最佳性能。

综上所述，船舶机械蒸汽压缩海水淡化装置的性能表现出在其体积较小、设计合理、造价低廉等方面具有优势，并且具有处理能力强、效益高、保护船舶和人体健康等特点。

在实际应用过程中，对其能源消耗需要更加关注，并且需要根据实际情况进行合理选择和配合，以达到最佳性能效果。

以下是一些与船舶机械蒸汽压缩海水淡化装置相关的数据，可以对其性能进行分析：1. 该设备的单台产水量通常在25-200吨/日之间。

这意味着一台设备一天内可以将25-200吨海水转化为淡水。

产水量的大小取决于设备的尺寸和设计，以及处理水量的要求。

当船只计划在海洋中航行一段时间时，这些设备可以有效满足船员的生活和工作需求。

2. 该设备的能源消耗通常在3-6千瓦时/吨之间。

能源消耗是评估设备效率的关键指标，它决定了设备在运行过程中是否节能环保。

尽管该设备的能源消耗较高，但是相对于传统的多级闪蒸蒸发器海水淡化设备而言，其处理效率更高，且输出的淡水更纯净，能够更好的保护船舶和人体健康。

时　代　农 机TIMES AGRICULTURAL MACHINERY第　４５　卷第　４　期２０１８　年　４　月　Ａｐｒ．２０１８ Ｖｏｌ．４５　Ｎｏ．４２０１８年第４期220机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统研究张承前摘　要：机械蒸汽再压缩蒸发技术是重新利用蒸发器内产生的二次蒸汽能量，从而减少对外界能源需求的一种节能技术。

其原理是：蒸发器内产生的二次蒸汽经压缩机压缩，使其压力、温度升高，热烩值增加，作为木蒸发器系统的加热热源使用，压缩蒸汽释放潜热冷凝成冷凝水，物料吸收热量继续产生二次蒸汽，二次蒸汽重复上述过程，这样物料不断进行循环蒸发，系统仅需要压缩机提供能量。

以ＭＶＲ技术为基础，提出了一种机械蒸汽再压缩蒸发结晶系统，采用升膜蒸发器与强制循环蒸发器联合并用。

其过程是物料经预热后，达到泡点温度进入升膜蒸发器蒸发，溶液浓缩到接近饱和状态在分离器分离，分离出来二次蒸汽经压缩机压缩后给两个蒸发器供热，而分离的浓缩液再强制循环浓缩结晶。

关键词：二次蒸汽；节能；结晶（山东科技大学机械电子工程学院，山东 青岛 266510）作者简介：张承前（１９９７－），男，山东淄博人，大学本科，研究方向：机械设计制造及其自动化。

１　机械蒸汽再压缩机技术的研究现状机械蒸汽再压缩作为一种高效的二次蒸汽热能回收在国外发展得比较成熟，得到广泛应用，并在节约能耗、减少环境污染方起到了显著作用。

而我国在上世纪70年代，受能源危机的影响，才有了机械蒸汽再压缩技术的发展，到现在我国的机械蒸汽再压缩技术尚处在研发阶段，整体技术远远落后于西方发达国家。

２　传统多效蒸发与ＭＶＲ蒸发２．１　多效蒸发蒸发过程主要分为单效蒸发和多效蒸发，单效蒸发：蒸发装置中只装有一个蒸发器，蒸发产生的二次蒸汽通过冷凝器冷凝排放，不经再次利用，称为单效蒸发；多效蒸发：将几个蒸发器串联使用，一般是将上一级的蒸发器产生的二次蒸汽作为下一级蒸发器的加热热源，加热蒸汽冷凝放热，料液吸收热量继续产生二次蒸汽，根据蒸发器的串联个数分为二效、三效、四效、五效等等，最后一个蒸发器内产生的二次蒸汽通过冷凝器冷凝排放，这样的蒸发过程也就被称为多效蒸发。

第42卷第3期2021年6月Vol.42,No.3June,2021机械蒸气再压缩系统再生高浓度溶液的性能研究文章编号：0253-4339（2021）03-0019-09doi：10.3969/j.issn.0253-4339.2021.03.019机械蒸气再压缩系统再生高浓度溶液的性能研究张勤灵刘晓华张涛（清华大学建筑技术科学系北京100084）摘要机械蒸气再压缩（MVR）系统是一种高效的蒸发系统，本文通过模拟与实验的方法对MVR系统再生高浓度CaCl2溶液的性能进行研究，分析了蒸发压力、入口溶液质量浓度等输入参数对MVR系统再生性能的影响。

研究结果表明:蒸发压力通过吸气密度影响再生速率，蒸发压力越大,再生速率越大，系统能耗越大;入口CaCl2溶液质量浓度为0.3，当蒸发压力从20kPa增至80kPa,MVR再生系统的SEC值从46.67kWh/m3增至79.51kWh/m3，系统COP从14.4降至&2。

入口溶液质量浓度通过溶液沸点温升影响MVR系统再生性能，溶液质量浓度越高，沸点温升越大，压缩机功耗越大;蒸发压力为20kPa,当入口CaCl2溶液质量浓度从0.25增至0.39时，系统SEC值从36.68kWh/m3增至75.76kWh/m3,系统COP从18.1降至9.1。

从溶液质量浓度、溶液等效含湿量以及蒸发压力3个维度分析,CaCl2溶液相比LiCl溶液和LiBr溶液在MVR系统中的再生性能最优。

关键词机械蒸气再压缩系统;溶液再生;CaCl溶液;数学模型中图分类号:TK11；TK14文献标识码：ARegeneration Performance of High Concentration Solution byMechanical Vapor Recompression SystemZhang Qinling Liu Xiaohua Zhang Tao(Department of Architectural Technology Science,Tsinghua University,Beijing,100084,China)Abstract A mechanical vapor recompression(MVR)system is an efficient evaporation system.In this study,the performance of an MVR system in generating high concentration CaCl2solutions was studied through simulation analysis and experiments.The influence of in­put parameters,including evaporation pressure and inlet dilute solution concentration,on the regeneration performance of the MVR system was studied.The regeneration rate is affected by evaporation pressure on which the suction density is depended.The higher the evaporation pressure,the higher the regeneration rate and energy consumption of the system.Under the condition that the concentration of the CaCl2 solution at the inlet was0.3,the SEC value of MVR regeneration system increased from46.67to79.51kWh/m3,and the COP of the sys­tem decreased from14.4to8.2when the evaporation pressure increased from20to80kPa.The concentration of the inlet solution affects the regeneration performance of the MVR system by increasing the boiling point of the solution.The higher the concentration of the solu­tion,the higher the boiling point,and the higher the power consumption of the compressor.Under the condition that the evaporation pres­sure was20kPa,the SEC value of the system increased from36.68to75.76kWh/m3,and the COP of the system decreased from18.1to 9.1when the concentration of inlet CaCl2solution increased from0.25to0.39.In terms of solution concentration,equivalent moisture con­tent,and evaporation pressure,the CaCl2solution had the best regeneration performance in the MVR system compared with the LiCl and LiBr solutions.Keywords mechanical vapor recompression system；solution regeneration；calcium chloride solution；mathematical model溶液除湿空调可以实现高效的空气除湿,其常用 高浓度的盐溶液作为液体干燥剂，如LiBr、LiCl、CaCl2等⑴。