蒸汽再压缩式蒸发器

2003年6月Jun.,2003Chlor-AlkaliIndustry󰀁蒸发与固碱󰀁

蒸汽再压缩式蒸发器

李承志

󰀁

(北京紫宸宏业科技有限公司,北京100084)

󰀁󰀁[关键词]蒸汽再压缩;蒸发器;工艺;结构;特点

[摘󰀁要]介绍了新型热泵蒸发装置󰀁蒸汽再压缩式蒸发器的工作原理及工艺流程,并与双效蒸发、双效蒸发加喷射泵两种蒸发方式的运行费用进行了对比,体现其明显的节能效果,生产能力8万t/a的烧碱蒸发工序耗蒸汽及电力总费用为88万元/a。

[中图分类号]TQ114.268;TQ114.15󰀁󰀁[文献标识码]A󰀁󰀁[文章编号]1008-133X(2003)06-0018-03

Vaporrecompressionevaporators

LICheng-zhi

(BeijingZichenHongyeScientificandTechnologicalCo.,Ltd.,Beijing100084,China)

Keywords:vapor

recompression;evaporator;process;structure;characteristic

Abstract:Theworkingprincipleandflowpathofanewtypeevaporatorwithheatpump󰀁vaporre-compressionevaporatorwasintroduced.Itsrunningcostswerecomparedwiththatofthedouble-effectevaporationprocess,andthatofthedouble-effectevaporationprocesscombinedwithejectorpumps.Thisprocessshowedobviousenergy-savingresults.Thecostofsteamandelectricityconsumedinevaporationofcausticsodawas8.8󰀁104󰀁RMBperyearina80kt/afacility.󰀁󰀁蒸汽再压缩式(VaporRe-Compression,简称VRC)蒸发器是一种新型的节能型蒸发器,经济效益十分显著。它是将蒸发产生的二次蒸汽经压缩升温后作为热源再利用,是开路循环的热泵蒸发设备。可广泛应用于碱液浓缩、糖液浓缩、化工及造纸废液处理、海水淡化等工艺过程。在国外VRC装置已

经得到大量工业化应用。国内一家深具实力的科技

公司也已开发出成熟的相关产品和技术,可满足市场需要。

1󰀁原理和工艺

该蒸发器工艺流程如图1所示。

图1󰀁VRC工艺流程图

[收稿日期]2003-01-24

18第6期

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁李承志:蒸汽再压缩式蒸发器󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

2003年6月

󰀁󰀁蒸发器产生的二次蒸汽不能直接作为该蒸发器的加热热源返回使用,但被压缩机压缩之后,二次蒸汽温度升高,高于蒸发器内被加热介质的温度,则可返回作为加热热源再利用。

被蒸发的原料先与由蒸发器蒸汽腔排出的热冷凝水及少量的生蒸汽进行热交换,当料液加热至近100󰀁时,进入板式蒸发器蒸发。蒸发产生的二次蒸汽被压缩后作为热源再利用。被蒸发的原料在其浓度达到要求后排出蒸发器。

该装置除启动时需要使用外来蒸汽之外,在正常运转时,蒸发器本身不需要再使用外来蒸汽热源,也不需要冷却水及相关冷凝设备。

蒸发与固碱

传热部分的加热元件。该结构是由两块板重合在一起,在周边结合后再使之胀起。加热蒸汽走里面,原料液在外面自然流下并以膜状覆盖于加热元件的表面。

2󰀁蒸发器结构和操作

在蒸发器内有两套特殊的加热元件,如图2所示。

图3󰀁VRC蒸发器结构简图

这种结构可使流下的液体保持在饱和温度,使蒸发操作基本维持在无过热温升的情况下进行,因而蒸发的蒸汽温度上升很小就能满足生产要求。也就是说具有稳定的有效传热温差,这是蒸汽再压缩式蒸发器的突出优点,很节能。

此外,不凝气体的脱除效率也很高。因为加热蒸汽是被分配到一个个的加热元件中,所以形成一种压出流;不凝气体则可以不断地被脱除掉,从而使

图2󰀁加热元件示意图

蒸发器保持很高的传热效率。

浓缩液被强制循环,循环液由加热元件的表面上方自然流下,在此进行热交换而发生蒸发。蒸发产生的蒸汽离开加热元件的侧面而上升,所以几乎不过热地送往压缩机。二次蒸汽被压缩机压缩成高温蒸汽,再送到蒸发器内的加热元件内部作为热源。为了消除压缩机中蒸汽的过热现象(压缩过程会使二次蒸汽变成过热蒸汽),需要不断地向压缩机内注入少许蒸汽冷凝液,以便把蒸汽温度降低到与压缩机排出压力相当的饱和温度。

加热蒸汽在加热元件内凝结成水,通过排出阀排出。一部分送到预热器去预热原料,另外一部分送进压缩机去消除蒸汽的过热。

浓缩过程在同一个蒸发器内分两段进行。第一段是将原料蒸发至最终浓度的50%,待半浓缩的料液溢流过蒸发器底部的隔板进入第二段,在第二段再浓缩到产品所要求的最终浓度,然后送出蒸发器。

蒸发器的内部结构如图3所示,其特点反映在

3󰀁节能效果

这种新型热泵蒸发装置在正常运行时,除原料预热使用极少量蒸汽(约为原料的2%)外,不需要其它的蒸汽热源。当然,压缩机一定要靠电来驱动,会产生额外的电耗。

以11200kg/h蒸发水量的生产装置为例,该装置需要传热面积533󰀁2m2,压缩机马达功率400kW,循环泵马达功率15󰀁2kW。

供给该浓缩装置的能量与蒸发能量的运行结果对比如下:

(1)蒸发能量。

2253kJ/kg󰀁11200kg/h=25234.7󰀁10kJ/h。

(2)供给能量。原料预热蒸汽:

2107kJ/kg󰀁230kg/h=485󰀁10kJ/h;蒸汽压缩实际功耗:

193

3

蒸发与固碱󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁氯碱工业󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2003年第6期

3595kJ/(kW󰀁h)󰀁300kW=1078󰀁103kJ/h;循环泵功耗:

3595kJ/(kW󰀁h)󰀁30kW=109󰀁10kJ/h。以上合计:1672󰀁103kJ/h。(3)能量比。

1672󰀁10kJ/h󰀁100%=6.6%。325234.7󰀁10kJ/h

3

3

一般情况下,供给能量达到蒸发能量的7%~8%,即可满足额定蒸发的生产需求。

4󰀁经济效益比较

蒸汽再压缩式蒸发装置与其它两种蒸发方式的运行费用对比情况见表1。

表1󰀁蒸汽再压缩式蒸发装置与其它蒸发方式的运行费用对比情况

蒸发技术类型VRC装置双效蒸发双效蒸发加喷射泵

总蒸发量/(kg/h)

112001120011200

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁电耗/(kW󰀁h)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

循环泵303030

压缩机300󰀁󰀁

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁运行费用/(万元/a)󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁蒸汽12342228

电力7677

合计88349235

󰀁󰀁注:蒸汽单价75元/t;电力单价:0.32元/(kW󰀁h);运行时间:7200h/a。

5󰀁特点

(1)热泵蒸发技术热效率高,节能效果显著。只需要耗费少量的高质能(电能、机械能)就可获得较多的热能,因而减少了能源的浪费。

(2)热泵蒸发技术的采用可省去大的锅炉房,节省燃料,减少大气污染。余热得到利用的同时也减少了热污染,因而使城市环境卫生得到改善,有利于生态平衡。

(3)结构紧凑,占地面积小。可省去复杂的冷却(上接第16页)3.2󰀁工作原理

轴上的叶轮偏心安装在圆柱形泵体内,并可在其中转动。叶轮的转动使工作液在泵体内形成一个转动的液环,液环在叶轮的2个叶片之间脉动。在吸气侧,液环逐渐远离叶轮轮毂,气体通过圆盘上的吸气口轴向进入机器内;在排气侧,液环又逐渐靠近轮毂,气体被压缩并通过圆盘上的排气口轴向排出。3.3󰀁主要技术指标

输气量进气压力最高工作压力

2376m3/h;低于45kPa;0.35MPa。

标准转速电机功率

󰀁

740r/min;90kW;

设备和大量的冷却用水。

(4)装置的运转和压缩机的驱动方式,可根据具体条件因地制宜,如选用电力、汽轮机、燃气机等方式,均可达到工艺生产要求。

(5)蒸发系统操作方便,运行安全可靠,易于实现系统的自动化控制。

6󰀁结论

VRC蒸发器是老厂蒸发改造或新建蒸发装置的首选。

[编辑:董红果]

4󰀁运行费用比较

不同型号氢气压缩机的运行费用情况见表1。

表1󰀁3种氢气压缩机的运行费用

项目电耗维修费合计

SZ-444.4.5049.14

YLJ-1000/0.3

38.442.0040.44

万元/a󰀁22.32暂无23.222BE1253-8DY8

󰀁󰀁注:1.运转时间按8000h/a计;2.满负荷(5万t/a烧碱)运转时,SZ-4和YLJ-1000/0.3型泵按2台计,2BE1253-8DY8型泵按1台计。

从表1可以看出,西门子2BE1253-8DY8型压缩机节电效果十分明显,运行费用较低,主机性能稳定,是较为理想的氢气输送设备。

3.4󰀁使用情况

改造后,2BE1253-8DY8型压缩机已连续运转近1年,累计运转时间接近8000h,平均电机电流150A(工作电流),平均输送能力2000m3/h,是SZ-4型水环式压缩机和YLJ-1000/0.3型液环式压缩机的2倍,主要工作状况表现在输送能力大、主机运转稳定、操作易控制、故障维修率低、能够有效利用能源、可平衡系统压力、解决供需平衡等方面,是我厂输送氢气较为理想的设备。205󰀁结语

通过对3种型号氢气压缩机的结构、性能、使用

状况的比较,可以得出这样的结论:SZ-4型氢气压缩机投资较少,运行费用高,设备较落后,属即将淘汰类产品,不宜采用;YLJ-1000/0.3型投资不大,运行费用偏高,比较适合小型氯碱厂采用;2BE1253-8DY8型虽然运行费用低,但一次性投资大,适合大、中型氯碱厂采用。

[编辑:蔡春艳]