南方水泵廠研究機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)熱力性能的階段性成果
??將絲光工藝廢堿液的回收與機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合起來，建立了用于絲光工藝淡堿回收的機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一、第二定律數(shù)學(xué)模型，編制了相應(yīng)的熱力性能計算軟件，研究了系統(tǒng)的能量利用和煙利用，南方水泵廠主要分析了傳熱溫差、蒸發(fā)溫度、出料濃度對蒸發(fā)量、壓縮機比耗功及擁效率的影響。此外，作者設(shè)計和建造了一套機械蒸汽再壓縮技術(shù)的實驗系統(tǒng)實驗平臺，對系統(tǒng)的主要影響參數(shù)進行了測試，主要結(jié)論包括：
??1、根據(jù)熱力學(xué)第一定律建立了絲光工藝淡堿回收的機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可知：隨著傳熱溫差增大，系統(tǒng)蒸發(fā)量增加，但壓縮機的比耗功也增大。為了使水泵更高效運行，需要在消耗較小壓縮機比功耗的情況下，得到較大的蒸發(fā)量，而較小的壓縮機比功耗需要較小的傳熱溫差，較大的蒸發(fā)量卻需要較大的傳熱溫差，因此，僅從熱力學(xué)第一定律未能確定出合適的傳熱溫差；隨著蒸發(fā)溫度的升高，比功耗有所下降，蒸發(fā)量基本保持不變。與傳熱溫差相比，蒸發(fā)溫度的改善顯得并不重要，這意味著蒸發(fā)溫度的選擇有更大的靈活性，在進行系統(tǒng)運行時，應(yīng)同時考慮真空度、壓縮機吸氣量以及系統(tǒng)散熱損失等因素；出料堿液濃度的變化對壓縮機比功耗基本沒有影響，但對蒸發(fā)量有一定影響，隨著出料堿液濃度的增加，蒸發(fā)量呈下降趨勢。因此，在滿足回用工藝要求的條件下，建議選用最低出料濃度。
??2、項目組利用熱力學(xué)第二定律分析了絲光工藝淡堿回收的機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的有用能利用情況。以進料堿液的初始狀態(tài)為參考狀態(tài)，建立了完整的煙分析模型。畑分析中，壓縮機、蒸發(fā)器、南方水泵及排放的畑損失占主要部分，分別占總損失的36.9%，31.2%，19.0%和9.2%,本系統(tǒng)煙效率為4.8%。這說明機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)雖然充分回收利用了二次蒸汽的余熱，具有較高的熱效率，但畑效率仍然很低。而且可用能損失主要來自壓縮機及蒸發(fā)器，占總數(shù)的68%。因此系統(tǒng)在設(shè)計及改進時，應(yīng)該著重減少壓縮機和蒸發(fā)器的不可逆損失。提高蒸發(fā)-冷凝器的性能是增大整個系統(tǒng)用能效率的關(guān)鍵所在。換熱器蒸汽側(cè)冷卻放熱的換熱系數(shù)要小于冷凝放熱時的換熱系數(shù)，因此，應(yīng)盡量消除蒸汽進入換熱器時的過熱度；采用換熱效率高的板式換熱器等。壓縮機是系統(tǒng)中另一個畑損失較大的部件，采用符合水蒸氣特性的壓縮機以及使壓縮機運行工況接近設(shè)計值，可以減小煙損失的。而冷凝水和出料濃堿液因為溫度和壓力較接近環(huán)境狀態(tài)，從能量的角度而言，“量”大“質(zhì)”低，基本沒有利用價值。
??3、根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分析了傳熱溫差、蒸發(fā)溫度、出料濃度畑效率的影響。結(jié)果表明：隨著傳熱溫差的增加，系統(tǒng)的煙效率先增加，后下降。當(dāng)傳熱溫差為6℃時，畑效率達到最大值，所以傳熱溫差5~7℃最好；蒸發(fā)溫度提高會使系統(tǒng)畑效率升高，但幅度很??；由于堿液與水的分離是不可逆過程，出料堿液濃度越高，不可逆程度越高，相應(yīng)的畑效率越低，在滿足回用工藝要求的條件下，建議選用最低出料濃度；隨著回收濃堿液溫度的升高，濃堿液和冷凝水的溫度不能被完全回收，造成排放煙和預(yù)熱器畑損失增大，系統(tǒng)的畑效率下降。因此應(yīng)該選用性能較好的預(yù)熱器，充分回收廢熱。
??4、實驗測試了蒸發(fā)溫度、傳熱溫差和出料濃度等熱力學(xué)參數(shù)對蒸發(fā)量、壓縮機比耗功及煙效率的影響。結(jié)果表明：蒸發(fā)溫度為81℃，堿液的出料濃度為20%時，傳熱溫差從4.8℃上升到12.1℃，系統(tǒng)比功耗從31.75kW?h/m3上升到80.56kW*h/m3，上升1.5倍，蒸發(fā)量從18.9kg/h上升至Ij36kg/h，下降近一倍，傳熱溫差6℃度左右時，煙效率最高。南方水泵廠發(fā)現(xiàn)，在傳熱溫差為6℃度左右時，能大大降低能耗，提高系統(tǒng)性能；當(dāng)換熱管內(nèi)外傳熱溫差維持在KTC，堿液的出料質(zhì)量濃度為20%時，蒸發(fā)溫度從65.2℃上升到84.2℃，產(chǎn)水率從31.8ks/h上升到32.7ks/h，上升了2.8%，壓縮機的比耗功從66.0kW?h/m3下降到55.0kW*h/m3,下降了16.7%。且隨著蒸發(fā)溫度升高，畑效率有升高的趨勢，幅度很小，在綜合考慮的情況下選較高的蒸發(fā)溫度；堿液出料濃度從24.5%降到18.7%，蒸發(fā)量從20.5kg/h提高到21.3kg/h,上升約3.9%，壓縮機比耗功基本不變，維持在33.5kW*h/m3，煙效率從2.13%提高到3.13%,堿液濃度越低，越有利于堿液與水的分離，相應(yīng)的煙效率越高。綜上，由于較低的出料濃度對應(yīng)著較高的系統(tǒng)蒸發(fā)量和畑效率，因此，在滿足生產(chǎn)工藝的條件下，建議選擇較低的出料濃度，即18%。
??5、通過實驗測試和理論分析認(rèn)為實驗系統(tǒng)有待改進。優(yōu)化蒸發(fā)冷凝器的設(shè)計，降低換熱溫差，降低蒸發(fā)一一冷凝器的煙損。南方管道泵是機械蒸汽再壓縮技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能直接影響實驗系統(tǒng)效率。提高蒸發(fā)溫度可提高蒸發(fā)-冷凝器的性能，但同時也提高了散熱損失，合理地設(shè)計蒸發(fā)溫度，以提高蒸發(fā)冷凝器的性能。模型有待改進，使得計算結(jié)果跟接近實驗結(jié)果，為實驗提供理論依據(jù)。
??項目組對機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術(shù)處理含廢堿液的系統(tǒng)進行了理論模擬分析和實驗研究，由于時間方面的限制，在以下幾方面仍可以做進一步深入研究。
??1、在機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的實驗研究中，由于在系統(tǒng)搭建時，未在系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)設(shè)置同時測試溫度和濃度的裝置，造成無法計算得到試驗中每個環(huán)節(jié)的煙損失。這在將來的實驗中可以加以改進。
??2、系統(tǒng)運行成本是廢堿液回收技術(shù)能否得到認(rèn)可的決定性因素，因此以后需對用于廢堿液回收的機械蒸汽再壓縮技術(shù)進行經(jīng)濟性分析，并與其它廢堿液回收技術(shù)進行比較。
??3、與新能源（如風(fēng)能、太陽能）利用相結(jié)合，或與其它廢堿液回收方式或能量利用過程相結(jié)合構(gòu)成集成系統(tǒng)，是提高該機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)性能、降低回收成本的有效途徑，這是以后南方水泵廠研究的重要內(nèi)容。
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