MVR并联双效蒸发结晶系统设计及研究-第2页-北极星水处理网

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4 实例计算

4.1 常压工况热力计算

将建立的系统数学模型编写为Matlab程序进行计算，得到系统稳定运行时的热力状态及主要设备的性能参数。以常压操作工况为例，设计任务参数见表2，其中㶲计算以10℃下的饱和状态为基准态。图1中各编号点的热力状态计算结果见表3。

参照系统㶲平衡方程建立，对涉及能量变化的设备分别进行㶲分析与计算，计算设备性能参数见表4。

4.2 传统多效蒸发结晶系统

针对上述计算实例，在相同的设计任务参数条件下，与传统多效蒸发结晶系统进行对比，参比系统以文献[32]所述前三效蒸发制盐系统为原型，该系统的流程图如图4所示，输入参数见表5。

多效蒸发结晶工艺第一效需不断通入新鲜蒸气。针对新鲜蒸气消耗量，当蒸发量在各效间的分配比例取1.0∶1.1∶1.2时，由于多效系统仅在第一效消耗新鲜蒸气，计算时同样取汽水比为1.1，理想状态下可得新鲜蒸汽的消耗量为5000kg/h，其中可利用的潜热量为3080kW。

多效蒸发结晶工艺末效二次蒸汽需另设冷凝器进行降温处理。针对末效能量平衡可得二次蒸汽量为6000kg/h，按照工业用水排放要求最高温度是60℃的要求，将末效60℃的二次蒸汽温度冷凝所需换热量为3929kW；冷凝器中冷却水采用初温为20℃的中水，出口温度为50℃，则所需的冷却水流量为112t/h。

4.3 对比分析

为对系统性能有直观的评价，引入效能系数（COP）和单位能耗来衡量系统性能。其中COP定义为原料液蒸发结晶过程吸收的热量与系统能耗之比，如式(40)。

单位能耗则定义为蒸发量为1kg时系统的能耗，如式(41)。

参照MVR系统㶲平衡方程的建立，对参比三效蒸发结晶系统建立㶲平衡方程，得到系统㶲效率和㶲损失。实际运行时，三效蒸发系统料液在各效间传递会消耗部分电能，但与蒸汽耗能相比不足1%，所以可将其忽略。两系统热力性能计算结果对比情况见表6

在相同蒸发量条件下，MVR方案能够回收利用蒸发产生的二次蒸汽潜热值，相比传统多效蒸发系统通过锅炉等蒸汽发生设备加热水而获得蒸汽，MVR方案只需要提供少量的电能就可获得满足蒸发要求的热源蒸汽，其COP值远超三效蒸发方案82.2%。

MVR并联双效蒸发结晶系统中，大部分蒸发在降膜蒸发器中进行，沸点升较低，浓溶液进入强制循环蒸发器后的蒸发量相对小一些，这样避免了水分全部在高浓度和沸点下进行蒸发；传统多效蒸发中末效是蒸发量最大的，末效也是系统浓度和沸点升最高的。因此MVR方案的单位能耗要比三效蒸发方案低，本计算实例中MVR方案的单位能耗仅为三效蒸发方案的17.6%。在能量分析方面，MVR方案性能与传统方案相比显著提高。

在㶲效率和㶲损失计算中，主要影响因素为支付㶲和收益㶲。MVR方案的支付㶲均来自电能，属于高品位能，理论上㶲值就是能量值，而三效蒸发方案的支付㶲大部分来自蒸汽热量，相比于电能，蒸汽的㶲值远小于能量值。由于蒸发量和产量相同，两个系统收益㶲持平，MVR方案的㶲效率比三效蒸发方案高51.5%，㶲损失比三效蒸发方案低24.7%。在㶲分析方面，MVR方案的系统热力学完善程度更高，节能效果更好。

5 结论

设计降膜式蒸发器与强制循环蒸发器联合使用MVR并联双效蒸发结晶系统，建立系统数学模型及㶲分析模型。以常压下5%的硫酸钠溶液蒸发结晶为计算实例，得到系统稳定运行时介质的热力状态及各设备的性能参数，引入传统三效蒸发结晶系统进行对比分析，得出如下主要结论。

（1）物料经降膜蒸发器的饱和处理后再进入强制循环蒸发器进一步结晶析出，既克服了降膜蒸发器物料适用范围的限制，也减少了强制循环蒸发器需要的驱动力，且系统能够连续运行。

（2）相同蒸发量条件下，MVR并联双效蒸发结晶系统COP值为21.4，㶲效率为49.1%，分别高于三效蒸发结晶系统82.2%和51.5%，可见MVR并联双效蒸发结晶系统有明显的效率优势和更高的热力学完善程度。

（3）同蒸发量时，MVR并联双效蒸发结晶系统与三效蒸发结晶系统的单位能耗之比为1∶5.7，而两个系统的㶲损失之比为1∶1.3，表明MVR并联双效蒸发结晶系统节能程度大，根本原因在于电能㶲值远大于蒸汽㶲值。

原标题：MVR并联双效蒸发结晶系统设计及研究

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