機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術的原理

及應用

1.機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術

1.1機械蒸汽再反縮技術與高鹽廢水簡介

機械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)技術（MVR）,是重新利用蒸發(fā)

濃縮過程產生的二次蒸汽的冷凝潛熱，從而減少蒸發(fā)濃縮過

程對外界能源需求的一項先進節(jié)能技術。

高鹽廢水是工業(yè)含鹽廢水中較常見的一種，含鹽廢水主

要含有高濃度的無機鹽，如Na\Cl\Ca2\K\SCV一等,

其鹽含量（以NaCl含量計）至少為1%,通常為1%?5%。

屬于難處理的廢水之一。高鹽廢水的總溶解固體物TDS多在

10000-25000mg/L；含鹽成分復雜，主要含有Na\Ca2\

2

Mg2+、K\Cl\SO4\N03\HCO3\硅、重金屬離子等，

當結垢離子Ca2+、Mg2\硅等含量較多時可能會導致設備較

嚴重結垢，CT含量較多則會對設備產生腐蝕；有機物含量較

高且難降解，如濃縮液，它的COD含量約100?600mg/L。

1.2MVR組成及應用領域

MVR系統主要組成包括：預熱器、布膜器、換熱器（列

管）、氣液分離器、壓縮機、控制系統（PLC、CPU、壓力/

溫度傳感器）、清洗系統、真空系統。蒸發(fā)器和蒸汽壓縮機

是MVR技術工藝中的核心設備。

MVR具體組成部件：計量罐、母液罐、凝結水罐、閃

蒸罐、離心機、壓縮機、輸送泵、循環(huán)泵、出料泵、母液泵、

凝結水泵、真空靈、管道及附件、控制柜、CPU、電源模塊、

開關、存儲卡、底板、工控機、顯示器、組態(tài)軟件、開關電

源、隔離變送器、控制柜、熱電阻、壓力變送器、液位變送

器、流量計、調節(jié)閥、減壓閥、變頻柜、噴淋泵、噴嘴和管

道等。

MVR適合處理高鹽廢水，處理量范圍很廣，約為

251/h?50t/h（幾百噸/小時），蒸發(fā)溫度為40-100℃o

許多化工生產過程均會產生含鹽廢水，所含鹽類主要是

氯化鈉、氯化鐵、硫酸鈉、亞硫酸鈉等，由于含鹽廢水成分

復雜，無法使用單一方式一步處理，應根據廢水中含鹽量和

有機物濃度的不同，采用不同的組合工藝。MVR技術可以

應用在整個廢水處理工段的前端和后端。當廢水含鹽量較高

時，使用膜技術而生物處理技術效果較差，應在工藝前端使

用MVR蒸發(fā)去除鹽類。鹽類結晶后資源回收，此時二次汽

凝水中含有較高COD,可先后經過菌類氧化還原、混凝沉淀

等處理，污泥做廢固處理，清液達標排放。此時出鹽內含有

一定的COD,可根據資源回收的要求進一步處理或者直接做

固廢處理。當廢水含鹽量較低時，在工藝前端可采用生物處

理技術和膜技術（膜處理前需采用預處理等措施以滿足膜的

要求）進行濃縮，淡水回用。初步濃縮后可采用MVR蒸發(fā)技

術分離回收鹽類。此時二次汽凝水中僅含有少量COD,可根

據實際情況達標排放、直接利用或進一步純化。

圖1-1MVR技術處理高鹽廢水工藝流程圖

［污泥

含鹽廢水—~T調節(jié)池—T生化處理

清液

I,濃水廠____1-1-----

MyR卜二膜?離|一｛清水池卜

鹽類回收一］的排放一|淡/回用

圖1-2MVR技術處理低鹽廢水工藝流程圖

此外，MVR技術在垃圾滲濾液處理、煤化工廢水處理、

電廠脫硫廢水處理、電鍍廢水處理、醫(yī)藥廢水處理等高難度

廢水處理領域具有很好的發(fā)展?jié)摿刂聊壳澳闙VR蒸汽機

械的市場規(guī)模達到了231.51億元，同比增長20%,從事相

關產業(yè)的企業(yè)超過了1200家。

2.MVR流程及原理

2.1MVR操作原理

圖27MVR技術處理含鹽廢水工藝流程圖

圖2-2MVR系統工作流程圖

MVR通過鮮蒸汽余熱在管外給熱，將溶液加熱沸騰產

生二次蒸汽，產生的蒸汽，經過除沫器后，進入壓縮機。蒸

汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焰增加，系統內的溫

度提升5?20℃。然后作為加熱熱源進入加熱室與溶液換熱蒸

發(fā)，以充分利用蒸汽的潛熱，換熱后的水分最終變成冷凝水

排出。除開車啟動外，整個蒸發(fā)過程中無需生蒸汽。達到沸

點的料液噴入蒸發(fā)結晶分離器中，通過閃蒸作用產生大量的

二次蒸汽，料液溫度降低，產生飽和溶液，合格的濃縮液在

蒸發(fā)結晶器內不斷結晶，析出鹽分晶體形成晶漿。晶漿送至

過濾器或離心機，分離得到固體鹽分，可作為化工原料或固

體垃圾被填埋處置，母液回流至換熱器再次被加熱。

在實際的MVR系統中，系統運行溫度往往高于原料液

溫度，為了降低系統能耗，通常在系統中配置預熱器，利用

高溫潔凈水對原料液進行加熱。產品的濃縮度在50%左右時

僅機械壓縮蒸發(fā)器就能完成，當所需濃度為60%時則需安裝

閃蒸設備。

-

MVR降膜蒸發(fā)MVR工作庾里mp4

■

MVR升膜蒸發(fā)MVR升膜蒸發(fā)mp4

圖2-3MVR降膜升膜動畫

2.2多種MVR形式

2.2.1MVR降膜蒸發(fā)

MVR降膜蒸發(fā)器便于清洗，可處理粘度小于600cp的

物料。MVR降膜蒸發(fā)蒸發(fā)器中，液體和蒸汽自上而下并流

而行。料液首先經預熱器至沸騰，流經布液器形成均勻的液

膜進入管內蒸發(fā)。蒸發(fā)產生的二次蒸汽通過蒸發(fā)器底部進入

分離器，分離出二次蒸汽，二次蒸汽通過縮機做功，再送到

蒸發(fā)器中作為加熱蒸汽使用。

降膜蒸發(fā)器一次性投入小，傳熱系數高于其它形式的蒸

發(fā)器。二次蒸汽走列管外，濃液走列管內，列管有高達6?30m

之間。可以蒸發(fā)砧度較大的物料，尤其適用于熱敏性物料的

低溫蒸發(fā)，如牛奶、污水處理等，但不適合處理有結晶或結

垢的物料。

2.2.2MVR強制循環(huán)蒸發(fā)

物料在換熱器的換熱管內被換熱管外的蒸汽加熱溫度

升高，在循環(huán)泵作用下物料上升到蒸發(fā)分離器中，在蒸發(fā)分

離器內由于物料的靜壓下降使物料發(fā)生蒸發(fā)。蒸發(fā)產生二次

蒸汽從物料中溢出，物料被濃縮產生過飽和而使結晶生長，

解除過飽和的物料進入強制循環(huán)泵從循環(huán)管路中用出料泵

輸出。蒸發(fā)分離器內的二次蒸汽經過蒸發(fā)分離器上部的分離

和除沫裝置凈化而輸送到壓縮機，經壓縮后輸送到換熱器殼

程用作蒸發(fā)器的加熱蒸汽，實現熱能循環(huán)蒸發(fā)。

MVR強制循環(huán)蒸發(fā)適用于易結晶、結垢、黏度較大物

料濃縮和蒸發(fā)結晶。這種蒸發(fā)器利用外加動力將循環(huán)管下降

的溶液和部分原料液送到加熱室。這樣大大加快了循環(huán)速度,

蒸發(fā)效率較高，結垢傾向低，但是能耗較高。

圖2-4MVR強制循環(huán)蒸發(fā)流程圖

2.2.3MVR-FC連續(xù)結晶

MVR-FC連續(xù)結晶的晶體粒度約在0.1?0.84mm的范圍,

多用于NaCl、Na2so4、NH4cl的蒸發(fā)結晶。該工藝能實現連

續(xù)結晶過程。

連續(xù)結晶具有收效高、能耗低、母液少、產品質量好、

自動化程度高、設備占地面積小及操作人員少等優(yōu)點。一套

連續(xù)結晶器可以取代數套乃至數十套間歇結晶器，在低溫下

進行蒸發(fā)結晶，不但不需要蒸汽，而且無需冷凍水。

2.2.4MVR-板式蒸發(fā)

板式蒸發(fā)器每個板片組由成對焊接在一起的板片組成。

加熱蒸汽在焊接通道內冷凝，而產品則在墊片密封的通道內

進行蒸發(fā)。特殊的波紋狀板型產生高強度的湍流，傳熱系數

得到極大的提升。并且可以在溫差僅3-4℃時工作，整個板

片內的高強度湍流不僅僅減少了結垢，而且使得化學清洗更

加有效。

板式蒸發(fā)器具有傳熱效率高（K在3000-6000w/m2）、占

地面積小、易于維護、設備換熱面積可調整、熱損失小、壓

力損失小和使用安全可靠的特點。

225MVR-橫管降膜蒸發(fā)（水平管降膜蒸發(fā)）

橫管降膜蒸發(fā)濃縮單元的進料經預熱器預熱后經循環(huán)

泵至一套噴嘴，物料被噴淋到熱交換管的外面形成薄膜，在

管外發(fā)生降膜蒸發(fā)，而蒸發(fā)產生的二次蒸汽通過壓縮機壓縮

加壓（升溫）后，再進入熱交換管內進行換熱，進而作為蒸

發(fā)熱源在管內冷凝，使管外的薄液膜蒸發(fā)。蒸發(fā)器的濃縮液

匯集一起，送下游強制循環(huán)系統。最高效的節(jié)能蒸發(fā)技術,

也是海水淡化和脫鹽的主流技術。

對于光滑管而言，水平管降膜的傳熱系數3倍于閃蒸,

2倍于豎直管降膜蒸發(fā)。而且，由于原料液在管外蒸發(fā)，其

成膜情況及結垢情況可以方便地觀察并測定，因而易于實現

控制。其中熱流密度、蒸發(fā)溫度、噴淋密度、海水鹽度、管

束布置對傳熱過程的影響。

適用于結構便向低、粘度小的廢水濃縮，可將廢水濃縮

至接近飽和（TDS：20%?25%）。有晶體析出應采用強制循

環(huán)。

橫管等聯黑發(fā)原理

L

然彳

￡

圖2-5橫管薄膜蒸發(fā)

2.2.6MVR升膜蒸發(fā)：

原料液預熱后由底部進入蒸發(fā)器，加熱蒸汽在管外冷凝。

溶液受熱后迅速汽化，所生成的二次蒸汽在管內高速上升,

將料液貼著管內壁拉曳成薄膜狀并使之繼續(xù)蒸發(fā)，汽液在頂

部分離器分離。壓縮機把二次蒸汽壓縮后作為加熱蒸汽輸送

到換熱器殼程用于蒸發(fā)器熱源。實現連續(xù)蒸發(fā)過程。

特點：換熱效率高、能耗低，設備對廠房高度要求低。

升膜蒸發(fā)器適用于蒸發(fā)量小、熱敏性及起泡沫的溶液，或低

沸點揮發(fā)性有機物。不適用于粘度大、易結垢或有結晶析出

的溶液。可用于油田廢水、碳酸鈉和氯化鐵等溶液的蒸發(fā)濃

縮。

2.2.7MVR強制循環(huán)蒸發(fā)器+冷凍結晶：

原料液在強制循環(huán)蒸發(fā)器中進行蒸發(fā)濃縮，二次蒸汽經

過分離除沫后進入壓縮機，經壓縮機壓縮生成高溫氣體，進

入換熱器殼程換熱；原料液在強制循環(huán)蒸發(fā)器中不斷蒸發(fā)濃

縮，濃縮液達到一定濃度后進入結晶系統中，濃縮液經冷凍

液換熱后降溫，冷卻析出晶體，以達到結晶目的。

應用范圍：適用于產生結晶、高粘度物料蒸發(fā)濃縮過程，

物料溶解度與溫度成正比例關系，且隨溫度的變化溶解度變

化較大。

2.2.8兩效單體MVR蒸發(fā)工藝

單效MVR系統是基于MVR技術的系統中形式最簡單

的，其在海水淡化與鹽溶液處理等領域得到廣泛研究與應用。

以傳統兩效蒸發(fā)系統和單效MVR蒸發(fā)系統為基礎設計的。

相同工況下系統運行能耗相較于單效MVR蒸發(fā)系統，平均

節(jié)約50.6%的能量消耗（來自于文獻《兩效機械蒸汽再壓縮

蒸發(fā)系統性能分析》），進一步提高節(jié)能效果。但是設備投資

和操作費用較高。

.一機

9二次蒸汽

10帆八二八H也飛a5二次蒸汽

*，、「$、小、□

4

15

樸充蒸汽

排出格液冷散水

M,、T,叫

11冷凝水

12fM：「T”、H”

32j/wv1進料

預熱器3預熱器2預熱器1

圖2-6MVR并聯雙效工藝流程（a）

1凝水箱；2預熱器；3脩膻旋發(fā)器；4然制的環(huán)蒸發(fā)加熱室；5：強制循環(huán)蒸發(fā)室;心氣液分離器：7破汽壓端機;⑻結晶分鬻器K9品庫儲存

堪;J）原料液系盯I凝水泵:我循環(huán)很

圖2-6MVR并聯雙效工藝流程（b）

MVR并聯雙效工藝流程（a）：兩效MVR系統處于穩(wěn)定

運行狀態(tài)時的物料經冷凝水和濃溶液預熱后，依次通過一效、

二效蒸發(fā)器。一效蒸發(fā)器產生的二次蒸汽4進入二效蒸發(fā)器，

作為其加熱蒸汽;二效蒸發(fā)器產生的二次蒸汽5進壓縮機，提

高其溫度和壓力后，作為一效蒸發(fā)器的加熱蒸汽，使二次蒸

汽5中所含的潛熱得到有效利用，避免了直接冷凝造成的熱

量損失。濃縮后的物料從二效蒸發(fā)器中排出。

MVR并聯雙效工藝流程(b)：原料液經預熱器②與從

兩個蒸發(fā)器中出來的高溫蒸汽冷凝水進行換熱，達到設定蒸

發(fā)溫度后進入降膜蒸發(fā)器③，在熱源蒸汽作用下沸騰換熱蒸

發(fā)，產生的飽和濃溶液進入強制循環(huán)蒸發(fā)器④、⑤進行過飽

和蒸發(fā)，產生的晶漿通入結晶分離器⑧，分離后晶體通入儲

存罐⑨，飽和溶液則通過循環(huán)泵?回到強制循環(huán)蒸發(fā)器進一

步蒸發(fā)至達到結晶出料量，剩余飽和溶液可以通過卸液閥排

出；兩個蒸發(fā)器產生的二次蒸汽先通入氣液分離器⑥，將氣

體中夾雜的液滴去除后進入蒸汽壓縮機⑦，壓縮后產生高溫

高壓過熱蒸汽，通過系統產生的冷凝水進行噴水處理至飽和

狀態(tài)作為蒸發(fā)料液所需的熱源蒸汽，分別通入兩個蒸發(fā)器;

蒸汽換熱形成的冷凝水通過冷凝水泵?進入凝水罐①。系統

中新鮮蒸氣僅在系統啟動階段或運行中熱量損失過多時使

用。

2.3設計參數

物料特性分圻主要包括：

1物料所含的成分；

2物料在蒸發(fā)過程中是否伴有結晶析出；

3物料的黏度、比熱、密度和沸點升高等。

單一物料可通過查閱相關表格獲取參數，但工業(yè)高鹽廢

水多為混合型的料液，其相關數據需通過模擬估算得到。

物料的黏度是選擇蒸發(fā)器類型的依據，要掌握料液在不

同溫度、不同濃度時其黏度數值的變化。比熱是計算蒸發(fā)器

換熱面積的重要參數，有些比熱容易查到，而有些料液比較

特殊，不是單一物料，混合型的料液其比熱值在缺乏數據情

況下可按下式公式進行估算。

C=l-0.7B,

B為料液濃度％,并以蒸發(fā)前的料液濃度為計算濃度

（不計在蒸發(fā)過程中物料比熱的微小變化）。料液密度是物料

衡算及確定進料管徑的重要參數，關系到料液在管中的流速,

相同料液不同濃度及不同料液的密度都不相同，設計前必須

要掌握料液的密度。

有些料液在生產過程中還伴有結晶。對生產過程中出現

結晶的料液，應該按照結晶蒸發(fā)器進行設計，尤其是分離器、

出料泵形式的確定及選擇。對出料伴有結晶析出的泵應選用

能夠輸出料液中含有顆粒的泵，如泥漿泵等。

MVR蒸發(fā).器殼程加熱蒸汽壓力分為兩種一種為正壓，

另一種為負壓。正壓操作過程中，殼程加熱溫度在105?HOC

之間，一般不超過120°C,微正壓操作比較常見；負壓操作

過程中，殼程加熱溫度在75?96℃之間，要設置冷凝器，進

入冷凝器的二次蒸汽量按蒸發(fā)量的5%~10%計算即可滿足生

產需要。

沸點就等于同樣壓力下的飽和溫度。二者雖然數值相等,

但意義卻不同。飽和溫度是對于蒸發(fā)過程而言的，而沸點是

對于沸騰過程。蒸發(fā)發(fā)生在氣液交互的表面，而沸騰發(fā)生在

液體內部具有氣化核心的地方。對飽和蒸氣繼續(xù)加熱，蒸氣

的溫度才升高，超過飽和溫度，叫過熱蒸氣。

沸點升高：在同一壓力下，溶液的沸點要比純水的沸點

高，兩種沸點的差別叫做溶液的沸點升高。溶液的沸點升高

常由實驗測得。

汽化潛熱即溫度不變時，單位質量的某種液體物質在汽

化過程中所吸收的熱量。汽化潛熱隨壓力升高而減少。

凝結熱是指單位質量蒸汽凝結時放出的熱量，數值上等

于同溫度下的汽化熱。

在MVR技術中的壓縮溫升定義為進出口蒸汽實際壓力

對應的飽和溫度之差。

2.3.1設備工藝參數確定

曾

入

口

圖2-7MVR含鹽廢水深度綜合處理系統示意圖

2.3.1.1計算物料守恒和熱量衡算

qt-qd+qb

qfXf=qbXb

式中:qf—原料液的進料量，kg/h；qa一產生二次蒸汽的

量，kg/h；qb一濃縮液的量，kg/h；Xf—原料液中溶質的質量

分數，%;Xb—濃縮液中溶質的質量分數，%-

Cjehvl-C|fCpc(t-tc2)-^C|dhv2

式中：qe—加熱蒸汽的消耗量，kg/h；hw—加熱蒸汽的

焰值，kJ/kg；Cpc—原料液的比熱容，kJ/(kg?℃)；t—原料液

的飽和溫度，℃;上一原料液的預定溫度，℃;卜2—產生

二次蒸汽的焰值，kJ/kgo

Qex~KiAjAt

式中：Qex—蒸發(fā)器的總換熱量，kJ/h；Ki—蒸發(fā)器的總

傳熱系數，W/(m2-℃)；Ai—蒸發(fā)器的換熱面積，m2；At—

平均溫度差，°C。

2.3.L2壓縮機做的功，將氣體在離心壓縮機內的升溫加壓過

程看成多變壓縮過程：

w=\Md^—pevv(E<y-^y-1)］小

Md為進入壓縮機的蒸汽質量流量，Pe、Pd分別為壓縮

機入口壓力和壓縮機出口壓力；￡為壓縮機壓比，取￡=Pd/Pe；

其中y、〃九分別為絕熱指數和壓縮效率。在實際壓縮過程中，

壓縮機內為多變過程，不僅僅是等燧過程。

2.3.1.3循環(huán)泵

得=朝

PVP

Fp、p、物分別為物料泵輸送的流體流量、密度和循環(huán)

泵的效率。

2.3.1.4COP效能系數(能效比)可簡單定義為原料液蒸發(fā)吸

收的熱量與壓縮機耗功之比，COP=第

2.3.1.5物料循環(huán)倍率CR定義為物料內部循環(huán)質量流量與入

口物料質量流量之比。

物料預熱

23L6預熱器。

a物料進入蒸發(fā)器前為常溫，按20℃計算，預熱使溫度

升高。

Q=MxCx{tn—

Q-----物料預熱所需熱量，kcal/h；

M-----料液質量流量，kg/h；

C——料液比熱,此處按kcal/(kg?℃)計算；

tn,tn-1——物料預熱前后的溫度，℃。

b預熱器換熱面積■板式換熱面積

Q=KAAt

逆流計算傳熱溫差:=th,in"tc,outth,out-tc,in；順流傳

熱溫差:△tI=th,in-tc,in=th,ouftc,out

A"一A12

△t=

In△ti/

/△t2

冷凝水98960℃；98T60℃

料液50<-20℃；20今50℃

實際換熱面積比計算的要大一些(乘以1.25)

231.7蒸發(fā)器換熱面積：

DR=Wr+SC(ti-to)+Q+q

式中：D—為用于一效的加熱蒸汽量，kg/h；R—蒸汽潛

熱，kcal/kg；W—二次蒸汽量，kg/h；r—二次蒸汽潛熱，

kcal/kg；Q一預熱熱量，kcal/h；q一熱損失，kcal/h,此處熱

損失按6%計入；S—原料液的流量，kg/h；C—料液比熱，

kcal/(kg-℃)o

實際殼程所需要的飽和蒸汽量要有富余(乘以L06),

必須把熱損耗、額外蒸汽引出考慮進去，否則無法達到實際

的蒸發(fā)量。

2.3.1.7沸點升高

通常實驗測得的沸點升高是常壓狀態(tài)下的(見232.1沸

點升高測試步驟)，實際操作壓力下的溶液沸點升高可有下

式獲得

△'=fxA0

T2

0.0162x—

式中，△()為常壓下溶液的沸點升高，°C；「為實際操作

狀態(tài)下飽和水蒸汽的溫度，K；R為實際操作狀態(tài)下水的汽

化潛熱，kJ/kgo

0

溫度/102030405060

濃度/%

(a)溶液蒸汽壓示意圖(b)硫酸鍍溶液沸點升高

圖2-8溶液沸點升高變化關系圖

2.3.2公式應用舉例分析

設置廢水進料量、進料溫度、濃度等參數如下表1所示,

計算工藝參數。

表27MVR系統的工藝條件

工藝條件參數條件

廢水進料量0.72m3/h

進料溫度25℃

進料液濃度31000mg/L

濃縮倍數8

閃蒸罐設計壓力0.05MPa

2.3.2.1沸點升高測試步驟

溶液與溶劑的沸點差成為溶液的沸點升高。

測定沸點升高的實驗裝置如下：鐵架臺、油浴鍋、電子

天平、旋轉蒸發(fā)儀、溫度計(0-150℃)、冷凝管、玻璃塞。

實驗溶液：工廠排出的含硝酸錠的廢水。

實驗步驟：連接好實驗裝置，并通過油浴鍋將旋轉蒸發(fā)

儀中的溶液加熱至沸騰，用電子天平稱量冷凝水的質量，通

過冷凝水的質量可以計算出瓶中溶液的濃度(此處假設原料

液中均為非揮發(fā)性物質，冷凝水為不含鹽的純水)。通過讀取

插入旋轉蒸發(fā)儀中的溫度計獲得溶液沸點。

沸點升高結果：如下圖所示，實驗壓力為101KPa。將

溶液從初始濃度為3%濃縮到37%,沸點從101.8℃升高到

119.2℃o根據工藝條件，只需要將工廠廢水濃縮到初始濃

度的8倍，即24%,查出此時沸點為108.9°C,因此確定此

工廠廢水的沸點升高為8.9℃o

圖2-9沸點升高實驗裝置圖

6

)

/

?

T-溶液沸點(C)

10203040

溶液濃度(%)

圖270沸點升高曲線圖

2.322閃蒸罐、壓縮機、冷凝器、預熱器工藝參數的計算

表2-2MVR系統工藝設計參數

表2-2MVR系統工藝設計參數

Table2-2TheprocessdesignparametersofMVRsystem

參數符號/單位數值

蒸發(fā)量mo/(kg/h)612.5

出料量mA/(kg/h)87.5

蒸發(fā)溫度VCC)85

閃蒸壓力Po/(MPa)0.05

閃蒸罐進料溫度tp/(℃)94.3

閃蒸罐進料量m，(kg/h)37406

循環(huán)流量mr/(kg/h)37318.5

冷凝器進料溫度UCC)91

壓縮機進口溫度tvi/CC)75

壓縮機進口溫度Q/(C)91

冷凝器換熱面積A|/nT44.2

預熱器換熱面積Ai/m*5.2

⑴因熊上的工Z與曾碉定

①閃蔗U汽*電。|在這里定為75QC.

⑵內懸■中內液沸口也度，,?叫IlKCJ)HUIIM,

、■…=75t??r=?5rc<i)

式中.6為用液的沸點升高.-----------------

京■■度可由大，32)計?。角，mix二(nh-mp)*xs

mr■?,x(S-l)/5?700?(8?|”8612上歲b(2*2)

式中.SMOft.他為迷人暴發(fā)窗廢糕量.單位

④濃婚iMi菖量啊可以由我(2?3)計||句到：|m1x二mA*xs-

例j*/S*700H?S7Skg%QJ)

⑤因鍛■通科兼計算_____________________________

??網慧*的能?守恒：蒸發(fā)給就是潛熱

?fCk&=?A(24)

iwz?6ll$*232O.7/(IOxm)?v%m

式中.、為貝，11龍，1值.Q為UN的比熱《依W經儲取仇3.的&為

閃/4望：4Mq超盛汽的復友培.

閃蒸進料量等于進入蒸發(fā)器廢水量加上循環(huán)回流量

?冊環(huán)網近看間,可由式(2?5)計。:

叫,叫.歌Q??

W，*的設計”型(HG/T2OS7O.8書)二?漁分隔計.

分直器泰汽液it按五(2-10)計算，

-外卜AF?ISW$(2-101

大中.用、幾分制為W液和，汽的制更.單。為打加\、為靠敢,返甲取Qoions

果內??中液體含量(?火.0色僅打HA'SMS),

矗汽的體阻率可以通過三烏?計":Md蒸發(fā)量

Qv=Md/颯0。(2-11)

ttHflftM(M2)itti

Dc-0(M豳a?W0mm(2?I2)

由于宙要安裝支持，容;M整須比處同A校至少大100mm.

遺體的體枳詆速可以通過大(2-13)計P：

a?m,%00。(2J3)

國最"的片青■可以通過通取停鼎時向計II出，

匕=Q(2-14)

待液高度通過式(245)計我~------------

HL=VL卜4用D閃蒸罐直徑(2.15)

分寓率分屬高度iltn

〃、=L5Z).q=JOOO(M6>

大中?°,為選川Iti”冷，＞3.34x103(。?a)，”**025

分離家高度，=%?，,?

通過以上甘。.得到分帛型的L2.多數如表2?5所示.

表？?5分離舉工2等效

Tabk2-5Psmcknforurfwaikii/VCE

單自&ffi

mn1200

?NtMran44X5

MD200

IMI500

HH雙不訓H

同時.還需燙在分離室的上方和F方分別安裝H或檢得器，以便及曼蓬汽H度和洛

OS.

＜2i補驚根婚機rz，故.

?ii升必計H；

/“?0?IOr+6JI6CQS)

式中.。為*充*婚11運行過界中的冬片能■我失.

?出口部發(fā)L用由式＜2-7)if*：

，，嚴'.?M-7SV?l6t-9IV(2-7)

⑶冷凝在工2"計0;［主換熱器

冷*制遇內起度，.可［—(23)計內

用*3」號，匕閃蒸罐蒸發(fā)量m＞他閃避?蒸發(fā)熔心冷凝器進料溫度

叫4=q,-J*m進(2?8)

式中.火盆11遇，

冷修器我拉面相的計律：

QJ7)

式中?帙色-?,4，%0)1，內條口K-20OMW,1mC))?4?23.6m?

平均MiMft熱溫景1

&川?%TJJWLUKF卜》c(2-18)

fl腦XHI照面收計嶙1

Q??K*%伍19)

蒸汽預熱

A：-6I2.5X4.2/(?M5>(MIOX15>-€m：

拉中.撿俱￥0：”￡*「，JKj-W)0(Wm-V).

平均對叢及拄泡l均過大(2-20)計0：

然?■匕?，.)“5?4W硯」Tjd-/?U-I5t(2-20)

⑷預熱器匚藝參數計比：

料液預熱溫度口可由預熱器的熱質平衡式計芽。

預熱器的熱增平衡為：

此曝(42T°)=mfoCpfQ《bTo)(2-9)

2.4影響因素

實際MVR系統運行性能受到很多參數的影響，如物料

濃度、效能系數、壓縮溫升、蒸發(fā)溫度、進料溫度、進氣壓

強、冷凝液的溫度、閃蒸壓力、補充水的量、含水率、壓縮

比、能效比、換熱能力、循環(huán)倍率等。評價MVR蒸發(fā)結晶

系統性能的主要指標有系統的功耗量、總換熱面積、效能系

數(COP)等，其中系統功耗量決定了系統的運行費用，在

蒸發(fā)量一定的條件下決定了COP的大小，而換熱面積與系統

初投資及系統體積緊密相關。

2.4.1物料濃度

隨著溶液質量分數的升高，其比熱容值相應降低，同時

溶液沸點升高，傳熱溫差減小，總換熱面積增加；從整體來

說，進口物料濃度的增加，會導致物料中水分相變分離過程

阻力增大，在壓縮比不變的情況下，系統總的蒸發(fā)量會呈現

一個平緩下降趨勢。

溶液質量分數相同時。壓縮機壓縮比增加，壓縮機進口

蒸汽壓力不變，出口壓力增加，壓縮機功率增加，出口蒸汽

壓力增加，溫度升高，傳熱溫差增加，總換熱面積降低。

25

2

200Z

U注

zISO

大

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副0.0I

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)50.250.10

溶液質出分數/%

1一壓縮比2.2時區(qū)編機功率；2—瓜綿比2.0時K縮機功率；

3任柏比1.8時在嬪機功率;4區(qū)縮比2.2時揉熟面枳；

5—正輻比2.()時換熱面枳;6—壓縮比1.8時換熱面枳

圖2/1物料濃度對系統性能的影響

242效能系數

隨著溶液質量分數的增加，系統COP基本穩(wěn)定，表明

系統穩(wěn)定運行時性能穩(wěn)定。壓縮比增加，系統COP降低，

系統對能量的利用效率降低。這是由于溶液質量分數相同時,

蒸發(fā)量相同，系統可循環(huán)利用的能量相同，壓縮比增加，壓

縮機能耗增加，因此系統COP降低。

32

§

堪

瞭

R.05OJO0.150.200.25030

溶液質展分數1%

I瓜縮比1.8時系統C0P;2區(qū)心化2.0時吊統COP;

3一幾縮比2.2時系統（：（用

圖2-12效能系數對系統COP的影響

2.4.3壓縮溫升

在蒸發(fā)溫度保持不變的情況下，隨著壓縮溫升增加，系

統總功耗增大，主要原因在于壓縮溫升增大表示壓縮機的壓

比增大，蒸汽壓縮機的工作量增大，所以總功耗增大；總換

熱面積隨壓縮溫升的增加而減小，是因為在相同蒸發(fā)換熱量

的情況下，換熱溫差增大，所需換熱面積減小。綜上可以看

出，在蒸發(fā)溫度一定時，存在一個最佳的壓縮機飽和溫升,

使得系統總功耗和總換熱面積都相對較小。

680

菠發(fā)磊發(fā)為I00C

I200

M一系統總功訐

T

3T一總慢熱血枳

蒼

0

&

蕊

II121314

樂綿溫開工

(a)區(qū)維溫升的彩M)

圖2-13壓縮溫升的影響

2.4.4蒸發(fā)溫度

在壓縮溫升保持不變的情況下，隨著蒸發(fā)溫度升高，系

統總功耗降低，原因在于，高蒸發(fā)溫度會使進入壓縮機的二

次蒸汽溫度和壓力較高，提升同樣的溫度和壓力值，功耗少

于低蒸發(fā)溫度的情況?？倱Q熱面積隨蒸發(fā)溫度升高有小幅度

提升，壓縮溫升不變，維持蒸發(fā)溫度的升高需要增大換熱面

積，來彌補熱量的損失，并提高傳熱量。在壓縮溫升一定的

條件下，同樣存在一個最佳的蒸發(fā)溫度，使得系統總功耗和

總換熱面積都相對較小。

60U壓縮溫升為12c980

—o—97o

5，0系統總功耗

總換熱面枳

9QW

^E,

S4

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480,/工930

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4501-..J----------1

708090100110120130

蒸發(fā)祖升7c

(b)蒸發(fā)溫度的影響

圖274蒸發(fā)溫度的影響

2.4.5進料溫度

正數表示外界向系統補充蒸汽，負數表示系統向外界排

出蒸汽。當進料溫度低時，需要外界補充蒸汽預熱進料至泡

點狀態(tài)(某壓力下開始沸騰的溫度)，隨著進料溫度的增加，

外界向系統補充的蒸汽逐漸減少，當進料溫度增加到一定程

度后，系統不再需要外界補充蒸汽而能維持穩(wěn)定運行。當進

料溫度繼續(xù)增加，由于壓縮機壓縮蒸汽后，出口蒸汽有一定

的過熱度，過熱蒸汽作為生蒸汽會降低傳熱系數，需要噴入

一定量的冷凝水，使出口蒸汽至微過熱或者飽和狀態(tài)，當噴

入的冷凝水氣化后產生的蒸汽量超過預熱進料所需的蒸汽

量時，系統向外界排出蒸汽。排出蒸汽部分的能量是由壓縮

機提供的，這無形中增加系統總能耗，因此進料溫度應穩(wěn)定

在使補充蒸汽量為零的狀態(tài)，此狀態(tài)下的進料溫度為系統最

佳進料溫度。

30

4

大20

生

丈

混

娘

作O

"2（4050?）70180

進料溫度/七

圖275進料溫度對系統補充蒸汽的影響

246進氣壓強

當進氣壓強不變時，隨著進料溫度的升高，產生的二次

蒸汽量近似呈線性增大。而當進料溫度（未飽和）不變時,

隨著進料壓強的增大，產生的二次蒸汽的量依次減少。當蒸

汽提供熱量一定肝，進料的溫度越高，所攜帶的熱量就越多,

物料至沸騰前所需的熱量就越少，因此用于物料汽化的熱量

就越多，產生的二次蒸汽量也就越多（預熱用蒸汽時）。當

進料溫度過低時，產生的二次蒸汽量遠遠少于循環(huán)所需的蒸

汽量，會導致系統工作很不穩(wěn)定。當進料溫度不變時，壓強

越低，料液的沸點越低，物料至沸騰前的所需熱量越少，且

壓強的變化對汽化潛熱影響較?。ㄆ瘽摕犭S壓力升高而減

少），以至于用于物料汽化的熱量就越多。因此，蒸汽產生

量隨進料壓強的減少而增大。因此，在原料蒸發(fā)前需要一套

完備預熱系統，保證料液達到蒸發(fā)壓強下的沸點溫度。為了

充分利用能源，可以將冷凝液的余熱以及母液的余熱與原料

進行換熱。

2.4.7冷凝液（換熱后的液體）的溫度

當進氣壓強不變時，隨著冷凝液的溫度升高，二次蒸汽

的產生量略有降低。當冷凝液的溫度不變時，進氣壓強越大,

放出的蒸汽量越多。冷凝液的溫度越低，其具有的熱焰值越

小，在冷凝過程中蒸汽放出的熱量就越多。但由于蒸汽在冷

凝放熱時，絕大部分的熱量都來自于冷凝潛熱，冷凝液溫度

的變化對整個熱交換過程中影響較小，因此二次蒸汽的產生

量變化不大。當冷凝液溫度不變時，則蒸汽的換熱量一定,

蒸發(fā)壓強越大，物料的汽化潛熱也就越小，產生的二次蒸汽

量也就越多。而且蒸發(fā)壓強越大，壓縮后的過熱度就越大,

需要補充的水分也就越多，繼而產生的蒸汽量也就越多。因

此，冷凝液的溫度越低，所產生的循環(huán)蒸汽量也就越多。為

了保證有效的傳熱溫差，冷凝液的溫度需要高于蒸發(fā)溫度

5?8℃,而且此時循環(huán)蒸汽的增加量不到5%,當考慮熱損

失和蒸汽泄漏時，可認為能夠建立起完整的熱平衡。

-

q

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8

5

二

蟆

±

詔

8690102

度

溫/r

圖2?16循環(huán)蒸汽量與冷凝液溫度的關系

2.4.8閃蒸壓力

當系統進料量和閃蒸量不變時，隨著閃蒸壓力的增大,

閃蒸罐內物料的沸點升高，導致換熱能力減小，同時，壓縮

機的需求溫升升高，壓縮機出口蒸汽過熱度升高，下降管結

晶鹽含水率的上限值也升高。

2.4.9補充水的量

在進氣壓強不變時，補充水隨著壓縮比的增大而增大。

當壓縮比不變時，補充水的量基本上不隨蒸發(fā)壓強的變化而

變化。蒸發(fā)室壓強一定時，壓縮比越大，則壓縮蒸汽的過熱

度越大，消除過熱所需的補充水也就越多。而在一定的壓縮

比下，蒸發(fā)室壓強增大時，壓縮后蒸汽的過熱溫度略有增加,

故消除過熱所需的補充水的量也略有增加，但差別不太。在

有限的壓縮比內，補充水的量是少量的，而且補充水的作用

主要通過汽化吸熱來消除蒸汽的過熱，補充水的溫度高低對

系統影響不大。故可以使用冷凝水作為補充水的水源。

80

-70

J?=60

g50

40

30

20

1()

1.01.21.41.61.82.02.22.42.62.8

樂縮比￡

圖2?17補充水的量與蒸汽壓縮比的關系

2.4.10含水率

含水率（s）是進干燥器前的結晶鹽中水分的質量分數,

是衡量結晶鹽流動性及下料管設計的重要參數。隨物料循環(huán)

倍率CR的升高，換熱能力不斷增大，3不斷降低。在系統

閃蒸量不變的情況下，由于CR的增大，主換熱器物料側溫

差降低，換熱器平均對數溫差相應降低，換熱器的換熱能力

（11人=換熱系數U與換熱面積A的乘積，Q=UAt對數溫差）對

應增大，同時CR的增大，壓縮機需求壓比降低，壓縮機出

口蒸汽過熱度下降，干燥器內換熱量降低，進入干燥器的下

降管結晶鹽含水率的上限值下降。

2.4.11壓縮比

壓縮比越大，壓縮后的飽和溫度也越大，飽和蒸汽焰也

相應增大，同時由于壓縮比較大，使得蒸汽過熱度也較大,

為了消除過熱，需要補充的水分也增大，所以總的蒸汽熱量

是增大的。壓縮比不變時，進氣壓強越小，壓縮后的飽和溫

度越小，則汽化潛熱越大。壓縮比不變時，補充水的量基本

上不隨進氣壓強的變化而變化，所以總的換熱量是增大的。

進氣壓強不變時，循環(huán)蒸汽的量隨著壓縮比的增大而增大,

壓縮比不變時，進氣壓力越小時，換熱量就越大，循環(huán)蒸汽

的量越大。蒸汽冷凝放出的熱量越多，則相應產生的二次蒸

汽也越多。

2.4.12能效比

當進氣壓強不變時，能效比先是隨著壓縮比的增大而快

速減小，隨后減小的速度變慢并逐漸趨于水平極限值。能效

比與蒸發(fā)壓強的關系不大。壓縮比增大時，電動機消耗的功

率是呈現線性增加的，而換熱量增大的速度是逐漸減少的,

因此能效比的總體變化趨勢是減小的，并最終趨于極限值。

2413換熱能力

換熱能力是隨著壓縮比的增大而增大的，但換熱量增加

的范圍是很小的，考慮到壓縮的安全性和可操作性，應該將

壓縮比盡量降低。當壓縮比過小時，產生的循環(huán)蒸汽量偏小,

在實際的運行中會因蒸汽泄漏和熱量散失等原因造成系統

的工作很不穩(wěn)定。當壓縮比增大時能效比逐漸降低，當壓縮

比大于2時，能效比下降的速度逐漸變緩，但此時能效比

仍處于較高的值，綜合考慮，壓縮比選擇為2時較好，但

由于工程應用的復雜多變性，可將壓縮比控制的范圍左右各

擴大20%,因此，壓縮比控制在1.8?2.2之間較合適。

2.4.14循環(huán)倍率

由于物料循環(huán)過程中的閃蒸壓力和閃蒸量保持不變，隨

著CR的增大，熱側的蒸汽進口溫升需求對應減小，因此，

壓縮機前后的壓二匕值不斷降低，耗功減小，系統效率提高。

為了保證MVR蒸發(fā)體系運行的穩(wěn)定性，原料應該預熱

至飽和液體后再送到蒸發(fā)室內。從節(jié)約能源的角度來說，冷

凝水和濃縮液都可通過板式換熱對原料預熱。蒸發(fā)室殼程中

的冷凝水應保持與蒸發(fā)溫度的有效溫差在5?8°C。

3.MVR優(yōu)勢

3.1單效和三效蒸發(fā)器蒸發(fā)

單效蒸發(fā)系統的蒸發(fā)溫度通常為100℃。通過飽和水蒸

汽參數表可以清楚的發(fā)現100C的水蒸汽的氣化潛熱為

2257.89kJ/kg,0.6MPa(158.838℃)蒸汽的氣化潛熱為

2085.0kJ/kg,這說明1噸0.6MPa(158.838℃)蒸汽不能蒸

發(fā)1噸100C的水，理論上需要1.0829噸加熱蒸汽，加上蒸

發(fā)系統散熱等原因，蒸發(fā)一噸水實際需要的加熱蒸汽為

L2-1.3噸，即單蒸發(fā)系統的能效比為1.2/.3。而三效蒸發(fā)系

統由于三次利用了各級的二次蒸汽的氣化潛熱，理論上其能

效比為0.33,但實際上三效蒸發(fā)系統的能效比為0.42-0.46,

在計算中可取0.42。因為多效蒸發(fā)系統各級的蒸發(fā)溫度依次

降低，最后一級二次蒸汽溫度要高于冷卻水的溫度，因此,

蒸發(fā)系統的效數也不能過多，目前較為常見的為三效蒸發(fā)系

統。

3.2MVR優(yōu)勢

3.1.1運行成本低。

MVR蒸發(fā)技術在正常運行之后無需外加生蒸汽，無需

冷凝器以及冷卻循環(huán)水系統，使用MVR蒸發(fā)器的廠家，所

有投資基本上可以在設備使用6?12個月內回收。

3.L2熱效率高、節(jié)省能源、功耗低

通過研究表明，該技術與常規(guī)的單效蒸發(fā)設備相比，可

節(jié)省85%以上的標準煤；與三效蒸發(fā)設備相比，能夠節(jié)省60%

以上的標準煤。單效蒸發(fā)、蒸汽噴射低溫蒸發(fā)濃縮結晶系統

都需要消耗大量的蒸汽，能耗高，而冷凍結晶技術由于配備

大型的冷凍系統，能耗也很高。三效蒸發(fā)（冷凍水冷卻）雖然

在蒸汽消耗上比單效的要少，但由于需要配備一定的冷凍水

系統，導致其能耗也較高。每年使用MVR技術要比使用單

效蒸發(fā)系統節(jié)省的運行費用就達1850萬元左右，通常蒸發(fā)

量為10噸/小時的MVR低溫蒸發(fā)系統的投資在500-700萬

元左右，也就是說設備投資在幾個月就能全部回收。

3.1.3自動化程度高，操作簡便

MVR蒸發(fā)器采用工控機和PLC控制系統以及變頻技術,

完全實現了無人值守的全自動運行，自動化程度比較高，可

以一鍵操作，且對操作人員的要求專業(yè)性相對較低。

3.1.4占地面積小，節(jié)約場地空間

MVR蒸發(fā)器在與傳統蒸發(fā)器相同處理量的情況下，

MVR蒸發(fā)器所需占地面積遠遠小于傳統多效發(fā)設備。MVR

蒸發(fā)器可以設計成移動式結構，便于安裝、調試和運輸。

表3-1MVR與傳統蒸發(fā)器的比較

類型單效蒸發(fā)器四效蒸發(fā)器TVR蒸發(fā)器MVR蒸發(fā)器

能耗很高，蒸發(fā)較節(jié)能，4節(jié)能，TVR目前最節(jié)

一噸水需要效蒸發(fā)器，蒸發(fā)器，蒸能，蒸發(fā)1

一噸的蒸汽蒸發(fā)一噸水發(fā)1噸水需噸水，僅耗

需要0.3至1I要0.2到電20到80

0.5噸蒸汽0.3噸蒸汽度電

能源蒸汽蒸汽蒸汽電

運行成本較高高低較低

占地面積小小大小

蒸發(fā)量少大大0.T50噸/

小時

表3-2MVR與不同蒸發(fā)技術的比較

類型能否冷凍系統壽操作價綜合投資回綜合

結晶（冷卻）命連續(xù)格能耗收期評價

性

MVR能不需要長好較低短好

高

單效能不需要長好低高較長差

蒸發(fā)

三效能需要長好低高較長較差

蒸發(fā)

蒸汽能不需要長好低高較長差

噴射

冷凍能需要長好低高長差

結晶

膜否不需要短不好較較高長差

低

表3-3以蒸發(fā)量5t/h,含鹽量10%的氯化鈉溶液蒸發(fā)進行對比:

工藝運行功率蒸汽消耗運行費用備注

(kw)(t/h)(元/h)

電價峰時1.025

單效蒸發(fā)17.66.0912

元/kw.h；谷時

0.425元/kw.h；

三效蒸發(fā)312

17.62.0平均時段0.725

元/kw.h；蒸汽

蒸發(fā)

MVR210.00.05155150元/t

因此，MVR技術在能耗和投資回報期方面都是具有顯

著的優(yōu)勢的，MVR蒸發(fā)技術是非常適合于低溫蒸發(fā)濃縮、

結晶的。

4.目前存在的問題

MVR蒸發(fā)器在應用中也存在一些問題，這些問題主要

是溫升不夠，結垢結焦嚴重，生產能力不足，運行中出現泡

沫，蒸汽壓縮機出口溫度以及壓力不匹配，強制循環(huán)熱交換

器壓力升高，離心脫水機脫鹽效果欠佳，鹽漿排放操作時阻

塞，蒸發(fā)參數不穩(wěn)定，出料濃度不穩(wěn)定，蒸發(fā)效果不佳等。

4.1溫升不夠。

溫升不夠的工況，在投入合理的情況下，可選擇壓縮機

的串聯形式。使用MVR蒸發(fā)，其合理的溫升范圍為8~

20℃,沸點升高如果超過了18℃,MVR的蒸發(fā)優(yōu)勢不再明

顯。

4.2結構結焦

結垢結焦會使傳熱效果下降，單位時間內的蒸發(fā)量降低,

這樣可利用的壓縮二次蒸汽量減少，因此，對生產能力影響

會更加明顯。管內液膜不均導致蒸發(fā)不均問題，還會因為蒸

發(fā)過度在管壁析出部分溶質，形成結垢。另外，隨著生產時

間的延長，料液在蒸發(fā)過程中，出現結垢結焦情況和結晶析

出情況。生產時間隔一定時間要進行清洗，不清洗就會影響

蒸發(fā)器的使用性能，由于MVR蒸發(fā)器的特殊性，不能按時

清洗設備比較常見。這也造成生產能力不穩(wěn)定的原因之一。

在保證合理的壓力降和不造成腐蝕的前提下，提高溶液的流

速有助于減少污垢；設計時盡量低溫蒸發(fā)結晶，防止換熱面

結焦，也有利于防止結垢；換熱面加工工藝保證光滑，進一

步減少料液在換熱面結垢的機會。

結垢性離子一般為Ca2+、Mg2+,運行經驗表明，當結垢

22

性離子的含量W5mg/L時，CO3\HCO3-、SO4\SiC^-的

含量可以相對較高，此時板式換熱.器運行良好；隨著結垢性

22

離子的含量上升，CO3