産業排水ゼロ排出の分野では、「多段化学軟化＋多段膜濃縮分離＋蒸発晶析」プロセスが一般的に採用されています。蒸発晶析は多重効用蒸発法（MED）、蒸気熱再圧縮法（TVR）、蒸気機械的再圧縮法（MVR）などに分けられます。このうち、MED法は多量の一次蒸気を必要とし、滞留時間が長くなります。蒸発生成物が長く、処理効率が高くなく、三効用蒸発の一次蒸気消費量が0.40~0.50 kg/kgH2O。 TVRプロセスは蒸発時に発生する二次蒸気を利用しますが、蒸発の際にはやはり高温の蒸気を消費し、一次蒸気の消費量は0.10～0.30kg/kgH2Oであり、省エネ効果は限定的です。 MVR法はTVR法と同じで、蒸発・晶析時に発生する二次蒸気を最大限に利用して経済性を高めますが、蒸発時に電力を消費する点が異なり、以下のようなシーンで広く使用されています。一次蒸気の供給が不足しているか、一次蒸気の価格が高い。
MVR プロセスの中核となる設備は蒸気圧縮機であり、MVR 処理能力を確保するための鍵となります。しかし、多くのプロジェクトでは、設計ユニットまたは EPC ユニットが蒸気圧縮機の選択を検証しておらず、蒸気圧縮機の主要パラメータの計算が不正確であるため、運用中の MVR 処理能力が期待値に達しません。この記事では、MVR の原理から始まり、水処理の専門家が参考にする蒸気コンプレッサーの分類と選択、簡単な設計と計算方法を説明します。
MVRの原理
MVR装置は通常、予熱器、加熱器、蒸発器、凝縮器、強制循環ポンプ、蒸気圧縮機、濃縮器、遠心分離機などで構成されています。高濃度のブラインは供給ポンプを通って予熱器に入り、加熱されます。 （蒸気凝縮水と熱交換）、一定温度に達するとヒーターに入り（圧縮二次蒸気と熱交換）、沸点まで加熱されてからヒーターに入ります。蒸発器。強制循環ポンプにより、蒸発器とヒーターの間で材料が連続的に循環します。蒸発器によって生成された二次蒸気は蒸気圧縮機に入ります。温度と圧力が上昇した後、往復使用などのヒーターに入り、高効率と省エネの目的を達成します。
蒸気圧縮機の分類と選定
業界には、さまざまな種類のコンプレッサーがあります。
MVRには、ロータリー式のルーツ式蒸気圧縮機とタービン式の遠心式蒸気圧縮機の2種類の蒸気圧縮機が一般的に使用されています。 2台のコンプレッサーは、主に排気量、排気圧力、断熱効率などの異なる使用条件に適用できます。
ルーツの蒸気コンプレッサーは、小および中量のガスに適していますが、そうでない場合は装置が大きすぎるため、床面積と投資が増加します。遠心蒸気圧縮機は大容量および中容量のガスに適しているため、MVR の蒸発と結晶化のための二次蒸気の量が蒸気圧縮機を選択するための重要な基準となります。
たとえば、廃水ゼロ排出プロジェクトでは、MVR 蒸発晶析装置の供給量は 10 t/h、二次蒸気圧力は 0.08 MPa、温度は93.51度です。二次蒸気密度は 0.48 kg/m3 です。 10 t/h の原料がすべて蒸発すると仮定すると、コンプレッサーの吸入量は 20833.33 m3/h (347.22 m3/min)、蒸気コンプレッサーの排気温度は 105 度、排気圧力は 0.15 MPa になります。コンプレッサーの排気量は207.94m3/minです。このとき、遠心式蒸気圧縮機を選択する必要があります。計算プロセスは次のとおりです。
(1) 圧縮機に入る蒸気の体積流量を計算します。
ここで、 Vi はコンプレッサーに入る蒸気の体積流量、m3/h です。 mi は圧縮機に入る蒸気の質量流量、kg/h です。 ρi はコンプレッサーに入る蒸気密度 (kg/m3) です。
(2) 蒸気圧縮機の排気体積流量を計算します。
ここで、Pi はコンプレッサーに入る蒸気の圧力、MPa です。 Po はコンプレッサーから出る蒸気の圧力、MPa です。 Vi はコンプレッサーに入る蒸気の体積流量、m3/分です。 Vo はコンプレッサーから出る蒸気の体積流量、m3/分です。 Ti はコンプレッサーに入る蒸気の温度 (度) です。 Ti はコンプレッサーから出た蒸気の温度、度です。
ルーツ蒸気圧縮機の適用排気量は3～150m3/min、遠心式蒸気圧縮機の適用排気量は25～3000m3/minであるため、遠心式蒸気圧縮機を選定します。
コンプレッサーの主要パラメータの設計
上記からわかるように、MVR は電気エネルギーで蒸気圧縮機を駆動し、二次蒸気の温度と圧力を上昇させるプロセスです。したがって、蒸気圧縮機のモータ出力が圧縮機容量の確保の基本となります。供給量 10 t/h、二次蒸気圧力 0.08 MPa、温度 93.51 度、蒸気圧縮機排気温度 105 度の MVR 蒸発結晶化装置を引き続き使用します。例として、排気圧力が 0.15 MPa の場合、モーター出力は次の手順で計算できます。
(1) 蒸気の断熱指数を計算する
ここで、 k は蒸気の断熱指数です。 CP は、{{0}.08 MPa および 93.51 度における蒸気の定圧比熱容量、kJ/(kg・度) です。 CV は、0.08 MPa、93.51 度における蒸気の定体積比熱容量、kJ/(kg・度) です。
(2) 蒸気圧縮機のポリトロープ指数の計算
ここで、 m は蒸気圧縮機のポリトロープ指数です。 ηp は、コンプレッサーのポリトロープ効率です。
(3) コンプレッサー圧力比の計算
ここで、 ε はコンプレッサーの圧力比です。
圧力比が 3.5 未満の蒸気コンプレッサーはすべて 1 段圧縮を使用できます。
(4) 蒸気圧縮機の理論動力の計算
ここで、N は蒸気圧縮機の理論上の出力 (kW) です。
一部の設計ユニットまたは EPC ユニットは、コンプレッサーのモーター出力を決定するための基礎として理論上の出力を使用するため、コンプレッサーの出力が小さくなります。
(5) 蒸気圧縮機の軸動力を計算します。
ここで、Na は蒸気圧縮機のシャフト出力、kW です。摩擦やその他の理由により、コンプレッサーの効率は 100% に達することができません。 ηm は機械効率と呼ばれます。理論出力Nが1000kW未満の場合は0.94～0.96とすることができます。 1000N以下の場合<2000 kW, it can be taken as 0.96~0.98. ηt is called the transmission efficiency. For motors and compressors directly connected by a coupling or a shaft, it is taken as 1. For gear transmission, ηt is between 0.93~0.98. For accurate calculation, the gear manual can be consulted to select the transmission efficiency of the gear pair.
一部の設計装置や EPC 装置では、軸出力に基づいてコンプレッサーのモーター出力を決定しますが、モーターの負荷によりモーターの出力を 100% 達成することは不可能であるため、それでもコンプレッサーの出力が不十分になります。
(6) 蒸気圧縮機モーター動力の計算
上式は、蒸気圧縮機のモーター出力が軸出力の1.1～1.2倍であることを示しています。計算結果によると、モーター出力の標準シリーズ値は 280 kW と見なされます。
まとめ
蒸気圧縮機は、MVR が設計された処理能力に到達することを保証するための中心的な機器です。コンプレッサーの駆動力を正確に計算することが、コンプレッサーの性能を確保する基礎となります。理論上の計算パワーに従って駆動パワーを選択すると、実際の駆動パワーより 20% ～ 30% 低くなります。軸動力に合わせて駆動力を選択した場合、実際の駆動力より10～20%低くなります。