Trong lĩnh vực không xả nước thải công nghiệp, quy trình "làm mềm hóa học nhiều giai đoạn + cô đặc và tách màng nhiều giai đoạn + kết tinh bay hơi" thường được áp dụng. Quá trình kết tinh bay hơi được chia thành quá trình bay hơi đa tác dụng (MED), quá trình nén lại nhiệt bằng hơi nước (TVR), quá trình nén lại cơ học hơi nước (MVR), v.v. Trong số đó, quá trình MED đòi hỏi một lượng lớn hơi sơ cấp, thời gian lưu trú của sản phẩm bay hơi dài, hiệu suất xử lý không cao và mức tiêu thụ hơi nước chính của quá trình bay hơi ba hiệu ứng là 0.40~0.50 kg/kgH2O. Quá trình TVR sử dụng hơi thứ cấp được tạo ra trong quá trình bay hơi, nhưng quá trình bay hơi vẫn tiêu thụ hơi nước ở nhiệt độ cao và mức tiêu thụ hơi sơ cấp là 0,10 ~ 0,30 kg/kgH2O và hiệu quả tiết kiệm năng lượng bị hạn chế. Quy trình MVR cũng giống như quy trình TVR, tận dụng tối đa hơi nước thứ cấp được tạo ra trong quá trình bay hơi và kết tinh để nâng cao hiệu quả kinh tế, nhưng điểm khác biệt là quy trình MVR tiêu thụ điện trong quá trình bay hơi nên được sử dụng rộng rãi trong các trường hợp thiếu nguồn cung cấp hơi sơ cấp hoặc giá hơi sơ cấp cao.
Thiết bị cốt lõi của quy trình MVR là máy nén hơi nước, là chìa khóa đảm bảo công suất xử lý MVR. Tuy nhiên, tại nhiều dự án, đơn vị thiết kế hoặc đơn vị EPC chưa kiểm chứng việc lựa chọn máy nén hơi và việc tính toán các thông số chính của máy nén hơi chưa chính xác dẫn đến công suất xử lý MVR không đạt giá trị mong đợi trong quá trình vận hành. Bài viết này bắt đầu từ nguyên lý MVR và đưa ra cách phân loại và lựa chọn máy nén hơi nước cũng như phương pháp tính toán và thiết kế đơn giản để các chuyên gia xử lý nước tham khảo.
Nguyên tắc MVR
Thiết bị MVR thường bao gồm bộ sấy sơ bộ, lò sưởi, thiết bị bay hơi, bình ngưng, bơm tuần hoàn cưỡng bức, máy nén hơi, chất làm đặc, máy ly tâm, v.v. Nước muối nồng độ cao đi vào bộ sấy sơ bộ thông qua bơm cấp liệu để làm nóng (trao đổi nhiệt với hơi nước ngưng tụ), sau khi đạt đến nhiệt độ nhất định, nó đi vào bộ gia nhiệt (trao đổi nhiệt bằng hơi thứ cấp nén), và sau khi được làm nóng đến điểm sôi, nó đi vào thiết bị bay hơi. Bơm tuần hoàn cưỡng bức làm cho vật liệu tuần hoàn liên tục giữa thiết bị bay hơi và thiết bị gia nhiệt. Hơi thứ cấp do thiết bị bay hơi tạo ra sẽ đi vào máy nén hơi. Sau khi nhiệt độ và áp suất tăng lên, nó đi vào lò sưởi để sử dụng qua lại, v.v., để đạt được mục đích hiệu quả cao và tiết kiệm năng lượng.
Phân loại và lựa chọn máy nén hơi
Trong công nghiệp có rất nhiều loại máy nén.
Đối với MVR, có hai loại máy nén hơi được sử dụng phổ biến, một là máy nén hơi Roots thuộc loại quay, còn lại là máy nén hơi ly tâm thuộc loại tuabin. Hai máy nén được áp dụng cho các điều kiện làm việc khác nhau, chủ yếu về thể tích khí thải, áp suất khí thải, hiệu suất đoạn nhiệt, v.v.
Máy nén hơi Roots phù hợp với thể tích khí vừa và nhỏ, nếu không thì thiết bị quá lớn dẫn đến tăng diện tích sàn và đầu tư; Máy nén hơi ly tâm phù hợp với thể tích khí lớn và trung bình nên lượng hơi thứ cấp để bay hơi và kết tinh MVR là cơ sở then chốt để lựa chọn máy nén hơi.
Ví dụ: trong dự án không xả nước thải, lượng cấp liệu của thiết bị kết tinh bay hơi MVR là 10 t/h, áp suất hơi thứ cấp là 0.08 MPa và nhiệt độ là 93,51 độ. Mật độ hơi thứ cấp là 0,48 kg/m³. Giả sử rằng tất cả 10 t/h thức ăn đã bay hơi, thể tích nạp của máy nén là 20833,33 m³/h (347,22 m³/phút), nhiệt độ khí thải của máy nén hơi nước là 105 độ và áp suất khí thải là 0,15 MPa. Lưu lượng khí thải của máy nén là 207,94 m³/phút. Lúc này nên lựa chọn máy nén hơi nước ly tâm. Quá trình tính toán như sau.
(1) Tính lưu lượng hơi vào máy nén
Trong đó: Vi là lưu lượng hơi đi vào máy nén, m³/h; mi là lưu lượng khối hơi đi vào máy nén, kg/h; ρi là mật độ hơi đi vào máy nén, kg/m³.
(2) Tính lưu lượng khí thải của máy nén hơi
Trong đó: Pi là áp suất hơi vào máy nén, MPa; Po là áp suất hơi ra khỏi máy nén, MPa; Vi là lưu lượng thể tích của hơi đi vào máy nén, m³/min; Vo là lưu lượng thể tích của hơi ra khỏi máy nén, m³/min; Ti là nhiệt độ hơi vào máy nén, độ; Ti là nhiệt độ hơi ra khỏi máy nén, độ .
Vì thể tích khí thải áp dụng của máy nén hơi Roots là 3 ~ 150m³ / phút và thể tích khí thải áp dụng của máy nén hơi ly tâm là 25 ~ 3000m³ / phút nên máy nén hơi ly tâm được chọn.
Thiết kế các thông số chính của máy nén
Như có thể thấy ở trên, MVR là một quá trình tăng nhiệt độ và áp suất của hơi thứ cấp bằng cách dẫn động máy nén hơi bằng năng lượng điện. Vì vậy, công suất động cơ của máy nén hơi là cơ sở để đảm bảo công suất máy nén. Vẫn sử dụng thiết bị kết tinh bay hơi MVR với tốc độ cấp liệu 10 t/h, áp suất hơi thứ cấp 0,08 MPa, nhiệt độ 93,51 độ, nhiệt độ xả của máy nén hơi 105 độ , và áp suất khí thải 0,15 MPa làm ví dụ, công suất động cơ có thể được tính theo các bước sau.
(1) Tính chỉ số đoạn nhiệt của hơi nước
Trong đó: k là chỉ số đoạn nhiệt của hơi nước; CP là nhiệt dung riêng có áp suất không đổi của hơi ở {{0}},08 MPa và 93,51 độ , kJ/(kg· độ ); CV là nhiệt dung riêng thể tích không đổi của hơi nước ở 0,08 MPa và 93,51 độ , kJ/(kg· độ ).
(2) Tính chỉ số đa hướng của máy nén hơi nước
Trong đó: m là chỉ số đa hướng của máy nén hơi nước; ηp là hiệu suất đa hướng của máy nén.
(3) Tính tỷ số áp suất máy nén
Trong đó: ε là tỷ số nén của máy nén.
Máy nén hơi có tỷ số áp suất dưới 3,5 đều có thể sử dụng nén một cấp.
(4) Tính công suất lý thuyết của máy nén hơi
Trong đó N là công suất lý thuyết của máy nén hơi, kW.
Một số đơn vị thiết kế hoặc đơn vị EPC sử dụng công suất lý thuyết làm cơ sở để xác định công suất động cơ máy nén, dẫn đến công suất máy nén nhỏ hơn.
(5) Tính công suất trục của máy nén hơi nước
Na là công suất trục của máy nén hơi, kW; hiệu suất của máy nén không thể đạt 100% do ma sát và các lý do khác. ηm được gọi là hiệu suất cơ học. Khi công suất lý thuyết N nhỏ hơn 1000 kW, có thể lấy là 0,94 ~ 0,96. Khi 1000 Nhỏ hơn hoặc bằng N<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.
Một số đơn vị thiết kế hoặc đơn vị EPC xác định công suất động cơ máy nén dựa trên công suất trục, nhưng do tải động cơ nên động cơ không thể đạt được công suất 100% nên vẫn dẫn đến công suất máy nén không đủ.
(6) Tính công suất động cơ máy nén hơi
Công thức trên cho thấy công suất động cơ máy nén hơi nước gấp 1,1 ~ 1,2 lần công suất trục. Theo kết quả tính toán, giá trị công suất tiêu chuẩn của động cơ có thể lấy là 280 kW.
Bản tóm tắt
Máy nén hơi là thiết bị cốt lõi để đảm bảo MVR đạt công suất xử lý thiết kế. Tính toán chính xác công suất truyền động của máy nén là cơ sở để đảm bảo hiệu suất của máy nén. Nếu chọn công suất truyền động theo công suất tính toán lý thuyết thì sẽ thấp hơn 20%~30% so với công suất truyền động thực tế; nếu chọn công suất truyền động theo công suất trục thì sẽ thấp hơn 10 ~ 20% so với công suất truyền động thực tế.