螺桿水蒸氣壓縮機的MVR系統(tǒng)在堿回收中的應(yīng)用

高磊，張凱，董冰，邢子文

（西安交通大學(xué)能源動力工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

應(yīng)用技術(shù)

螺桿水蒸氣壓縮機的MVR系統(tǒng)在堿回收中的應(yīng)用

高磊，張凱，董冰，邢子文

（西安交通大學(xué)能源動力工程學(xué)院，陜西 西安 710049）

印染企業(yè)采用熱泵系統(tǒng)回收堿液能有效降低環(huán)境污染，節(jié)省能耗。本文針對堿回收熱泵系統(tǒng)中水蒸汽壓縮機溫升小而造成效數(shù)不夠的問題，提出采用螺桿水蒸汽壓縮機替代羅茨式、離心式壓縮機構(gòu)成機械壓縮式（MVR）系統(tǒng)。建立了系統(tǒng)各部件的數(shù)學(xué)模型，首先對系統(tǒng)工況的可行性進行核算，隨后在合適的工況條件下計算了不同效數(shù)的MVR系統(tǒng)和蒸汽動力壓縮式（TVR）系統(tǒng)的熱力性能，并比較了各系統(tǒng)回收堿液的經(jīng)濟性。結(jié)果表明，在壓縮機入口為一個大氣壓的條件下將質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的廢堿液濃縮到30%不宜采用TVR系統(tǒng)；同時MVR系統(tǒng)的理論COP均高于20，且理論COP及換熱器面積隨處理效數(shù)增加而增加。采用螺桿水蒸汽壓縮機構(gòu)成的三效系統(tǒng)的經(jīng)濟性較其他系統(tǒng)要高，與羅茨機構(gòu)成的雙效系統(tǒng)相比，企業(yè)一年即可收回增加的固定成本。在綜合考慮壓縮機耗功以及設(shè)備成本的情況下，印染企業(yè)采用螺桿壓縮機進行三效處理即可達(dá)到較好的節(jié)能效果。關(guān)鍵詞：機械壓縮式系統(tǒng)；堿液回收；螺桿水蒸汽壓縮機；數(shù)學(xué)模擬

在環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重以及節(jié)約能源的迫切需求下，目前許多印染企業(yè)采取濃縮絲光淡堿液加以回用的方式來達(dá)到節(jié)能減排的目的。采用高溫高壓蒸汽直接加熱廢液進行單效濃縮的方式，消耗蒸汽量大，換熱過程劇烈，且濃縮過程產(chǎn)生的二次蒸汽得不到利用，整體能耗較大。

多效處理能有效利用前效二次蒸汽的能量作為下一效的加熱蒸汽，但是末效產(chǎn)生的廢汽直接冷凝排放，消耗生蒸汽的同時又損失大量低溫潛熱；熱泵蒸發(fā)技術(shù)是將大量無法直接利用的低品位二次蒸汽通過壓縮過程提升為高品位的熱源來加熱工質(zhì)的一種蒸發(fā)方式。蒸發(fā)過程中既回收了潛熱又利用了壓縮功，所以具有較顯著的節(jié)能效果。熱泵蒸發(fā)按照原理的不同分為兩類[1]：機械壓縮式（MVR）和蒸汽動力壓縮式（TVR）。蒸汽動力壓縮式利用蒸汽噴射泵，以少量高壓蒸汽為動力，將部分二次蒸汽引射并混合后進入加熱室作加熱蒸汽用。顧兆林等[2]探討了蒸噴熱泵應(yīng)用于多效蒸發(fā)工藝的技術(shù)，并進行了節(jié)能分析和計算。潘萬貴[3]分析了蒸汽噴射熱泵在堿液多效蒸發(fā)系統(tǒng)中的節(jié)能效果。但是TVR系統(tǒng)在蒸發(fā)操作中需要一定數(shù)量的新蒸汽，對二次蒸汽潛熱的利用程度也不及MVR系統(tǒng)。李清方等[4]建立了基于TVC的油田污水脫鹽系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計計算模型，結(jié)果表明TVC系統(tǒng)的熱力學(xué)完善度相對較低，與多效蒸發(fā)系統(tǒng)聯(lián)合使用是改善系統(tǒng)性能的基本途徑之一。

近年來伴隨著對MVR系統(tǒng)及水蒸氣壓縮機的研究，利用MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)進行蒸發(fā)處理、能量回收得到一定發(fā)展。韓東等[5]利用Aspen模擬得到MVR在硫酸銨溶液蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中分別比三效、四效蒸發(fā)器節(jié)省 61.13%、53.48%的標(biāo)準(zhǔn)煤。區(qū)藏器等[6]針對垃圾填埋滲濾液提出合理的MVR工藝組合和適用設(shè)備方案。李清方等[7]提出用機械蒸汽壓縮蒸發(fā)技術(shù)對油田污水進行脫鹽處理的熱力完善度高，在其他條件允許的情況下，提高系統(tǒng)的運行溫度有利于改善系統(tǒng)的性能。趙慶霞等[8]采用雙效逆流機械壓縮式熱泵對紡織印染廠的廢堿液進行蒸發(fā)濃縮回收再利用，實驗結(jié)果表明，可以把質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%的稀堿液濃縮到25.5%，系統(tǒng)能效比為12.26。顧承真等[9]利用Aspen Plus模擬軟件得到以離心壓縮機驅(qū)動MVR時，蒸汽壓縮比控制在1.8～2.2比較合理。何志龍等[10]設(shè)計了一套螺桿水蒸汽壓縮機系統(tǒng)，并得出MVR系統(tǒng)中傳熱溫差是影響壓縮機性能的主要參數(shù)的結(jié)論。

位于MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)核心部位的水蒸氣壓縮機類型包括活塞式、離心式、螺桿式以及羅茨式。早期，高壓型壓縮機應(yīng)用較廣，但運行壓力高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)能的收益幾乎全被高昂的機器價格和維修費用所抵消，后來逐漸退出市場[11]。離心式和羅茨式具有生產(chǎn)能力大、動平衡特性好、振動小的優(yōu)點，被廣泛用在熱泵制鹽、海水淡化工藝中，但受壓比小、對工質(zhì)中的霧粒敏感以及易于腐蝕等機械制約，應(yīng)用范圍窄，不適于堿液的濃縮。

螺桿機型能克服上述缺點。由于螺桿壓縮機屬于容積旋轉(zhuǎn)式壓縮機，兼具活塞壓縮機、透平壓縮機的優(yōu)勢[12]。在壓縮比為2～5、溫升20～50℃的條件下仍可擴大其經(jīng)濟運行范圍[13]。隨著螺桿水蒸氣壓縮機的深入研究，可以預(yù)見采用螺桿水蒸氣壓縮機的MVR系統(tǒng)回收印染企業(yè)的廢堿液具有較好的前景。本文將模擬計算帶螺桿水蒸氣壓縮機的三效和四效MVR系統(tǒng)的熱力性能，并將其與采用離心式、羅茨式壓縮機的MVR系統(tǒng)以及帶噴射器的TVR系統(tǒng)進行對比，進而分析螺桿水蒸汽壓縮機在堿回收中的優(yōu)勢。

1 多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)介紹

1.1 蒸發(fā)方式的選擇

蒸發(fā)系統(tǒng)中換熱器采用防結(jié)垢性能好的降膜蒸發(fā)器。由于堿液的黏性隨其濃度的升高而顯著增大，并且若采用順流方式進行加熱，則濃度高的蒸發(fā)器內(nèi)加熱蒸汽的溫度低，會導(dǎo)致各效傳熱系數(shù)逐漸降低，蒸發(fā)到最后一效傳熱系數(shù)很??；若采用逆流多效方式，每效傳熱系數(shù)可基本相同。同時逆流流程中，料液由溫度最低的末效加入，加熱升溫小，所需熱量少，而且所需能量由前一效的二次蒸汽提供，此蒸汽在前面的效多次利用，能量利用率較高，所以對以下系統(tǒng)均采用逆流換熱的方式。宋繼田等[14]對多效蒸發(fā)中的最佳效數(shù)進行了研究，確定生蒸汽的經(jīng)濟性如表1所示，表明從經(jīng)濟性考慮多效處理并不宜超過五效。同時，離心機、羅茨機相對于螺桿機型壓比小，二次蒸汽壓縮后的溫升相對低，在單效溫差一定的前提下，效數(shù)少于螺桿機型，據(jù)此分別對單效系統(tǒng)采用離心機，對雙效系統(tǒng)采用羅茨機，對三效及四效系統(tǒng)采用螺桿機和噴射器。根據(jù)水蒸氣的物性可以發(fā)現(xiàn)，汽化潛值隨壓力升高而降低，逆流流程中，如不做任何改進，各效產(chǎn)生二次蒸汽隨各效壓力降低而減少，這對蒸發(fā)過程來說是不利的。蒸發(fā)流程的設(shè)計過程中通過高壓冷凝液閃蒸補氣的方法使得各效均能增發(fā)出等量的二次蒸汽。

1.2 熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的流程

以三效系統(tǒng)的流程為例，將蒸發(fā)流程繪制如圖1所示。廢堿液預(yù)熱后通過進料泵由第三效進入，在第三效蒸發(fā)器中被上一效的二次蒸汽和閃蒸汽加熱濃縮，完成液被輸送到下一效蒸發(fā)器中進行蒸發(fā)，直到進入第一效濃縮到所需濃度；第三效產(chǎn)生的二次蒸汽進入壓縮機壓縮成高溫高壓氣體，進入首效加熱來自第二效的堿液。引出少部分第一效冷凝水噴入壓縮機內(nèi)以消除其出口過熱的問題。余下冷凝水閃蒸后與蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽混合作為加熱蒸汽進入第二效蒸發(fā)器加熱來自第三效的堿液，直到循環(huán)進入第三效，其產(chǎn)生的二次蒸汽達(dá)到壓縮機入口完成一個循環(huán)。

表1 效數(shù)與生蒸汽經(jīng)濟性(D/E)min的關(guān)系

圖1 三效逆流蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)的流程

2 多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)三效熱泵系統(tǒng)流程，本文對蒸發(fā)部分建立了物料守恒、熱量守恒模型，對氣體壓縮部分分別建立壓縮機模型和噴射器模型。首先對系統(tǒng)作如下假定：①蒸發(fā)過程中溶質(zhì)不揮發(fā)；②不計熱損失以及濃縮熱。

2.1 系統(tǒng)物料衡算

溶質(zhì)質(zhì)量守恒[式（1）]

各效蒸發(fā)水量iw[式（2）]

總蒸發(fā)水量[式（3）]

2.2 系統(tǒng)熱量衡算

蒸汽全部用于加熱堿液，不計耗散，考慮到噴液量少，不計噴水量不影響可行性的核算，第一效的加熱蒸汽量按進口計算。根據(jù)進出各效熱量相同，得到如下各效的能量守恒等式[式（4）]。

整理式（4）得到對整個蒸發(fā)系統(tǒng)的能量守恒式[式（5）]。

各效冷凝液進入閃蒸罐閃蒸的能量平衡式由總體焓值不變得到[式（6）]

式中，w1m=w1+s0；w2m=w2+s1；w0=w3+win

2.3 蒸汽壓縮部分

2.3.1 壓縮機功率、吸氣量

對于螺桿壓縮機而言，水蒸氣壓縮過程等熵指數(shù)不斷變化，其壓縮功W可按進出口蒸汽焓差計算[式（7）]。

2.3.2 壓縮機噴水量

因為等熵壓縮時，水蒸氣溫升較快，為避免出口溫度太高，現(xiàn)向羅茨和螺桿壓縮機內(nèi)噴水，根據(jù)進出壓縮機能量守恒得到式（9）。

2.3.3 噴射器引射生蒸汽量

對于TVR類型熱泵系統(tǒng)，蒸汽壓縮部分的核心噴射器的引射系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)[15]計算，則所需生蒸汽的量可以通過式（10）計算。

2.4 各效溶液沸點

各效溶液沸點ti高于各效相應(yīng)壓力下飽和二次蒸汽溫度，其主要原因是溶液中溶質(zhì)的存在使得溶液蒸汽壓下降，從而導(dǎo)致溶液沸點高于純水的沸點，其值記為；根據(jù)杜林法則可以認(rèn)為，濃度x一定的某溶液沸點t和相同壓力下標(biāo)準(zhǔn)液體（水）的沸點T呈直線關(guān)系[式（11）][16]。

式中，k=1+0.142x；m=150.75x2-2.71x。

2.5 有效傳熱溫差

除了以上由于堿液沸點升高導(dǎo)致的各效有效傳熱溫差的損失外，還應(yīng)包括液面高度造成液體內(nèi)部壓強高于液面導(dǎo)致的沸點升高值，以及除第一效外二次蒸汽流動至下一效過程中流動阻力引起的壓降而產(chǎn)生的傳熱溫差損失。在降膜蒸發(fā)器中較小，的值一般取0.5～1℃，本文計算過程中取'+=1℃，所以蒸發(fā)過程的有效傳熱溫差為式（12）。

對于第一效 Δt1=T0-t1

2.6 換熱量、換熱面積

使用堿液蒸發(fā)過程中的總傳熱系數(shù)Ui可按式（13）計算[17]。

各效蒸發(fā)冷凝器的換熱量Qi由冷凝潛熱釋放[式（14）]。

3 多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)的理論計算

由于多效蒸發(fā)處理過程復(fù)雜，本文先假設(shè)各效蒸發(fā)器的工況，針對不同效數(shù)的熱泵系統(tǒng)進行工況的可行性核算。在核算后的工況下，計算出采用不同壓縮機構(gòu)成的多效系統(tǒng)的熱力性和經(jīng)濟性。

3.1 印染企業(yè)實際需求

根據(jù)文獻(xiàn)[18]中印染企業(yè)用堿濃度要求以及印染企業(yè)廢堿液情況，設(shè)定進料廢堿為4%，出口濃度為30%，質(zhì)量流量為2.1t/h，依次對單效、雙效，三效、四效系統(tǒng)進行計算。

3.2 方案可行性核算

一般降膜蒸發(fā)器的最小傳熱溫差不低于5℃[19]，假設(shè)第一效的有效傳熱溫差（壓縮機出口壓力下飽和蒸汽與第一效堿液的溫差）為7℃，同時假設(shè)3種壓縮機等熵效率為η=0.75，生蒸汽的壓力為0.8MPa，堿液預(yù)熱后進入蒸發(fā)器時能達(dá)到沸點。

多效系統(tǒng)工況的合理性是在假定各效蒸發(fā)量以及操作壓力的情況下，根據(jù)式（4）和式（5）計算各效產(chǎn)生二次蒸汽的焓值以及濃縮終了堿液的焓值是否符合該假定壓力、濃度下的值來判斷的。單效系統(tǒng)不用校核。對于雙效至四效系統(tǒng)，首先按經(jīng)驗設(shè)定各效產(chǎn)生二次蒸汽量相同，即w1=w2=…=wi；末效操作壓強為大氣壓，上、下效間壓差0.02MPa。查表得到進料口溶液焓值Hi+1=400kJ/kg ，壓縮機入口蒸汽焓值hin=2675.57kJ/kg 。

3.2.1 雙效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)

表2 二效系統(tǒng)中各效二次蒸汽、溶液的物性

根據(jù)假定工況計算得到r1c=2214.7kJ/kg ，小于表2中二次蒸汽汽化潛熱，說明操作壓力設(shè)置合理；根據(jù)壓縮機出口壓力計算得到h0=2843.6kJ/kg 。代入式（5）得到末效的溶液焓值計算值為：H1c=558kJ/kg ，大于表2中溶液熱焓值，說明雙效系統(tǒng)可以將4%廢堿液濃縮至30%。

3.2.2 三效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)

按照雙效中壓縮機出口壓力的方法計算得到三效系統(tǒng)出口壓力Pd=0.232MPa 。各效溶液沸點、蒸汽溫度、汽化潛熱值、溶液焓值歸納如表3。

根據(jù)假定工況計算得到：三效處理時r1c=2235kJ/kg,r2c=2228.1kJ/kg,H1c=483.3kJ/kg均小于表3中理論值，說明各效壓力設(shè)置合理，出口濃度能達(dá)到預(yù)設(shè)要求。

表3 三效系統(tǒng)中各效二次蒸汽、溶液的物性

表4 四效系統(tǒng)中各效二次蒸汽、溶液的物性

3.2.3 四效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)

按照雙效中壓縮機出口壓力的方法計算得到四效系統(tǒng)出口壓力Pd=0.274MPa,各效溶液沸點、蒸汽溫度、汽化潛熱值、溶液焓值歸納如表4。

首先，求得彈簧伸長量為0 mm時整個系統(tǒng)所需最小舉升力FL min(方向為豎直向上)，當(dāng)FL=FL min時，機械臂不會起到承受負(fù)載的作用。在ADAMS靜力學(xué)仿真中通過逐步減小FL，可以得到機械臂保持靜平衡的具體位置[18]。設(shè)FL為隨時間變化的函數(shù)，通過ADAMS靜力學(xué)仿真，得出舉升高度隨時間變化的曲線，經(jīng)過相應(yīng)的處理就可以得到舉升力與舉升高度的關(guān)系。本文所測量的彈簧伸長量為0 mm、外負(fù)載為10 kg時的最小舉升力為118 N左右，為方便測量，將最小舉升力設(shè)為120 N，則FL=120-20×t，仿真時間為6 s。

根據(jù)假定工況計算得到：四效處理時r3c=2235.9kJ/kg,r2c=2256.3kJ/kg,r1c=2223kJ/kg,H1c=501.8kJ/kg ；第二效的二次蒸汽汽化潛熱不滿足假定壓力下汽化潛熱值，此時可以適當(dāng)降低第二效的蒸發(fā)壓力、提高第一效的壓力，以增大冷凝液閃蒸汽量，同時提高二次蒸汽的理論閾值；但二次蒸汽作為下一效加熱汽，蒸汽壓不可降低太多，當(dāng)P1=0.165MPa,P2=0.135MPa,Pd=0.282MPa 時重新核算得到=2240kJ/kg,=2230kJ/kg,=488.8kJ/kg, 濃縮基本可以達(dá)到預(yù)期要求。

3.3 系統(tǒng)熱力性能的計算結(jié)果

根據(jù)式（10）計算出采用帶羅茨壓縮機的雙效系統(tǒng)所需的噴水量為0.016kg/s，帶螺桿壓縮機的三效、四效系統(tǒng)所需量分別為0.013kg/s、0.012kg/s，可以看出噴水量占吸氣量的比例不到10%，對前面系統(tǒng)核算影響不大。

根據(jù)上述核算后的工況，按照多效熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計算出單效至四效MVR系統(tǒng)和三效、四效TVR熱泵系統(tǒng)的熱力性能，包括壓縮機吸氣量、功率、換熱器換熱量、換熱面積、生蒸汽量等數(shù)據(jù)歸納如表5所示。

表5 多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)熱力性能比較

3.4 經(jīng)濟性分析

采用熱泵系統(tǒng)回收廢堿液之前，印染企業(yè)的費用包括經(jīng)由廢液處理廠凈化處理廢堿液的費用、購買堿液的花費?，F(xiàn)在，處理廢堿液的固定成本主要包括蒸發(fā)系統(tǒng)的核心部件壓縮機、換熱器，噴射器相對于壓縮機而言價格便宜可忽略。運營成本包括耗電、生蒸汽。

根據(jù)市場價格，每噸30%堿液價格按900元計算，每噸廢水的處理價格按2元計算。則簡單處理年費用為

電價為每千瓦小時1元，生蒸汽為每噸230元。換熱器為每平方米500元，離心機、羅茨機、螺桿機價格分別為6萬元、5萬元、9萬元（四效處理時7萬元）。蒸發(fā)系統(tǒng)每天工作24h，一年365天，將配置不同壓縮機的多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)的成本歸納如表6。

將表6中數(shù)據(jù)與簡單處理的年運行費用進行對比，可以看出采用多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)處理技術(shù)均比簡單凈化處理節(jié)省年運行費用。并且，通過比較表6中雙效、三效系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，螺桿水蒸氣壓縮機構(gòu)成的三效熱泵系統(tǒng)具有較高的經(jīng)濟性，與羅茨機型構(gòu)成的雙效系統(tǒng)相比雖然壓縮機和換熱器成本有所增加，但系統(tǒng)的年運行費用要少，系統(tǒng)運行一年即可收回增加的設(shè)備成本。當(dāng)然，相關(guān)電價、設(shè)備費用等會隨市場價格變化，企業(yè)的回收期也會隨之變化。

4 結(jié) 論

采用多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)對印染企業(yè)的堿液回收進行了模擬計算，對比分析了利用離心機、羅茨機、螺桿機、噴射器構(gòu)成的單效、多效系統(tǒng)的性能及其經(jīng)濟性，得出如下結(jié)論。

隨多效蒸發(fā)熱泵系統(tǒng)處理效數(shù)的增加總換熱量逐漸減小，但變化不大；壓縮機功耗逐漸減小，系統(tǒng)的性能系數(shù)COP逐漸升高。

系統(tǒng)的換熱面積隨處理效數(shù)的增加而增大，特別是四效處理時面積激增，其主要原因是溶液沸點的升高導(dǎo)致有效傳熱溫差隨蒸發(fā)過程減小較快。

與簡單的廢水凈化處理方式相比，利用熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)處理廢堿液具有較高的經(jīng)濟性；系統(tǒng)運行一年均能收回成本。在大氣壓下吸入二次蒸汽的噴射器的引射系數(shù)較低，導(dǎo)致TVR系統(tǒng)的經(jīng)濟性較MVR低，在堿回收項目中應(yīng)該盡量使用MVR系統(tǒng)。

利用螺桿水蒸氣壓縮機構(gòu)成的MVR系統(tǒng)的年運行費用比離心機、羅茨機構(gòu)成的MVR系統(tǒng)要少，系統(tǒng)運行一年即可收回增加的設(shè)備成本，所以相較其他系統(tǒng)更有優(yōu)勢。

過多增加效數(shù)會帶來包括中間泵、閃蒸罐、換熱器等設(shè)備成本的增加。對印染企業(yè)而言壓縮機耗功以及設(shè)備成本應(yīng)該綜合考慮，利用螺桿水蒸氣壓縮機采取三效處理即可達(dá)到較好的節(jié)能減排效果。

符 號 說 明

A—— 換熱面積，m2

f—— 完成堿液質(zhì)量流量，kg/s

f4—— 初始堿液質(zhì)量流量，kg/s

H—— 堿溶液的焓值，kJ/kg

H4—— 初始溶液熱焓值，kJ/kg

h—— 水或水蒸氣焓值，kJ/kg

h0—— 等熵壓縮出口處蒸汽的實際焓值，kJ/kg

h0'—— 出口壓力下飽和水的焓值，kJ/kg

h0s—— 等熵壓縮出口處蒸汽的理論焓值，kJ/kg

hin—— 壓縮機進口焓值，kJ/kg

K—— 引射系數(shù)，量綱為1

Q—— 冷凝器的換熱量，kW

qv—— 壓縮機吸氣量，m3/min

s0—— 第一效閃蒸量，kg/s

s1—— 第二效閃蒸量，kg/s

t—— 堿溶液的沸點，℃

U—— 蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，W/(m·℃)

W—— 壓縮機功率，kW

w—— 蒸發(fā)器蒸發(fā)的水量，kg/s

w0—— 壓縮機出口蒸汽質(zhì)量流量，kg/s

w1m—— 閃蒸混合后第二效加熱蒸汽質(zhì)量流量，kg/s

w2m——閃蒸混合后第三效加熱蒸汽質(zhì)量流量，kg/s

wf——噴射器引射的生蒸汽量，kg/s

win——噴入壓縮機的冷凝水質(zhì)量流量，kg/s

x——完成液濃度，量綱為1

x4——初始堿液濃度，量綱為1

上角標(biāo)

'——飽和水

''——飽和水蒸氣

下角標(biāo)

i——第i效，i取1～3

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Research of MVR system with twin-screw vapor compressor in lye recovery

GAO Lei，ZHANG Kai，DONG Bing，XING Ziwen
（School of Energy and Power Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，Shanxi，China）

:Lye recovery using heat pump is beneficial in pollution control and energy saving in the industry of printing and dyeing. This paper investigated mechanical vapor recompression (MVR) system with twin-screw vapor compressor instead of Roots or centrifugal compressor to solve the problem of insufficient number of effects caused by small temperature rise in the lye recovery heat pump system. The mathematical model of every component of the system was built，the feasibility of the system’s operation conditions were evaluated，and the thermal performances of different effects of MVR systems and thermal vapor recompression (TVR) systems were simulated and calculated under the suitable operation conditions，and the economic effects of the two systems were compared. The results showed that the TVR system was not favorable when the waste lye was concentrated from 4% to 30% at 1 atm. In addition，the theoreticalCOPof each MVR system was over 20， and the theoreticalCOPand the heat exchange area increased with the increase of number of effects. The economical efficiency of the heat pump system with twin-screw vapor compressor was better than other systems in the waste lye recovery process. Applying three-effect system with twin-screw vapor compressor to lye recovery can achieve better energy saving.

MVR system；lye recovery；twin-screw vapor compressor；mathematical modeling

TQ 09

A

1000-6613（2014）11-3112-06

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.11.046

2014-04-02；修改稿日期：2014-05-13。

國家自然科學(xué)基金項目（51276134）。

高磊（1990—），男，碩士研究生聯(lián)系人：邢子文，教授。E-mail zwxing@mail.xjtu.edu.cn。