智能純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù)及裝備應(yīng)用

彭德連,張承虎,項(xiàng)敬來,姜沈陽(yáng)

(1.溫兄控股集團(tuán)股份有限公司,浙江 溫州 325000;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué),黑龍江 哈爾濱 150000)

隨著我國(guó)2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰,2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)的提出,未來我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的路線越來越清晰,清潔電力將成為未來的主要能源。隨之而來的是能源消費(fèi)端各行各業(yè)的電氣化轉(zhuǎn)型,工業(yè)電氣化所面臨的技術(shù)難度尤為顯著,同時(shí)大量的工業(yè)熱能消耗使電-熱直接轉(zhuǎn)換利用受到限制。在提取中藥與天然產(chǎn)物的相關(guān)工藝中,較為典型的單元操作當(dāng)屬蒸發(fā)濃縮技術(shù)。蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升有利于降低系統(tǒng)能耗。傳統(tǒng)多效蒸發(fā)(Multiple Effect Evaporator,MEE)和機(jī)械蒸汽再壓縮(Mechanical Vapor Re-compression,MVR)都屬于蒸發(fā)濃縮領(lǐng)域的典型工藝技術(shù),前者是將原料液通過鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行加熱并濃縮,再將末效蒸發(fā)罐內(nèi)生產(chǎn)的二次蒸汽由冷卻塔等裝置進(jìn)行冷卻,與此同時(shí)造成了大量的能源浪費(fèi)。后者因其節(jié)能、高效、環(huán)保等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于歐美等西方國(guó)家的蒸發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。

但是由于絕大多數(shù)天然產(chǎn)物與中藥提取液都屬于熱敏性物質(zhì),蒸發(fā)濃縮不能在較高溫度下進(jìn)行。在低溫濃縮前提的限制下,雙效蒸發(fā)、MVR和TVR(蒸汽熱力再壓縮技術(shù))都無法實(shí)現(xiàn)?；诖?本文深入分析低溫濃縮的技術(shù)要求和特點(diǎn),提出了一種新型智能純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù),并對(duì)該裝備工程應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)能流對(duì)比分析

常規(guī)雙效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的原理如圖1所示,為保證系統(tǒng)正常運(yùn)行,需要連續(xù)不斷為其提供高溫生蒸氣,并且通過冷卻塔等設(shè)備來冷卻二次蒸汽,進(jìn)而造成能源的浪費(fèi)。根據(jù)雙效蒸發(fā)濃縮工藝參數(shù),一效蒸發(fā)罐的蒸發(fā)溫度與高溫生蒸汽、一效二次蒸汽與二效蒸發(fā)罐的蒸發(fā)溫度應(yīng)維持將近10℃的溫差才能保證系統(tǒng)間正常的傳熱。同時(shí)借鑒熱泵系統(tǒng)的工作原理,通過高位電能的驅(qū)動(dòng)將能量由低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩磦鬟f,可以將二效蒸發(fā)罐內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽的冷凝熱進(jìn)行回收。綜上所述,本文結(jié)合雙效蒸發(fā)系統(tǒng)與真空相變熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng),原理如圖2所示。

圖1 常規(guī)雙效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)原理圖

圖2 純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)原理圖

純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)由雙效蒸發(fā)子系統(tǒng)、真空相變熱泵子系統(tǒng)、載熱子系統(tǒng)、預(yù)熱子系統(tǒng)和真空保障子系統(tǒng)構(gòu)成。為了深入分析純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù)的能耗水平和技術(shù)優(yōu)勢(shì),本文對(duì)常規(guī)雙效系統(tǒng)和純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了能流對(duì)比分析,它們的能流圖如圖3和圖4所示。

圖3 常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備能流圖

圖4 純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)能流圖

對(duì)比分析結(jié)果表明:

(1)就常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)而言,存在兩方面的缺點(diǎn)導(dǎo)致其能源利用率較低。一是需要額外提供生蒸汽來加熱原料液使其蒸發(fā)濃縮,二是在系統(tǒng)運(yùn)行中未對(duì)生蒸汽、一效二次蒸汽及二效二次蒸汽所產(chǎn)生的冷凝液進(jìn)行回收利用。與之不同的是,純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)無需額外提供生蒸汽,而是利用熱泵所產(chǎn)生的中介水蒸汽對(duì)原料液加熱;同時(shí)回收利用了一效二次蒸汽冷凝液中的顯熱以及二效二次蒸汽冷凝熱。

(2)通過對(duì)比分析可知,純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的內(nèi)部設(shè)備由于散熱損失程度較小,基本不影響系統(tǒng)的正常工藝流程,可通過蒸發(fā)折損率來表征設(shè)備散熱損失。

(3)回收二效蒸汽的凝結(jié)熱主要由真空相變熱泵的輸入功實(shí)現(xiàn),通過外置預(yù)熱器來對(duì)進(jìn)口物料進(jìn)行預(yù)熱,在一效罐的投入與產(chǎn)出熱量平衡的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了余熱的利用。

2 水蒸氣直接壓縮存在的問題

基于水蒸氣直接壓縮的MVR技術(shù),不適用于低溫(<60℃)濃縮。水蒸氣自身的熱物理性質(zhì)決定了水蒸氣不適合“低吸氣溫度、大溫升幅度”工況的壓縮。因此MVR技術(shù)在低溫濃縮、雙效系統(tǒng)、有機(jī)溶劑濃縮的情況下都不適用。低溫下水蒸氣的密度和絕熱指數(shù)決定了水蒸氣直接壓縮的單位電耗、排氣溫度、壓縮體積等都不再具有技術(shù)可行性。下面以5t/h蒸發(fā)能力的水蒸氣直接壓縮機(jī)在不同蒸發(fā)溫度和升溫需求下的性能進(jìn)行分析。

2.1 水蒸氣直接壓縮的功耗

水蒸氣的吸氣飽和溫度分別是50℃、70℃、90℃、110℃時(shí),壓縮之后飽和溫度提升幅度分別從10～45℃條件下,水蒸氣直接壓縮的電功率如圖5和表1所示。

表1 不同條件下水蒸氣直接壓縮的實(shí)際電功率/KW

圖5 水蒸氣直接壓縮的實(shí)際電功率

不難得出以下結(jié)論。

(1)吸氣溫度越低,實(shí)際壓縮功耗越大:吸氣溫度低導(dǎo)致壓力降低,密度變小。

(2)飽和溫度提升幅度越大,實(shí)際壓縮功耗越大,近似正比例關(guān)系:溫升幅度增大N倍,壓縮功耗同倍增大。如果考慮內(nèi)壓比隨溫度提升幅度增大而增大,壓縮機(jī)指示效率將進(jìn)一步降低,實(shí)際壓縮功耗增加的倍數(shù)將更大。

(3)飽和溫度提升幅度越大,吸氣溫度降低導(dǎo)致的功耗增加將更為明顯。

(4)僅從實(shí)際壓縮功耗角度考慮,水蒸氣不適合“低吸氣溫度、大溫升幅度”工況的壓縮。

2.2 水蒸氣直接壓縮的排氣過熱度

水蒸氣壓縮與空氣壓縮類似(都是小分子量氣體),就是壓縮過程溫度升高極快、極大,如果冷卻效果不好(或不采取中間冷卻),將導(dǎo)致排氣溫度和過熱度過大,給壓縮機(jī)潤(rùn)滑、避免熱脹摩擦、避免熱應(yīng)力疲勞等帶來巨大困難。水蒸氣直接壓縮的排氣過熱度變化規(guī)律如圖6和表2所示。

表2 不同條件下水蒸氣絕熱壓縮的排氣過熱度/℃

圖6 水蒸氣絕熱壓縮的排氣過熱度

不難得出以下結(jié)論。

(1)無冷卻一級(jí)壓縮的排氣溫度均在120℃以上,且隨著飽和溫度提升幅度的增加而急劇增大。

(2)70℃水蒸氣,壓縮提升10℃的飽和溫度,排氣溫度高達(dá)137℃;壓縮提升15℃的飽和溫度,排氣溫度高達(dá)170℃。如此之高的排氣溫度,沒有良好的冷卻是不可能實(shí)現(xiàn)良好潤(rùn)滑和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的,冷卻必然帶來電能的浪費(fèi)。

(3)相同溫度提升條件下,吸氣溫度越低,排氣過熱度越大;相同吸氣溫度條件下,溫度提升幅度越大,排氣過熱度成倍增加。因此,僅從直接壓縮排氣溫度的角度考慮,水蒸氣不適合“低吸氣溫度、大溫升幅度”工況的壓縮。

2.3 水蒸氣直接壓縮的體積尺寸

水蒸汽與空氣同屬小分子量氣體,具有相似的壓縮特性。不同點(diǎn)在于:常溫下,飽和水蒸氣的密度較空氣來說要小,較制冷劑蒸汽密度來說數(shù)量級(jí)相差甚大。由此導(dǎo)致水蒸氣壓縮機(jī)比常規(guī)空氣壓縮機(jī)的尺寸大很多,所帶來的問題如下。

(1)造價(jià)和制造難度增加。

(2)潤(rùn)滑油量增加。

(3)內(nèi)漏損失增大,指示效率降低。

(4)摩擦損失增大,機(jī)械效率降低。

(5)裝配誤差增加,機(jī)械效率降低。

(6)散熱面積增加,散熱損失增大。

MVR中的吸氣過熱度都很小,按照水蒸氣設(shè)計(jì)規(guī)范取水蒸氣的參考流速為30m/s進(jìn)行壓縮機(jī)尺寸分析的依據(jù)是可行的。將壓縮機(jī)的吸氣管直徑作為壓縮機(jī)尺寸的對(duì)比參考,具有現(xiàn)實(shí)的工程意義。5t/h的水蒸氣,吸氣溫度從50～120℃條件下的水蒸氣體積流量和吸氣尺寸如表3所示。

表3 不同吸氣溫度下的吸氣體積與直徑

不難得出以下結(jié)論。

(1)吸氣飽和溫度越低,密度越小:50℃與120℃飽和水蒸氣的密度相差14倍。

(2)吸氣飽和溫度越低,氣體體積越大:50℃與120℃飽和水蒸氣的體積流量相差14倍。

(3)只有120℃以上時(shí),飽和水蒸氣的密度才與空氣相當(dāng),水蒸氣壓縮機(jī)的尺寸才與空壓機(jī)相當(dāng)。

(4)吸氣飽和溫度越低,壓縮機(jī)的尺寸越大:50℃與120℃吸氣溫度壓縮機(jī)尺寸相差4倍,體積相差64倍。

(5)僅從壓縮機(jī)尺寸的角度考慮,水蒸氣不適合“低吸氣溫度、大溫升幅度”工況的壓縮。

2.4 采用制冷劑進(jìn)行間接壓縮的可行性

如果采用制冷劑先吸收二次蒸汽的熱量,再壓縮制冷劑蒸汽的形式,將會(huì)發(fā)現(xiàn)相同一效蒸發(fā)溫度和相同二次蒸汽產(chǎn)量的條件下,制冷劑壓縮方式的吸氣體積要比直接壓縮水蒸氣小很多。不同制冷劑的吸氣體積與水蒸氣直接壓縮的吸氣體積比較如表4所示。

表4 壓縮不同制冷劑氣體時(shí)單位蒸發(fā)量的吸氣體積/(m3/kg)

以R245fa的吸氣體積為參考基礎(chǔ),不同制冷劑的吸氣體積倍數(shù)如表5所示。

表5 壓縮不同制冷劑氣體時(shí)單位蒸發(fā)量的吸氣體積倍數(shù)

不難看出以下結(jié)論。

(1)直接壓縮水蒸氣的吸氣體積是間接壓縮R245fa的數(shù)倍,將導(dǎo)致水蒸氣壓縮機(jī)的尺寸是R245fa壓縮機(jī)尺寸的2～3倍,體積則是十幾倍。

(2)隨著一效蒸發(fā)溫度的提高,水蒸氣壓縮機(jī)的尺寸趨于合理,說明水蒸氣不適合“低吸氣溫度”工況的直接壓縮。

(3)一效蒸發(fā)溫度較低時(shí),單純從壓縮機(jī)尺寸角度考慮,制冷劑的選擇優(yōu)先次序是:R134a>R124>R245fa>R141b。

(4)一效蒸發(fā)溫度較高時(shí),R134a等工質(zhì)不再適合間接壓縮。

3 純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)理模型與評(píng)價(jià)方法

3.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

從傳熱特性、熱力特性和評(píng)價(jià)指標(biāo)三個(gè)方面對(duì)純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建,其中前兩個(gè)數(shù)學(xué)模型包括雙效蒸發(fā)子系統(tǒng)和熱泵循環(huán)子系統(tǒng)。其數(shù)學(xué)模型計(jì)算求解流程如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立流程

3.2 節(jié)能環(huán)保性指標(biāo)

作為一套全新的低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù)和系統(tǒng),本文構(gòu)建完善的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)體系,主要包括:

(1)單位蒸發(fā)量生蒸氣耗量

驅(qū)動(dòng)熱泵壓縮機(jī)的電能將作為系統(tǒng)的直接能源,認(rèn)為中介水蒸汽溫度下的生蒸汽汽化潛熱等同于熱泵壓縮機(jī)功率,代入式(1)計(jì)算出單位蒸發(fā)量下所消耗的生蒸氣量。

(1)

(2)單位蒸發(fā)量的標(biāo)煤耗量

假設(shè)熱泵壓縮機(jī)的電耗全部來源于燃煤發(fā)電機(jī)組,燃煤發(fā)電機(jī)組的平均供電能耗為0.31,計(jì)算公式如式(2)所示。

(2)

(3)溫室氣體減排量

以二氧化碳作為溫室氣體代表,減排量計(jì)算公式如式(3)所示。

MCO2=2.47Mbm

(3)

(4)有毒有害氣體減排量

以二氧化硫作為有毒有害氣體代表,減排量計(jì)算公式如式(4)所示。

MSO2=0.02Mbm

(4)

(5)粉塵減排量如式(5)所示。

MFC=0.01Mbm

(5)

3.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)系統(tǒng)年總費(fèi)用

系統(tǒng)年總費(fèi)用包括運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用,具體計(jì)算公式如式(6)所示。

J=J1+J2+J3+J4+J5

(6)

熱泵壓縮機(jī)的功率、當(dāng)?shù)仉妰r(jià)和年運(yùn)行時(shí)間這三類因素影響熱泵的年運(yùn)行費(fèi)用。

具體計(jì)算公式如式(7)所示。

J1=PyθY

(7)

熱泵循環(huán)子系統(tǒng)的年維護(hù)費(fèi)用由機(jī)組維修、保養(yǎng)等組成,且受當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩赜绊?、系統(tǒng)運(yùn)行工況及時(shí)長(zhǎng)等影響,具體費(fèi)用當(dāng)另外計(jì)算。以初投資的一定比例進(jìn)行估算。

參考式(8)和式(9)對(duì)熱泵投資建設(shè)費(fèi)用進(jìn)行估算。

I=aQln×1000

(8)

J2=εl

(9)

參考式(10)對(duì)雙效蒸發(fā)子系統(tǒng)的年維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行估算。

(10)

抽真空系統(tǒng)的費(fèi)用年值主要用來不凝性氣體的排除以及維持蒸發(fā)罐的真空度。因此,若維持系統(tǒng)良好的氣密性以及抽真空系統(tǒng)不持續(xù)工作,則會(huì)大大降低其費(fèi)用年值。

根據(jù)泵的軸功率按照式(11)對(duì)排水泵的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行估算。

(11)

(2)靜態(tài)回收年限模型

相較于常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng),純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)冷卻塔的投資力度減少,但高溫?zé)岜玫耐顿Y力度增大。在系統(tǒng)改造中常常用靜態(tài)投資回收年限作為重要經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo),具體公式如式(12)所示。

(12)

用式(13)表示常規(guī)雙效蒸發(fā)系統(tǒng)的年總費(fèi)用。

(13)

(14)

4 運(yùn)行特性與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性

本文針對(duì)某中藥企業(yè)應(yīng)用的智能純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù)與裝備的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)介紹,該項(xiàng)目的機(jī)組如圖8所示。

圖8 實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)的智能純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮機(jī)組

4.1 傳熱性能測(cè)試結(jié)果

由于換熱器的傳熱效果直接受其傳熱系數(shù)的影響,因此需通過分析傳熱系數(shù)變化的影響規(guī)律得出提高換熱器性能的實(shí)驗(yàn)方法。根據(jù)系統(tǒng)傳熱計(jì)算模型,傳熱系數(shù)通過換熱器的傳熱量(公式計(jì)算)、傳熱面積(設(shè)計(jì)參數(shù))和溫度(儀表測(cè)量)求得。

圖9 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)傳熱溫差的變化圖10 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)傳熱系數(shù)的變化

圖9和圖10分別表示系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行過程中的傳熱溫差和傳熱系數(shù)變化規(guī)律。圖9表示,在換熱結(jié)構(gòu)和傳熱面積相同的情況下,一效蒸發(fā)罐的傳熱溫差比二效蒸發(fā)罐的傳熱溫差大,分別為16.09℃和12.7℃,這是由于一效蒸發(fā)罐內(nèi)中介水蒸氣汽的傳熱溫差受系統(tǒng)不凝性氣體的影響而有所增大。由于蒸發(fā)器中的積液原因所導(dǎo)致的傳熱系數(shù)和面積減小,使得熱泵蒸發(fā)器的平均傳熱溫差為8.97℃,冷凝器的平均傳熱溫差為7℃。圖10表示,一效蒸發(fā)罐的平均傳熱系數(shù)最小,為860W/(m2·K),而熱泵冷凝器的平均傳熱系數(shù)最大,為1302W/(m2·K),驗(yàn)證了不凝性氣體的存在會(huì)降低系統(tǒng)的傳熱性能。

4.2 熱泵的COP變化規(guī)律

熱泵COP和冷凝器與蒸發(fā)器的溫差(簡(jiǎn)稱CE溫差)隨時(shí)間的變化規(guī)律,如圖11所示。CE溫差直接影響熱泵系統(tǒng)的COP,COP作為評(píng)價(jià)熱泵效率的關(guān)鍵指標(biāo)。熱泵的COP和CE溫差隨時(shí)間呈相反變化規(guī)律,符合系統(tǒng)熱力工作原理。

圖11 系統(tǒng)熱泵COP的變化圖12 單位蒸發(fā)能耗的變化

4.3 壓縮機(jī)負(fù)荷對(duì)性能的影響

螺桿壓縮機(jī)的型號(hào)選擇影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果,而保證壓縮機(jī)功率與系統(tǒng)的匹配程度至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)通過同時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)負(fù)荷滑閥和輸入電流與負(fù)荷相匹配的方式來控制壓縮機(jī)功率。本文針對(duì)系統(tǒng)總蒸發(fā)量和單位耗電蒸發(fā)量(WPP)與熱泵壓縮機(jī)負(fù)荷之間的影響作出以下分析。

如圖12所示,隨著壓縮機(jī)負(fù)荷的增加,系統(tǒng)總蒸發(fā)量提高且WPP降低,因此可提高壓縮機(jī)負(fù)荷來提高總蒸發(fā)量,同時(shí)減小壓縮機(jī)負(fù)荷可使系統(tǒng)能耗有一定程度減少。當(dāng)壓縮機(jī)在超負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí),總蒸發(fā)量的提高不再受負(fù)荷增加的影響,這是由于負(fù)荷與運(yùn)行不匹配時(shí),負(fù)荷的增加甚至對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效果起到負(fù)面影響,因此選擇與系統(tǒng)相匹配的功率至關(guān)重要。

4.4 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

通過系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算得到純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的單位蒸發(fā)量的耗電為65kWh/t,折合單位蒸發(fā)量生蒸氣耗量WEF1=0.135kg/kg(常規(guī)雙效系統(tǒng)為0.55～0.60kg/kg);單位蒸發(fā)量的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量20.15kg/t(常規(guī)雙效系統(tǒng)為55.15kg/t);碳減排量為0.1t/t。以2t/h蒸發(fā)量的純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮機(jī)組為例,在不同蒸汽價(jià)格和電價(jià)下的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性如表6至表8所示。

表6 不同能源價(jià)格下蒸發(fā)1噸水費(fèi)用節(jié)省情況/(元/t)

表7 不同能源價(jià)格下蒸發(fā)一噸水的費(fèi)用節(jié)省比例/%

表8 規(guī)格為2t/h純電驅(qū)動(dòng)濃縮機(jī)組的增量回收期/小時(shí)

可以看出,當(dāng)電價(jià)為0.7元/kWh,蒸汽價(jià)為240元/t時(shí),每蒸發(fā)一噸水可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用103.5元/t,節(jié)省比例接近70%,設(shè)備的增量投資回收期為8700小時(shí)。隨著未來能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,電價(jià)趨低,蒸汽價(jià)格趨高,純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮機(jī)組的節(jié)能環(huán)保性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性將會(huì)更加顯著。

5 結(jié)論

為了滿足未來工業(yè)電氣化對(duì)天然產(chǎn)物與中藥提取液濃縮分離工藝的節(jié)能低碳要求,本文提出了純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮工藝和裝備,通過間接壓縮原理實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用,通過理論分析和實(shí)際工程項(xiàng)目測(cè)試分析,得出如下結(jié)論。

(1)純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)中真空相變熱泵側(cè)輸入的功量主要用于回收蒸發(fā)器內(nèi)二效蒸汽的凝結(jié)熱。電力輸入的目的不是電熱轉(zhuǎn)換,而是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)熱能的循環(huán)利用,這是本項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的根本原因。

(2)從直接壓縮水蒸氣的實(shí)際壓縮功耗、排氣過熱度、壓縮體積等技術(shù)角度考慮,水蒸氣不適合“低吸氣溫度、大溫升幅度”工況的壓縮,因此MVR不適合熱敏性物料的低溫濃縮,無法實(shí)現(xiàn)雙效節(jié)能。

(3)采用制冷劑作為載熱循環(huán)工質(zhì),可以完美地避免低溫水蒸氣熱物理性質(zhì)對(duì)壓縮性能的本質(zhì)限制難題,實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮工藝技術(shù)。

(4)建立了雙效系統(tǒng)與真空相變子系統(tǒng)的耦合數(shù)理模型,并從節(jié)能環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面給出了純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(5)通過純電驅(qū)動(dòng)低溫蒸發(fā)濃縮工程項(xiàng)目的運(yùn)行實(shí)際測(cè)試,結(jié)果表明單位蒸發(fā)量的耗電為65kWh/t,單位蒸發(fā)量的標(biāo)準(zhǔn)煤耗量20.15kg/t(常規(guī)雙效系統(tǒng)為55.15kg/t);碳減排量為0.1t/t。在合理的電價(jià)和蒸汽價(jià)格下,每蒸發(fā)一噸水可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用約100元/t,節(jié)省比例接近60%～70%,設(shè)備的增量投資回收期為7000～10000小時(shí)。