微正壓條件下板式降膜MVR蒸發(fā)裝置的工藝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

賈夢(mèng)陽 童玉寶 閆海龍 殷鵬 孫磊 楊莉莉

1中國(guó)石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)

2克拉瑪依九工環(huán)保技術(shù)有限公司

近年來，由于板式降膜蒸發(fā)器與其他類型蒸發(fā)器相比具有傳熱系數(shù)高、氣耗低、回水比大、二次汽冷凝水純度高、板面不易結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)[1]，從而得到了大面積的推廣和應(yīng)用。常規(guī)多效蒸發(fā)等在設(shè)計(jì)過程中為實(shí)現(xiàn)增大效數(shù)、增大有效換熱溫差的目的，多采用負(fù)壓蒸發(fā)技術(shù)，其蒸發(fā)器中的負(fù)壓（真空度）主要是由二次蒸汽冷凝所致[2]。負(fù)壓蒸發(fā)在設(shè)計(jì)時(shí)需配備真空系統(tǒng)來維持真空（負(fù)壓）體系，用以抽吸蒸發(fā)系統(tǒng)泄漏的空氣、不凝氣體以及冷卻水飽和溫度下的水蒸氣等。負(fù)壓蒸發(fā)增大效數(shù)即是增大單位蒸汽（能耗）下的產(chǎn)水量，增大有效換熱溫差即可減少換熱面積、減少投資[3]。負(fù)壓蒸發(fā)亦存在一些普遍性缺點(diǎn)，主要有沸點(diǎn)降低使蒸發(fā)傳熱效率降低；真空蒸發(fā)器需按壓力容器類別進(jìn)行設(shè)計(jì)，制造成本高、管理難度大；二次蒸汽體積流速大幅增高易攜帶霧沫影響冷凝水水質(zhì)；真空（負(fù)壓）穩(wěn)定性不易控制；最終乏氣與外界熱熱交換時(shí)需要冷源量大、成本高。以板式降膜MVR 蒸發(fā)工藝為研究對(duì)象，深入研究微正壓蒸發(fā)的理論依據(jù)及應(yīng)用條件，提出了熱能平衡因子Δqz是控制微正壓蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素，并利用微正壓蒸發(fā)控制思路對(duì)某油田一套3 500 m3/d 的微負(fù)壓板式降膜MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其在微正壓條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

1 板式降膜MVR蒸發(fā)技術(shù)

MVR 蒸發(fā)技術(shù)即機(jī)械蒸汽再壓縮（Mechanical Vapor Recompression）技術(shù)（簡(jiǎn)稱MVR），凡是利用機(jī)械壓縮式熱泵對(duì)二次蒸汽進(jìn)行再壓縮來提高蒸汽壓力、溫度，以使得二次蒸汽加壓后可以作為熱源再次利用的蒸發(fā)技術(shù)均可稱為MVR 蒸發(fā)技術(shù)。板式降膜MVR蒸發(fā)技術(shù)即MVR蒸發(fā)技術(shù)和板式降膜蒸發(fā)器的完美結(jié)合，主要是通過MVR 蒸發(fā)器的機(jī)械蒸汽壓縮做功；所采用的蒸發(fā)工藝是板式降膜工藝，將MVR 蒸發(fā)器的加熱室做成降膜式，而后利用機(jī)械蒸汽壓縮機(jī)壓縮做功。

板式降膜MVR 蒸發(fā)過程中，冷凝室與蒸發(fā)室之間通過壓縮機(jī)連接，兩室間壓力差即是壓縮機(jī)進(jìn)出口蒸汽飽和壓力的差值（圖1），其工作狀態(tài)可以是負(fù)壓到正壓中的任何一點(diǎn)[4]。MVR在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，既不能像多效蒸發(fā)一樣提高單位能耗產(chǎn)水量，也不能提高蒸發(fā)板兩側(cè)的有效換熱溫差，負(fù)壓蒸發(fā)應(yīng)用在MVR 蒸發(fā)工藝中不但沒有具備負(fù)壓多效蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，還帶來了諸多不利因素，例如負(fù)壓蒸發(fā)條件下壓縮機(jī)的選型尺寸會(huì)顯著增大，從而造成能耗增加、系統(tǒng)設(shè)備投資增大[5]。

圖1 MVR蒸發(fā)工藝原理圖Fig.1 Principle diagram of MVR evaporation process

2 微正壓蒸發(fā)優(yōu)勢(shì)

針對(duì)某油田高含鹽污水深度處理工程一套3 500 m3/d 的微負(fù)壓（95 ℃、-15 kPa）板式降膜MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行了若干項(xiàng)改造，使其在微正壓（104 ℃、15 kPa）條件下穩(wěn)定運(yùn)行，改造后裝置產(chǎn)水量可達(dá)4 200 m3/d。通過實(shí)踐數(shù)據(jù)對(duì)比證明了相對(duì)于微負(fù)壓蒸發(fā)，在微正壓條件下運(yùn)行MVR 蒸發(fā)，具有產(chǎn)水水質(zhì)更優(yōu)、換熱系數(shù)更大、投資更省、能耗更低、減少藥劑用量等明顯優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。

2.1 產(chǎn)水水質(zhì)更優(yōu)

蒸汽在不同壓力下的飽和溫度、對(duì)應(yīng)密度、焓值數(shù)據(jù)由物性手冊(cè)查得，按照某油田高含鹽污水深度處理工程中一套3 500 m3/d 處理規(guī)模的板式降膜MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)水量（75 t/h）及設(shè)備尺寸，計(jì)算出不同壓力體系下二次蒸汽流速，其結(jié)果如表1所示。通過對(duì)比微負(fù)壓狀態(tài)（95 ℃、-15 kPa）與微正壓（104 ℃、15 kPa）運(yùn)行條件下，在蒸發(fā)器筒體內(nèi)上升的二次蒸汽密度可知[6]，微正壓條件下運(yùn)行，水蒸氣比容更小，二次蒸汽在蒸發(fā)器筒體內(nèi)上升流速是微負(fù)壓狀態(tài)下流速的72%，有效地降低了汽水分離負(fù)荷，其夾帶物沫更少，產(chǎn)水礦化度更低。與此同時(shí)，在微正壓狀態(tài)下，對(duì)物料因強(qiáng)制循環(huán)產(chǎn)生的泡沫具有一定壓制作用，微正壓工藝應(yīng)用于高含鹽水的處理時(shí)，此優(yōu)點(diǎn)更為突出。通過對(duì)蒸汽補(bǔ)充量及不凝氣排放量的控制，將系統(tǒng)運(yùn)行壓力分別控制在微負(fù)壓、常壓和微正壓條件下運(yùn)行，通過對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果也對(duì)此進(jìn)行了印證。

表1 蒸發(fā)器不同壓力體系下二次蒸汽參數(shù)Tab.1 Parameters of secondary steam in evaporators under different pressure systems

2.2 換熱系數(shù)更大

理論與實(shí)踐證明，板的換熱效率不僅與材質(zhì)、厚度、形狀、流體狀態(tài)等有關(guān)外，還受熱流密度影響[7]。微正壓條件下，飽和蒸汽比焓更高，單位體積攜帶的能量也更大，蒸發(fā)板單位面積下蒸汽的凝結(jié)放熱量增加、熱流密度增大，從而提高了蒸發(fā)換熱板換熱效率。

2.3 投資更省

相較于MVR負(fù)壓蒸發(fā)，微正壓MVR蒸發(fā)工藝投資更省體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)于高腐蝕性料液的處理，因換熱板選材等級(jí)高，蒸發(fā)換熱板的投資為MVR 整個(gè)系統(tǒng)中投資最大的部分，根據(jù)該油田高含鹽污水深度處理工程前期設(shè)備選型報(bào)價(jià)文件，不同選材條件下，蒸發(fā)板投資約占總投資的40%～66%。微正壓條件下，因換熱系數(shù)增大，減少了換熱面積，蒸發(fā)板部分投資可降低10%～15%。

（2）為減少蒸汽攜帶液滴、保障產(chǎn)水質(zhì)量，蒸發(fā)塔最小直徑受所允許的最大二次蒸汽上升流速限制。微正壓蒸發(fā)可有效減小二次蒸汽流速?gòu)亩鴾p小蒸發(fā)塔直徑。微正壓蒸發(fā)條件下蒸發(fā)器不屬于壓力容器，制造和管理成本進(jìn)一步降低。同理，系統(tǒng)蒸汽配管也相應(yīng)減少了尺寸和投資。

（3）雖然壓縮機(jī)所匹配的功率僅與質(zhì)量流量和壓差有關(guān)，但壓縮機(jī)選型則是以體積流量為主[8]。因此微正壓蒸發(fā)可降低壓縮機(jī)尺寸，減少壓縮機(jī)投資。

（4）由于系統(tǒng)是在微正壓條件下完成蒸發(fā)，因此無需投資抽真空裝置用以排放不凝氣。

2.4 能耗更低

根據(jù)不同壓力下蒸汽焓值數(shù)據(jù)，以及該油田高含污水深度處理工程中一套3 500 m3/d 處理規(guī)模的板式降膜MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)中壓縮機(jī)廠家提供的壓縮機(jī)運(yùn)行效率計(jì)算方法，測(cè)算得到表2中壓縮機(jī)的理論軸功率及電機(jī)富余量。MVR 微正壓條件下運(yùn)行相較于負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行能耗大幅降低，主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：①微正壓狀態(tài)下壓縮機(jī)效率要高于微負(fù)壓狀態(tài)運(yùn)行效率約2%～4%；②設(shè)定壓縮機(jī)效率相同的條件下，冷凝水單位能耗有所下降；③微負(fù)壓狀態(tài)下，不凝氣外排時(shí)的攜帶蒸汽量遠(yuǎn)高于微正壓蒸發(fā)；④沒有負(fù)壓蒸發(fā)條件下維持真空所需的能耗，亦沒有產(chǎn)水因礦化度超標(biāo)進(jìn)行二次處理所需耗能；⑤因蒸發(fā)塔直徑與換熱板面積的減少，強(qiáng)制循環(huán)泵流量可以按比例減少，節(jié)約循環(huán)泵電耗。通過蒸汽補(bǔ)充量及不凝氣排放量的控制，將系統(tǒng)運(yùn)行壓力分別穩(wěn)定控制在微負(fù)壓、常壓和微正壓條件下運(yùn)行，通過對(duì)壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果也同樣對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證。

表2 壓縮機(jī)在不同進(jìn)口壓力下運(yùn)行參數(shù)Tab.2 Operating parameters of the compressor under different inlet pressures

2.5 降低藥劑用量

在處理發(fā)泡性污水時(shí)，微正壓條件下運(yùn)行對(duì)泡沫有壓制作用，減少消泡劑用量。筆者認(rèn)為，一是因?yàn)閴毫υ礁邭馀葜睆皆叫?，氣泡比重加大上升困難；二是因?yàn)闅馀荼砻婺ぶ懈鞣N離子更加活躍，氣泡膜的黏度也有所降低，使氣泡趨于不穩(wěn)定狀態(tài)。在某些行業(yè)蒸發(fā)過程中，以加大循環(huán)母液濃度壓制起泡，亦是這個(gè)道理。

在應(yīng)用于高含硅污水處理時(shí)，由于微正壓蒸發(fā)溫度高，二氧化硅溶解度增大，可降低循環(huán)母液的目標(biāo)pH值，減少用于調(diào)節(jié)pH值的堿液量。

3 理論依據(jù)與工程條件

MVR 蒸發(fā)器內(nèi)的壓力受工藝條件限制，運(yùn)行狀態(tài)（溫度、壓力、蒸發(fā)量）能否保持平穩(wěn)只與整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)熱能是否平衡有關(guān)[9]，而多效蒸發(fā)器的壓力則更多地受二次汽冷凝速度影響。其熱能平衡公式可表述為公式（1），這里引進(jìn)一個(gè)名詞熱能平衡因子Δqz，當(dāng)Δqz＞0時(shí)，蒸發(fā)塔內(nèi)壓力呈緩慢上升的態(tài)勢(shì)；當(dāng)Δqz＜0時(shí)，其蒸發(fā)塔內(nèi)壓力則會(huì)不斷下降；而當(dāng)Δqz=0時(shí)，其蒸發(fā)塔內(nèi)壓力會(huì)維持在某一壓力狀態(tài)，可以是負(fù)壓到正壓的任何一點(diǎn)狀態(tài)。

式中：Δqz為MVR系統(tǒng)進(jìn)、出總能量之和，kJ/kg；Wyz為蒸汽壓縮機(jī)所做壓縮功，kJ/kg；Wbz為循環(huán)泵等各類機(jī)泵所做有用功，kJ/kg；Δhs為冷凝水與蒸發(fā)器進(jìn)料的焓值差，kJ/kg；qs為蒸發(fā)塔、機(jī)泵、管網(wǎng)的散熱損失，kJ/kg；qp為經(jīng)熱能回收后，排出系統(tǒng)之外的濃水?dāng)y熱與濕飽和不凝氣攜熱之和，kJ/kg；hq為外部注入系統(tǒng)的補(bǔ)充熱量，kJ/kg。

實(shí)踐生產(chǎn)過程中，在系統(tǒng)蒸發(fā)量與蒸汽壓縮機(jī)選型一定的條件下，Wyz只與壓縮機(jī)進(jìn)出口溫差成對(duì)應(yīng)關(guān)系，此處描述的溫差是指折算為蒸汽飽和狀態(tài)下的壓縮機(jī)進(jìn)出口溫度[10]。

Wbz只與進(jìn)料泵、循環(huán)泵、噴淋泵的軸功率有關(guān)，與其他外輸、外排類泵無關(guān)，循環(huán)泵做功占比最大，通常是進(jìn)料泵的15～20倍，噴淋泵功率相對(duì)較小。

qp其攜熱量與濃水排放量和不凝氣對(duì)外排放量有關(guān)[11]，與熱能回收率也有關(guān)。蒸發(fā)濃水排放量在蒸發(fā)量一定的情況下是相對(duì)穩(wěn)定的。而不凝氣排放較為復(fù)雜，當(dāng)排放閥門開度一定時(shí)，隨蒸發(fā)塔內(nèi)壓力變化，排放量并不穩(wěn)定。不凝氣排放量越大，其排放的蒸汽量就越大，排放的熱能就越多。

在蒸發(fā)量及蒸發(fā)器濃縮率一定的情況下，濃水?dāng)y熱與濕飽和不凝氣的回收率決定了Δhs的大小，回收率越大qp越小，Δhs也越小，此時(shí)系統(tǒng)熱能更易平衡。需要指出的是，蒸發(fā)器換熱板的換熱效率決定了冷凝水溫度高低，效率越高冷凝水溫度越接近循環(huán)水溫度，與蒸發(fā)器循環(huán)母液的溫度差越小。

蒸發(fā)塔、機(jī)泵、管網(wǎng)的散熱損失與各類設(shè)備保溫條件有直接關(guān)系，在現(xiàn)場(chǎng)保溫措施良好的情況下，一般系統(tǒng)的散熱損失≤1%。在工程設(shè)計(jì)施工中，當(dāng)保溫方案確定后，qs基本是個(gè)定值。

從外部引進(jìn)的蒸汽熱能過大，會(huì)造成噸水能耗增加，過小則不足以使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 微正壓蒸發(fā)控制思路

4.1 熱能平衡絕對(duì)值確定

Wyz所涉及的壓縮機(jī)溫升是設(shè)計(jì)選型確定的。設(shè)計(jì)選型過程中，壓縮機(jī)溫升的確定應(yīng)該兼顧投資成本與電耗成本，以當(dāng)?shù)赜脩綦妰r(jià)、蒸發(fā)換熱器制造材料成本之間的關(guān)系來計(jì)算，通過計(jì)算可以得到最佳經(jīng)濟(jì)效益下的壓縮機(jī)溫升。例如，按蒸發(fā)換熱器材料為鈦材、電價(jià)按0.38 元/kWh 計(jì)算，沸點(diǎn)溫升為0.5 ℃的條件下，壓縮機(jī)溫升選擇6 ℃為最佳效益點(diǎn)，其中5.5 ℃為有效換熱溫差。

Wbz與處理量、布水型式及板面結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常MVR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，Wyz僅為Wbz的1/15～1/20。對(duì)整體熱能平衡影響相對(duì)較小。

在保溫效果一定的情況下，qs基本可視為定值，通常MVR 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件取值1%～2%。

對(duì)于板式降膜MVR 微正壓蒸發(fā)來說，確保蒸發(fā)器進(jìn)液溫度最大程度接近于外排冷凝水溫度，是保證熱能平衡的首要關(guān)鍵因素。為保證此點(diǎn)，需要對(duì)冷凝水、外排濃水以及不凝氣所攜蒸汽等熱能進(jìn)行充分回收，并把此部分回收熱能用于進(jìn)塔母液升溫，其熱能回收率應(yīng)達(dá)到90%以上。冷凝水與濃水溫度回收多采用換熱器換熱為主工藝，不凝氣所攜蒸汽熱能回收可用不凝氣熱能回收裝置。

需要指出兩點(diǎn)：①換熱器在設(shè)計(jì)選型時(shí)，端面溫差盡可能小，但太小會(huì)造成換熱器投資成本過高，建議將端面溫差控制在3～4 ℃；②考慮不凝氣隨著溫度變化攜濕量的變化，不凝氣熱能回收裝置應(yīng)置于冷凝水與濃水換熱器之前更為合理。這里需要補(bǔ)充說明的是，降膜管、板的結(jié)構(gòu)有利用于冷凝水充分將其顯熱部分傳遞給蒸發(fā)母液，此舉有效降低了Δhs。以色列專家在為某油田負(fù)壓三效橫管MVR 的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，有效換熱溫差只有2.2 ℃左右。設(shè)計(jì)之初就是考慮蒸發(fā)過程中橫膜管在回收的顯熱熱能方面難度較大，為了能效犧牲投資，最終加大了冷凝水噸水生產(chǎn)成本。

在微正壓MVR 蒸發(fā)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)用戶需求，結(jié)合工況條件計(jì)算在沒有外部蒸汽補(bǔ)充下Δqz的數(shù)值。當(dāng)Δqz≤0 時(shí)，需要根據(jù)所缺能量，向蒸發(fā)塔內(nèi)補(bǔ)充焓值與hq相當(dāng)?shù)恼羝麩崮?；?dāng)Δqz>0時(shí)，則無需考慮補(bǔ)充蒸汽。

4.2 微正壓穩(wěn)定性控制

由蒸發(fā)系統(tǒng)熱能平衡因子Δqz的確定公式可知，控制微正壓MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，需要確保恒定Δqz=0。但在現(xiàn)實(shí)操作中，Δqz受來水水質(zhì)（水溫、礦化度、含氣量）等內(nèi)部因素變化影響，受電壓穩(wěn)定性、蒸汽可降熱度噴淋水壓力等外部因素影響，甚至受外部環(huán)境影響，其數(shù)值都會(huì)隨之變化。

微正壓MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為確保Δqz=0，可通過改變換熱量、補(bǔ)充蒸汽、調(diào)節(jié)不凝氣外排，改變進(jìn)水水量、濃縮率或改變電機(jī)頻率（或調(diào)節(jié)風(fēng)門）等方法實(shí)現(xiàn)。最常用的措施有改變蒸汽補(bǔ)充量、調(diào)節(jié)壓縮機(jī)電機(jī)頻率（或調(diào)節(jié)風(fēng)門）、改變進(jìn)水量和調(diào)節(jié)不凝氣排放。其中，調(diào)節(jié)不凝氣排放最易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行，也是保障蒸發(fā)量不變的有效措施。以調(diào)節(jié)不凝氣排放為控制措施時(shí)需要滿足兩個(gè)前提條件：一是Δqz≥0；二是有熱能回收裝置。只要控制邏輯正確、源信號(hào)采集點(diǎn)設(shè)置正確，即使外部工況存在一定范圍內(nèi)變化的可能，微正壓MVR 運(yùn)行依然可以穩(wěn)定在某一具體工況點(diǎn)運(yùn)行，并能夠?qū)崿F(xiàn)無人職守全自動(dòng)運(yùn)行。

另外，微正壓MVR 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還可以根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)該功能需要在控制軟件中植入微正壓MVR 人工智能狀態(tài)分析判斷系統(tǒng)，并相應(yīng)設(shè)置幾個(gè)電控閥。該系統(tǒng)同樣可以用于無人職守全自動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)微正壓MVR 系統(tǒng)對(duì)外部工況條件，例如水量、水溫、水質(zhì)的適應(yīng)范圍更廣，并可以自動(dòng)處于最佳工況點(diǎn)運(yùn)行。

5 工程應(yīng)用及數(shù)據(jù)分析

5.1 應(yīng)用背景

2020 年某油田設(shè)計(jì)建設(shè)了一套處理能力3 500 m3/d蒸發(fā)裝置，主蒸發(fā)設(shè)備采用板式降膜蒸發(fā)器，蒸發(fā)工藝為微負(fù)壓MVR 蒸發(fā)工藝，主工藝流程見圖2。

圖2 MVR板式降膜蒸發(fā)除鹽工藝流程圖Fig.2 Flow chart of MVR plate falling film evaporation demineralization process

蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)口設(shè)計(jì)溫度為95 ℃（即蒸發(fā)器微負(fù)壓運(yùn)行，壓力-15 kPa），壓縮溫升8 ℃（即壓縮機(jī)出口溫度103 ℃），設(shè)計(jì)進(jìn)出水指標(biāo)詳見表3。

表3 MVR板式降膜蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab.3 Design inlet and outlet water quality of MVR plate falling film evaporation system

裝置建成投運(yùn)過程中，由于系統(tǒng)原水包含多股水源，蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)極不穩(wěn)定，導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)經(jīng)常產(chǎn)生紊亂，出現(xiàn)物料起沫嚴(yán)重、不凝氣排放不暢、產(chǎn)水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等情況。經(jīng)工藝技術(shù)研究確定，對(duì)整體工藝做若干項(xiàng)改造，改造后將板式降膜蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力控制在15 kPa 左右，即讓MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微正壓蒸發(fā)，改造完至今裝置已平穩(wěn)運(yùn)行30月有余。

5.2 效果及數(shù)據(jù)分析

改造后的運(yùn)行性能參數(shù)與設(shè)計(jì)性能參數(shù)對(duì)比見表4，通過對(duì)表內(nèi)部分運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行分析可以看出，MVR 在改造成微正壓蒸發(fā)后，熱交換系數(shù)增大16.1%，單位產(chǎn)水電耗降低13%，產(chǎn)水礦化度降低40%以上。

表4 微正壓運(yùn)行參數(shù)對(duì)比Tab.4 Comparison of micro-positive pressure operating parameters

微正壓運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)為裝置實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，其中：①表中運(yùn)行數(shù)據(jù)為春季運(yùn)行；②數(shù)據(jù)表中壓縮機(jī)溫升含沸點(diǎn)溫升；③經(jīng)跟板蒸制造廠確認(rèn)后，熱交換系數(shù)運(yùn)行值計(jì)算時(shí)，在原設(shè)計(jì)蒸發(fā)板面積數(shù)值上乘以1.15的系數(shù)；④產(chǎn)水礦化度為穩(wěn)定運(yùn)行期間的最大值；⑤壓縮機(jī)溫升值括號(hào)中為沸點(diǎn)溫升值，實(shí)際工作中由于來水性質(zhì)發(fā)生變化，沸點(diǎn)溫升遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值；⑥蒸汽量的節(jié)省得益于改造后“來液-冷凝水”換熱器換熱面積的增大，以及不凝氣熱能回收。

6 結(jié)論

（1）在MVR 蒸發(fā)工藝技術(shù)中，負(fù)壓蒸發(fā)在多效蒸發(fā)工藝中體現(xiàn)出的增大單位蒸汽（能耗）下產(chǎn)水量，增大有效換熱溫差或減少換熱面積等優(yōu)勢(shì)已不存在。實(shí)踐應(yīng)用證明，微正壓MVR 蒸發(fā)工藝優(yōu)勢(shì)更多，例如：產(chǎn)水礦化度≤30 mg/L，降膜板式換熱器換熱系數(shù)相對(duì)提高約10%以上；總體設(shè)備投資降低約6%～8%，消泡劑、pH 值調(diào)節(jié)劑均大幅減量。

（2）微正壓蒸發(fā)更適合于高含鹽污水、發(fā)泡性污水、高溫用水端（例如鍋爐給水）、來水溫度較高等工況場(chǎng)合的污水處理。

（3）MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行是否處于正壓或負(fù)壓狀態(tài)只與系統(tǒng)內(nèi)熱能平衡有關(guān)。其運(yùn)行是否能穩(wěn)定于某一狀態(tài)主要受熱能排放及回收的差值，即熱能平衡因子Δqz影響。在穩(wěn)定運(yùn)行控制中，不凝氣外排所攜蒸汽熱能及冷凝水、外排濃水所攜熱能的回收控制是關(guān)鍵因素。

（4）當(dāng)受壓縮機(jī)溫升過低等因素制約無法保證Δqz≥0時(shí)，需要根據(jù)所缺能量，向蒸發(fā)塔內(nèi)補(bǔ)充相應(yīng)焓值量的蒸汽，以確保MVR 系統(tǒng)能保持微正壓運(yùn)行；當(dāng)Δqz＞0時(shí)，則可以不考慮補(bǔ)充蒸汽。

（5）保證恒定Δqz=0有改變蒸汽補(bǔ)充量、調(diào)節(jié)壓縮機(jī)電機(jī)頻率（或調(diào)節(jié)風(fēng)門）、改變蒸發(fā)量和調(diào)節(jié)不凝氣排放等多種控制措施。其中，調(diào)節(jié)不凝排放量的控制措施最易實(shí)現(xiàn)。

（6）在微正壓MVR 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中植入人工智能狀態(tài)分析判斷系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)和無人職守全自動(dòng)運(yùn)行。

（7）相對(duì)于橫膜MVR 蒸發(fā)，降膜MVR 因其結(jié)構(gòu)更有利于蒸汽側(cè)凝結(jié)水顯熱向蒸發(fā)側(cè)循環(huán)液的傳遞。