Dans le domaine du rejet zéro des eaux usées industrielles, le procédé « adoucissement chimique en plusieurs étapes + concentration et séparation membranaire en plusieurs étapes + cristallisation par évaporation » est généralement adopté. La cristallisation par évaporation est divisée en processus d'évaporation multi-effets (MED), processus de recompression thermique de vapeur (TVR), processus de recompression mécanique de vapeur (MVR), etc. Parmi eux, le processus MED nécessite une grande quantité de vapeur primaire, le temps de séjour de le produit d'évaporation est long, l'efficacité du traitement n'est pas élevée et la consommation de vapeur primaire de l'évaporation à trois effets est 0,40~0,50 kg/kgH2O. Le processus TVR utilise la vapeur secondaire générée lors de l'évaporation, mais l'évaporation consomme toujours de la vapeur à haute température, et la consommation de vapeur primaire est de 0,10 à 0,30 kg/kgH2O, et l'effet d'économie d'énergie est limité. Le processus MVR est le même que le processus TVR, qui utilise pleinement la vapeur secondaire générée pendant l'évaporation et la cristallisation pour améliorer l'efficacité économique, mais la différence est que le processus MVR consomme de l'électricité pendant l'évaporation, il est donc largement utilisé dans les scénarios où il y a un manque d’approvisionnement en vapeur primaire ou le prix de la vapeur primaire est élevé.
L'équipement de base du processus MVR est le compresseur de vapeur, qui est la clé pour garantir la capacité de traitement du MVR. Cependant, dans de nombreux projets, l'unité de conception ou l'unité EPC n'a pas vérifié la sélection du compresseur de vapeur et le calcul des principaux paramètres du compresseur de vapeur est inexact, ce qui fait que la capacité de traitement du MVR n'atteint pas la valeur attendue pendant le fonctionnement. Cet article part du principe MVR et donne la classification et la sélection des compresseurs de vapeur ainsi qu'une méthode simple de conception et de calcul pour référence par les professionnels du traitement de l'eau.
Principe MVR
Le dispositif MVR est généralement composé d'un préchauffeur, d'un réchauffeur, d'un évaporateur, d'un condenseur, d'une pompe à circulation forcée, d'un compresseur de vapeur, d'un épaississeur, d'une centrifugeuse, etc. La saumure à haute concentration pénètre dans le préchauffeur par la pompe d'alimentation pour se réchauffer. (échange de chaleur avec du condensat de vapeur), et après avoir atteint une certaine température, il entre dans le réchauffeur (échange de chaleur avec de la vapeur secondaire comprimée), et après avoir été chauffé jusqu'au point d'ébullition, il entre dans l'évaporateur. La pompe à circulation forcée fait circuler le matériau en continu entre l'évaporateur et le réchauffeur. La vapeur secondaire générée par l'évaporateur entre dans le compresseur de vapeur. Une fois la température et la pression augmentées, il entre dans le réchauffeur pour une utilisation alternative, et ainsi de suite, afin d'atteindre l'objectif de haute efficacité et d'économie d'énergie.
Classification et sélection des compresseurs de vapeur
Dans l’industrie, il existe de nombreux types de compresseurs.
Pour le MVR, il existe deux compresseurs à vapeur couramment utilisés, l'un est le compresseur à vapeur Roots de type rotatif et l'autre est le compresseur à vapeur centrifuge de type à turbine. Les deux compresseurs sont applicables à différentes conditions de travail, principalement en termes de volume d'échappement, de pression d'échappement, d'efficacité adiabatique, etc.
Les compresseurs de vapeur Roots conviennent aux petits et moyens volumes de gaz, sinon l'équipement est trop grand, ce qui entraîne une augmentation de la surface au sol et de l'investissement ; les compresseurs de vapeur centrifuges conviennent aux volumes de gaz grands et moyens, de sorte que la quantité de vapeur secondaire pour l'évaporation et la cristallisation du MVR est la base clé pour la sélection des compresseurs de vapeur.
Par exemple, dans un projet d'eaux usées sans rejet, le volume d'alimentation du dispositif de cristallisation par évaporation MVR est de 10 t/h, la pression de vapeur secondaire est de 0.08 MPa et la température est de 93,51 degrés. La densité de la vapeur secondaire est de 0,48 kg/m³. En supposant que la totalité des 10 t/h d'alimentation soit évaporée, le volume d'admission du compresseur est de 20 833,33 m³/h (347,22 m³/min), la température d'échappement du compresseur à vapeur est de 105 degrés et la pression d'échappement est de 0,15 MPa. Le volume d'échappement du compresseur est de 207,94 m³/min. À ce stade, un compresseur de vapeur centrifuge doit être sélectionné. Le processus de calcul est le suivant.
(1) Calculer le débit volumique de vapeur entrant dans le compresseur
Où : Vi est le débit volumique de vapeur entrant dans le compresseur, en m³/h ; mi est le débit massique de vapeur entrant dans le compresseur, en kg/h ; ρi est la densité de la vapeur entrant dans le compresseur, en kg/m³.
(2) Calculer le débit volumique d'échappement du compresseur de vapeur
Où : Pi est la pression de la vapeur entrant dans le compresseur, MPa ; Po est la pression de la vapeur sortant du compresseur, MPa ; Vi est le débit volumique de vapeur entrant dans le compresseur, m³/min ; Vo est le débit volumique de vapeur sortant du compresseur, en m³/min ; Ti est la température de la vapeur entrant dans le compresseur, en degrés ; Ti est la température de la vapeur sortant du compresseur, en degrés .
Étant donné que le volume d'échappement applicable du compresseur de vapeur Roots est de 3 à 150 m³/min et que le volume d'échappement applicable du compresseur de vapeur centrifuge est de 25 à 3 000 m³/min, le compresseur de vapeur centrifuge est sélectionné.
Conception des principaux paramètres du compresseur
Comme le montre ce qui précède, le MVR est un processus d'augmentation de la température et de la pression de la vapeur secondaire en entraînant le compresseur de vapeur avec de l'énergie électrique. Par conséquent, la puissance du moteur du compresseur de vapeur constitue la base pour garantir la capacité du compresseur. Toujours en prenant le dispositif de cristallisation par évaporation MVR avec un débit d'alimentation de 10 t/h, une pression de vapeur secondaire de 0,08 MPa, une température de 93,51 degrés, une température d'échappement du compresseur de vapeur de 105 degrés. , et une pression d'échappement de 0,15 MPa à titre d'exemple, la puissance du moteur peut être calculée selon les étapes suivantes.
(1) Calculer l'indice adiabatique de la vapeur
Où : k est l'indice adiabatique de la vapeur ; CP est la capacité thermique spécifique à pression constante de la vapeur à {{0}},08 MPa et 93,51 degrés, kJ/(kg· degré ); CV est la capacité thermique spécifique à volume constant de la vapeur à 0,08 MPa et 93,51 degrés, kJ/(kg·degré).
(2) Calculer l'indice polytropique du compresseur de vapeur
Où : m est l'indice polytropique du compresseur de vapeur ; ηp est le rendement polytropique du compresseur.
(3) Calculer le rapport de pression du compresseur
Où : ε est le rapport de pression du compresseur.
Les compresseurs à vapeur avec un rapport de pression inférieur à 3,5 peuvent tous utiliser une compression en un étage.
(4) Calculer la puissance théorique du compresseur de vapeur
Où N est la puissance théorique du compresseur à vapeur, en kW.
Certaines unités de conception ou unités EPC utilisent la puissance théorique comme base pour déterminer la puissance du moteur du compresseur, ce qui entraîne une puissance du compresseur plus faible.
(5) Calculer la puissance à l'arbre du compresseur de vapeur
Où Na est la puissance à l'arbre du compresseur à vapeur, en kW ; l'efficacité du compresseur ne peut pas atteindre 100 % en raison de la friction et d'autres raisons. ηm est appelé rendement mécanique. Lorsque la puissance théorique N est inférieure à 1 000 kW, elle peut être comprise entre 0,94 et 0,96. Lorsque 1000 Inférieur ou égal à 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.
Certaines unités de conception ou unités EPC déterminent la puissance du moteur du compresseur en fonction de la puissance de l'arbre, mais en raison de la charge du moteur, il est impossible pour le moteur d'atteindre une puissance de 100 %, ce qui entraînera toujours une puissance du compresseur insuffisante.
(6) Calcul de la puissance du moteur du compresseur à vapeur
La formule ci-dessus montre que la puissance du moteur du compresseur à vapeur est 1,1 à 1,2 fois supérieure à la puissance de l'arbre. Selon les résultats du calcul, la valeur de série standard de la puissance du moteur peut être considérée comme égale à 280 kW.
Résumé
Le compresseur de vapeur est l'équipement de base permettant de garantir que le MVR atteigne la capacité de traitement conçue. Un calcul précis de la puissance d'entraînement du compresseur constitue la base pour garantir les performances du compresseur. Si la puissance d'entraînement est sélectionnée en fonction de la puissance théorique calculée, elle sera inférieure de 20 à 30 % à la puissance d'entraînement réelle ; si la puissance d'entraînement est sélectionnée en fonction de la puissance de l'arbre, elle sera inférieure de 10 à 20 % à la puissance d'entraînement réelle.