机械蒸汽再压缩_MVR_热泵技术的应用进展

２．３ ＭＶＲ 热泵技术在造纸工业中的应用
造纸 工 业 虽 然 不 同 于 化 工、炼 油 等“高 能 耗、高 污 染 ”行 业 ，但 造 纸 行 业 也 存 在 几 个 能 源 消 耗 较 大 的
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常 州 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ２０１５ 年
耗，但 ＭＶＲ 技术的节能优势更为明显，且热力学 效 率也比较高 。 ［５－６］ 中 盐 金 坛 公 司 是 目 前 国 内 唯 一 一 家将 ＭＥ 和 ＭＶＲ 技 术 并 用 于 生 产，且 能 达 到 稳 定 运 行 的 企 业 。 该 企 业 在 核 算 汽 、电 价 成 本 的 基 础 上 ， 在二期工程中采用了新的 ＭＶＲ 技术，于２０１０ 年建 成并投 产 运 行。 徐 敏 等 根 ［７］ 据 该 公 司 实 际 生 产 情 况，将 ＭＥ 技术和 ＭＶＲ 技术的能耗做了比较，结果 显示，ＭＥ 吨盐平均消 耗 为 ９９．５８ｋｇ标 煤，ＭＶＲ 吨 盐平均消耗为 ７９．０７ｋｇ 标 煤，ＭＶＲ 热 泵 效 益 显 而 易见。
ｐｒｏｍｉｓｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＭＶＲ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ（ＭＶＲ）；ｈｅａｔ ｐｕｍｐ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ
２．２ ＭＶＲ 热泵技术在乳液浓缩中的应用
在食品加工行业有很多乳浆液蒸发浓缩过程， 耗 能 巨 大 。 比 如 玉 米 浆 、果 汁 、蔬 菜 汁 和 乳 制 品 等 的 蒸发浓缩 。 ［１０－１１］ 这 些 行 业 的 蒸 发 过 程 中，物 料 一 般 具 有 热 敏 性 、不 宜 高 温 加 热 、物 料 浓 度 高 、流 动 性 差 、 传热速率低等特点。对于蒸发量要求很大的装置采 用 ＭＶＲ 系统回收 二 次 蒸 汽 具 有 较 高 的 经 济 效 益； 而对压缩比要求也 低，可 以 以 较 低 的 功 率 回 收 大 量 热量。常采用的蒸发器是管式降膜蒸发器和板式蒸 发器两种，二次蒸汽 经 压 缩 机 压 缩 后 返 回 蒸 发 器 供 热。通常为了达到 高 浓 缩 目 的，会 采 用 多 级 蒸 发 方 式浓缩。也有采用 多 效 蒸 发，将 中 间 级 或 者 末 级 蒸 汽压缩用于第一级 蒸 汽 加 热，不 同 的 方 案 根 据 实 际 情况选择利用。
图１ ＭＶＲ 热泵系统 Ｆｉｇ．１ ＭＶＲ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｓｙｓｔｅｍ
２ ＭＶＲ 热泵技术的应用
早在 １９ 世 纪 国 外 就 已 制 造 出 ＭＶＲ 热 泵 装 置 并投入实际运行，经 过 多 年 发 展，ＭＶＲ 热 泵 技 术 已 经在众多领域 展 现 出 其 良 好 的 节 能 效 果。目 前， ＭＶＲ 热泵技术 在 各 领 域 中 的 应 用 实 质 上 是 ＭＶＲ 蒸 发 器 技 术 的 应 用 。 比 如 ，食 品 行 业 （牛 奶 、乳 清 、糖 溶 液 的 蒸 发 ）、造 纸 工 业 （黑 液 的 蒸 发 ）、制 盐 工 业 （盐 溶液的蒸发）、环保 技 术 （废 水 的 浓 缩）等。 另 外，在 有效温差要求较小 的 蒸 馏 体 系、固 体 干 燥 等 方 面 也 有着重要的应用及发展空间。
董守亮等 针 ［１２］ 对 目 前 液 态 奶 蒸 发 浓 缩 领 域 的 能耗高、热效率低等缺点，提出了基于 ＭＶＲ 技术的 液态奶蒸发浓 缩 系 统，设 计 了 基 于 ＭＶＲ 技 术 的 蒸 发工艺流程，采用火 用 分 析 模 型 对 系 统 及 各 个 部 件 进行了能效分 析，研 究 结 果 认 为 ＭＶＲ 乳 品 蒸 发 系 统应尽量采用较小压缩比的压缩机和维持较高的蒸 发温度。
机械蒸汽再压缩（ＭＶＲ）热泵技术的应用进展＊
杨 德 明 ，叶 梦 飞 ，谭 建 凯 ，王 颖 ，高 晓 新
（常州大学 石油化工学院，江苏 常州 ２１３１６４）
摘 要 ：介 绍 了 机 械 蒸 汽 再 压 缩 （ＭＶＲ）热 泵 技 术 的 节 能 原 理 及 应 用 优 势 ，概 述 了 该 技 术 在 制 盐 、乳 液 浓 缩 、造 纸 、固 体 干 燥 、海 水 淡 化 及蒸馏等领域的应用现状，探讨了 ＭＶＲ 热泵技术在实际应用中要 关 注 的 几 个 问 题 。 并 以 仲 丁 醇 －异 丁 醇 小 温 差 体 系 的 分 离 为 案 列，应用 ＭＶＲ 热泵精馏工艺，进行了能耗计算与分析，结果表明，ＭＶＲ 精馏工艺比双效精馏 工 艺 节 能 约 ６６％，预 示 着 ＭＶＲ 热 泵 技术在节能领域具有潜在的巨大经济优势。 关 键 词 ：机 械 蒸 汽 再 压 缩 ；热 泵 ；应 用 ；节 能
中图分类号：ＴＱ ０２８ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－０４１１．２０１５．０１．０１５
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＹＡＮＧ Ｄｅ－ｍｉｎｇ，ＹＥ Ｍｅｎｇ－ｆｅｉ，ＴＡＮ Ｊｉａｎ－ｋａｉ，ＷＡＮＧ Ｙｉｎｇ，ＧＡＯ Ｘｉａｏ－ｘｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ）
且 受 到 国 外 技 术 封 锁 ，该 技 术 发 展 尚 不 成 熟 ，目 前 已 受到 越 来 越 多 学 者 的 关 注，ＭＶＲ 热 泵 技 术 的 应 用 在我国尚处于初级阶段。
１ ＭＶＲ 热泵技术节能原理
ＭＶＲ 热泵技术的工 作 原 理 是 将 低 温 位 的 蒸 汽 经 压 缩 后 ，升 压 升 温 以 提 高 蒸 汽 的 品 位 ，用 于 设 备 供
＊ 收稿日期：２０１４－０４－２８。 作 者 简 介 ：杨 德 明 （１９６６－ ），男 ，江 苏 苏 州 人 ，教 授 。 通 讯 联 系 人 ：高 晓 新 （１９７９－ ），Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏｘｉａｏｘｉｎ＠ｃｃｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
杨 德 明 ，等 ：机 械 蒸 汽 再 压 缩 （ＭＶＲ）热 泵 技 术 的 应 用 进 展
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热 。 而 蒸 发 产 生 的 低 压 蒸 汽 经 压 缩 机 再 次 将 其 “泵 ” 回 到 高 温 位 热 能 中 ，如 此 反 复 ，充 分 利 用 了 蒸 汽 的 潜 热，达到高效节能的目的 。 ［２－３］
ＭＶＲ 热泵系统如图 １ 所 示，主 要 由 蒸 发 器 （如 蒸 馏 塔 底 再 沸 器 ）和 蒸 汽 压 缩 机 构 成 ，蒸 发 器 产 生 的 蒸 汽 进 入 压 缩 机 压 缩 后 ，提 高 了 蒸 汽 的 温 度 ，进 而 作 为蒸发器的热源。压缩后的蒸汽提供给蒸发器的热 量为 ΔＨ＝Ｈ１－Ｈ２，而 压 缩 机 的 消 耗 功 为 Ｗ ，由 于 热功比（ΔＨ／Ｗ ）一般 都 很 大，因 而 可 以 达 到 大 幅 度 节能的目的。庞卫科等 将 ［４］ ＭＶＲ 热 泵 系 统 工 作 时 回收利用的潜热值与输入的机械功之间作了比较， 理 论 上 热 功 比 达 到 ２４．９。 工 质 的 热 焓 仅 增 加 ０．８％，而温度却提高了１３％，相 当 于 输 入 少 量 机 械 能，却把大量的低温 位 的 热 能 转 化 成 为 可 利 用 的 高 温 位 热 能 ，提 高 了 能 源 利 用 率 。
２．１ ＭＶＲ 热泵技术在制盐工业中的应用
制盐 工 业 是 高 能 耗 行 业 而，目 前 国 内 普 遍 采 用 的是技术成熟的多 效 真 空 蒸 发 （ＭＥ）制 盐 技 术。 然 而 在 国 外 ，机 械 压 缩 式 （ＭＶＲ）热 泵 制 盐 技 术 已 经 取 得了质的飞跃。两种技术都可以很大程度地降低能
ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｌｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｃｈ ａｓ ｂｕｔａｎｏｌ－ｉｓｏｂｕｔａｎｏｌ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗａｓ ｇａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＭＶＲ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃａｎ ｓａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｂｙ ６６％ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔ
第２７卷 第１期 ２０１５ 年 １ 月
常 州 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｖｏｌ．２７ Ｎ号 ：２０９５－０４１１（２０１５）０１－００７６－０５
在实 际 制 盐 过 程 中，有 以 下 几 点 技 术 问 题 需 要 注意：①二次蒸汽夹 带 料 液 会 对 压 缩 机 叶 轮 造 成 冲 击 、腐 蚀 、结 垢 。 张 家 坝 制 盐 化 工 厂 引 进 的 我 国 第 一 套 热 泵 制 盐 装 置 就 发 生 过 压 缩 机 转 子 结 垢 问 题 。 ［８］ ②卤水的沸点会随着蒸发的进行而升高。若温度要 求过高，就需要采 用 多 级 式 压 缩 机，投 资 相 应 增 加， 可 以 适 当 降 低 传 热 温 差 ，增 加 换 热 面 积 ，合 理 控 制 好 投资与效益比 。 ［９］
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｆｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ （ＭＶＲ）ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＭＶＲ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｓａｌｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｐａｐｅｒｍａｋｉｎｇ，ｄｒｙｉｎｇ ｏｆ ｓｏｌｉｄｓ，ｓｅａｗａｔｅｒ ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｔｉｌ－ ｌａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄ ｓｅｖｅｒａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆｏｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＶＲ ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｄｉｓ－