En el campo de la descarga cero de aguas residuales industriales, generalmente se adopta el proceso de "ablandamiento químico de múltiples etapas + concentración y separación de membranas de múltiples etapas + cristalización por evaporación". La cristalización por evaporación se divide en proceso de evaporación multiefecto (MED), proceso de recompresión térmica con vapor (TVR), proceso de recompresión mecánica con vapor (MVR), etc. Entre ellos, el proceso MED requiere una gran cantidad de vapor primario, el tiempo de residencia de el producto de evaporación es largo, la eficiencia del procesamiento no es alta y el consumo de vapor primario de la evaporación de tres efectos es 0.40~0.50 kg/kgH2O. El proceso TVR utiliza el vapor secundario generado durante la evaporación, pero la evaporación aún consume vapor a alta temperatura y el consumo de vapor primario es de 0,10 ~ 0,30 kg/kgH2O, y el efecto de ahorro de energía es limitado. El proceso MVR es el mismo que el proceso TVR, que aprovecha al máximo el vapor secundario generado durante la evaporación y cristalización para mejorar la eficiencia económica, pero la diferencia es que el proceso MVR consume electricidad durante la evaporación, por lo que se usa ampliamente en escenarios donde hay falta de suministro de vapor primario o el precio del vapor primario es alto.
El equipo principal del proceso MVR es el compresor de vapor, que es la clave para garantizar la capacidad de procesamiento MVR. Sin embargo, en muchos proyectos, la unidad de diseño o la unidad EPC no ha verificado la selección del compresor de vapor y el cálculo de los principales parámetros del compresor de vapor es inexacto, lo que resulta en que la capacidad de procesamiento de MVR no alcance el valor esperado durante la operación. Este artículo parte del principio MVR y brinda la clasificación y selección de compresores de vapor y un método simple de diseño y cálculo como referencia para los profesionales del tratamiento de agua.
Principio MVR
El dispositivo MVR suele estar compuesto por un precalentador, un calentador, un evaporador, un condensador, una bomba de circulación forzada, un compresor de vapor, un espesador, una centrífuga, etc. La salmuera de alta concentración ingresa al precalentador a través de la bomba de alimentación para calentarse. (intercambia calor con vapor condensado), y después de alcanzar una cierta temperatura, ingresa al calentador (intercambia calor con vapor secundario comprimido), y luego de calentarse hasta el punto de ebullición, ingresa al evaporador. La bomba de circulación forzada hace que el material circule continuamente entre el evaporador y el calentador. El vapor secundario generado por el evaporador ingresa al compresor de vapor. Después de aumentar la temperatura y la presión, ingresa al calentador para uso alternativo, y así sucesivamente, para lograr el propósito de alta eficiencia y ahorro de energía.
Clasificación y selección de compresores de vapor.
En la industria existen muchos tipos de compresores.
Para MVR, hay dos compresores de vapor de uso común, uno es el compresor de vapor Roots de tipo rotativo y el otro es el compresor de vapor centrífugo de tipo turbina. Los dos compresores son aplicables a diferentes condiciones de trabajo, principalmente en términos de volumen de escape, presión de escape, eficiencia adiabática, etc.
Los compresores de vapor Roots son adecuados para volúmenes de gas pequeños y medianos; de lo contrario, el equipo es demasiado grande, lo que genera un mayor espacio e inversión; Los compresores de vapor centrífugos son adecuados para volúmenes de gas grandes y medianos, por lo que la cantidad de vapor secundario para la evaporación y cristalización MVR es la base clave para seleccionar los compresores de vapor.
Por ejemplo, en un proyecto de descarga cero de aguas residuales, el volumen de alimentación del dispositivo de cristalización por evaporación MVR es 10 t/h, la presión del vapor secundario es 0.08 MPa y La temperatura es de 93,51 grados. La densidad del vapor secundario es de 0,48 kg/m³. Suponiendo que se evaporan las 10 t/h de alimentación, el volumen de entrada del compresor es de 20833,33 m³/h (347,22 m³/min), la temperatura de escape del compresor de vapor es de 105 grados y la presión de escape es de 0,15 MPa. El volumen de escape del compresor es de 207,94 m³/min. En este momento, se debe seleccionar un compresor de vapor centrífugo. El proceso de cálculo es el siguiente.
(1) Calcule el caudal volumétrico de vapor que ingresa al compresor.
Donde: Vi es el caudal volumétrico de vapor que ingresa al compresor, m³/h; mi es el caudal másico de vapor que entra al compresor, kg/h; ρi es la densidad del vapor que entra al compresor, kg/m³.
(2) Calcule el caudal volumétrico de escape del compresor de vapor.
Donde: Pi es la presión del vapor que ingresa al compresor, MPa; Po es la presión del vapor que sale del compresor, MPa; Vi es el caudal volumétrico de vapor que ingresa al compresor, m³/min; Vo es el caudal volumétrico de vapor que sale del compresor, m³/min; Ti es la temperatura del vapor que ingresa al compresor, grados; Ti es la temperatura del vapor que sale del compresor, grados.
Dado que el volumen de escape aplicable del compresor de vapor Roots es de 3~150 m³/min, y el volumen de escape aplicable del compresor de vapor centrífugo es de 25~3000 m³/min, se selecciona el compresor de vapor centrífugo.
Diseño de los principales parámetros del compresor.
Como puede verse en lo anterior, MVR es un proceso de aumento de la temperatura y presión del vapor secundario accionando el compresor de vapor con energía eléctrica. Por lo tanto, la potencia del motor del compresor de vapor es la base para garantizar la capacidad del compresor. Aún tomando el dispositivo de cristalización por evaporación MVR con una velocidad de alimentación de 10 t/h, una presión de vapor secundario de 0.08 MPa, una temperatura de 93,51 grados, una temperatura de escape del compresor de vapor de 105 grados , y una presión de escape de 0,15 MPa como ejemplo, la potencia del motor se puede calcular según los siguientes pasos.
(1) Calcular el índice adiabático del vapor.
Donde: k es el índice adiabático del vapor; CP es la capacidad calorífica específica a presión constante del vapor a {{0}}.08 MPa y 93,51 grados, kJ/(kg·grados); CV es la capacidad calorífica específica a volumen constante del vapor a 0,08 MPa y 93,51 grados, kJ/(kg·grado).
(2) Calcule el índice politrópico del compresor de vapor.
Donde: m es el índice politrópico del compresor de vapor; ηp es la eficiencia politrópica del compresor.
(3) Calcule la relación de presión del compresor.
Donde: ε es la relación de presión del compresor.
Todos los compresores de vapor con una relación de presión inferior a 3,5 pueden utilizar compresión de una etapa.
(4) Calcule la potencia teórica del compresor de vapor.
Donde N es la potencia teórica del compresor de vapor, kW.
Algunas unidades de diseño o unidades EPC utilizan la potencia teórica como base para determinar la potencia del motor del compresor, lo que da como resultado una salida del compresor menor.
(5) Calcule la potencia del eje del compresor de vapor.
Donde Na es la potencia del eje del compresor de vapor, kW; la eficiencia del compresor no puede alcanzar el 100% debido a la fricción y otras razones. ηm se llama eficiencia mecánica. Cuando la potencia teórica N es inferior a 1000 kW, se puede tomar como 0,94 ~ 0,96. Cuando 1000 Menor o igual a 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.
Algunas unidades de diseño o unidades EPC determinan la potencia del motor del compresor en función de la potencia del eje, pero debido a la carga del motor, es imposible que el motor alcance el 100 % de potencia, por lo que esto seguirá provocando una potencia del compresor insuficiente.
(6) Cálculo de la potencia del motor del compresor de vapor.
La fórmula anterior muestra que la potencia del motor del compresor de vapor es 1,1~1,2 veces la potencia del eje. Según los resultados del cálculo, el valor estándar de serie de la potencia del motor se puede tomar como 280 kW.
Resumen
El compresor de vapor es el equipo principal para garantizar que el MVR alcance la capacidad de procesamiento diseñada. El cálculo preciso de la potencia de accionamiento del compresor es la base para garantizar el rendimiento del compresor. Si la potencia de accionamiento se selecciona de acuerdo con la potencia teórica calculada, será entre un 20% y un 30% menor que la potencia de accionamiento real; Si la potencia motriz se selecciona de acuerdo con la potencia del eje, será entre un 10% y un 20% menor que la potencia motriz real.