في مجال التصريف الصفري لمياه الصرف الصناعي، يتم اعتماد عملية "التليين الكيميائي متعدد المراحل + تركيز وفصل الغشاء متعدد المراحل + بلورة التبخر" بشكل عام. تنقسم عملية بلورة التبخر إلى عملية تبخر متعددة التأثيرات (MED)، وعملية إعادة ضغط البخار الحراري (TVR)، وعملية إعادة ضغط ميكانيكي البخار (MVR)، وما إلى ذلك. ومن بينها، تتطلب عملية MED كمية كبيرة من البخار الأولي، ووقت بقاء منتج التبخر طويل، وكفاءة المعالجة ليست عالية، واستهلاك البخار الأساسي للتبخر ثلاثي التأثير هو 0.40~0.50 كجم/كجم H2O. تستخدم عملية TVR البخار الثانوي المتولد أثناء التبخر، لكن التبخر لا يزال يستهلك بخارًا بدرجة حرارة عالية، واستهلاك البخار الأساسي هو 0.10~0.30 كجم/كجم H2O، ويكون تأثير توفير الطاقة محدودًا. عملية MVR هي نفس عملية TVR، والتي تستفيد بشكل كامل من البخار الثانوي المتولد أثناء التبخر والتبلور لتحسين الكفاءة الاقتصادية، ولكن الفرق هو أن عملية MVR تستهلك الكهرباء أثناء التبخر، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في السيناريوهات حيث هناك نقص في إمدادات البخار الأولي أو أن سعر البخار الأولي مرتفع.
المعدات الأساسية لعملية MVR هي ضاغط البخار، وهو المفتاح لضمان قدرة معالجة MVR. ومع ذلك، في العديد من المشاريع، لم تتحقق وحدة التصميم أو وحدة EPC من اختيار ضاغط البخار ويكون حساب المعلمات الرئيسية لضاغط البخار غير دقيق، مما أدى إلى عدم وصول قدرة معالجة MVR إلى القيمة المتوقعة أثناء التشغيل. تبدأ هذه المقالة من مبدأ MVR وتقدم تصنيفًا واختيارًا لضواغط البخار وطريقة تصميم وحساب بسيطة للرجوع إليها من قبل متخصصي معالجة المياه.
مبدأ MVR
يتكون جهاز MVR عادة من سخان مسبق، وسخان، ومبخر، ومكثف، ومضخة دوران قسري، وضاغط بخار، ومكثف، وجهاز طرد مركزي، وما إلى ذلك. يدخل المحلول الملحي عالي التركيز إلى التسخين المسبق من خلال مضخة التغذية للتسخين (تبادل الحرارة مع بخار متكثف)، وبعد وصوله إلى درجة حرارة معينة يدخل إلى السخان (تبادل الحرارة مع بخار ثانوي مضغوط)، وبعد تسخينه إلى درجة الغليان يدخل إلى المبخر. تعمل مضخة التدوير القسري على جعل المادة تدور بشكل مستمر بين المبخر والسخان. يدخل البخار الثانوي الناتج عن المبخر إلى ضاغط البخار. بعد زيادة درجة الحرارة والضغط، يدخل إلى السخان للاستخدام الترددي، وما إلى ذلك، لتحقيق غرض الكفاءة العالية وتوفير الطاقة.
تصنيف واختيار ضواغط البخار
في الصناعة، هناك أنواع عديدة من الضواغط.
بالنسبة لـ MVR، هناك نوعان من ضواغط البخار شائعة الاستخدام، أحدهما هو ضاغط البخار Roots من النوع الدوار، والآخر هو ضاغط البخار بالطرد المركزي من النوع التوربيني. الضاغطان قابلان للتطبيق في ظروف عمل مختلفة، بشكل أساسي من حيث حجم العادم، وضغط العادم، والكفاءة الأدياباتيكية، وما إلى ذلك.
تعتبر ضواغط البخار Roots مناسبة لأحجام الغاز الصغيرة والمتوسطة، وإلا فإن المعدات كبيرة جدًا، مما يؤدي إلى زيادة المساحة الأرضية والاستثمار؛ تعتبر ضواغط البخار ذات الطرد المركزي مناسبة لأحجام الغاز الكبيرة والمتوسطة، وبالتالي فإن كمية البخار الثانوي للتبخر والتبلور MVR هي الأساس الرئيسي لاختيار ضواغط البخار.
على سبيل المثال، في مشروع تصريف مياه الصرف الصحي بدون تصريف، يكون حجم التغذية لجهاز تبلور التبخر MVR هو 10 طن/ساعة، وضغط البخار الثانوي هو 0.08 ميجا باسكال، و درجة الحرارة 93.51 درجة. كثافة البخار الثانوية 0.48 كجم/م3. بافتراض أن كل 10 طن/ساعة من التغذية قد تبخرت، يكون حجم سحب الضاغط 20833.33 متر مكعب/ساعة (347.22 متر مكعب/دقيقة)، ودرجة حرارة عادم ضاغط البخار هي 105 درجة، وضغط العادم 0.15 ميجا باسكال. يبلغ حجم عادم الضاغط 207.94 م³/دقيقة. في هذا الوقت، ينبغي اختيار ضاغط البخار بالطرد المركزي. عملية الحساب هي على النحو التالي.
(1) احسب معدل تدفق حجم البخار الداخل إلى الضاغط
حيث: Vi هو معدل تدفق حجم البخار الداخل إلى الضاغط، m³/h؛ mi هو معدل تدفق كتلة البخار الداخل إلى الضاغط، كجم/ساعة؛ ρi هي كثافة البخار الداخل إلى الضاغط، كجم/م3.
(2) احسب معدل تدفق حجم العادم لضاغط البخار
حيث: Pi هو ضغط البخار الداخل إلى الضاغط، MPa؛ Po هو ضغط البخار الخارج من الضاغط، MPa؛ Vi هو معدل تدفق حجم البخار الداخل إلى الضاغط، م³/دقيقة؛ Vo هو معدل تدفق حجم البخار الخارج من الضاغط، م³/دقيقة؛ Ti هي درجة حرارة البخار الداخل إلى الضاغط، الدرجة؛ Ti هي درجة حرارة البخار الخارج من الضاغط، الدرجة.
نظرًا لأن حجم العادم المطبق لضاغط البخار Roots هو 3 ~ 150 متر مكعب / دقيقة، وحجم العادم المطبق لضاغط البخار بالطرد المركزي هو 25 ~ 3000 متر مكعب / دقيقة، فقد تم تحديد ضاغط البخار بالطرد المركزي.
تصميم المعلمات الرئيسية للضاغط
كما يتبين مما سبق، فإن MVR هي عملية زيادة درجة حرارة وضغط البخار الثانوي عن طريق تشغيل ضاغط البخار بالطاقة الكهربائية. ولذلك فإن قوة محرك ضاغط البخار هي الأساس لضمان قدرة الضاغط. لا يزال يتم أخذ جهاز بلورة التبخر MVR بمعدل تغذية 10 طن/ساعة، وضغط بخار ثانوي قدره 0.08 ميجا باسكال، ودرجة حرارة 93.51 درجة، ودرجة حرارة عادم ضاغط البخار 105 درجة وضغط العادم 0.15 ميجا باسكال كمثال، يمكن حساب قوة المحرك حسب الخطوات التالية.
(1) احسب المؤشر الأديباتي للبخار
حيث: k هو المؤشر الأدياباتي للبخار؛ CP هي السعة الحرارية النوعية للضغط الثابت للبخار عند {{0}}.08 ميجا باسكال و93.51 درجة، kJ/(kg·degree)؛ CV هي السعة الحرارية المحددة للحجم الثابت للبخار عند 0.08 ميجا باسكال و 93.51 درجة، كيلوجول/(كجم · درجة).
(2) احسب المؤشر المتعدد الموجات لضاغط البخار
حيث: m هو المؤشر متعدد التوجهات لضاغط البخار؛ ηp هي الكفاءة المتعددة الموجات للضاغط.
(3) احسب نسبة ضغط الضاغط
حيث: ε هي نسبة ضغط الضاغط.
يمكن لضواغط البخار ذات نسبة ضغط أقل من 3.5 أن تستخدم ضغطًا على مرحلة واحدة.
(4) احسب القوة النظرية لضاغط البخار
حيث N هي القوة النظرية لضاغط البخار، كيلوواط.
تستخدم بعض وحدات التصميم أو وحدات EPC الطاقة النظرية كأساس لتحديد قوة محرك الضاغط، مما يؤدي إلى إنتاج ضاغط أصغر.
(5) احسب قوة عمود ضاغط البخار
حيث Na هي قوة عمود ضاغط البخار، kW؛ كفاءة الضاغط لا يمكن أن تصل إلى 100% بسبب الاحتكاك وأسباب أخرى. ηm تسمى الكفاءة الميكانيكية. عندما تكون القدرة النظرية N أقل من 1000 كيلوواط، يمكن اعتبارها 0.94~0.96. عندما يكون 1000 أقل من أو يساوي 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.
تحدد بعض وحدات التصميم أو وحدات EPC قوة محرك الضاغط بناءً على قوة العمود، ولكن بسبب حمل المحرك، من المستحيل على المحرك تحقيق خرج بنسبة 100%، لذلك سيظل هذا يؤدي إلى عدم كفاية خرج الضاغط.
(6) حساب قوة محرك ضاغط البخار
توضح الصيغة أعلاه أن قوة محرك ضاغط البخار تبلغ 1.1 ~ 1.2 ضعف قوة العمود. وفقا لنتائج الحساب، يمكن اعتبار القيمة التسلسلية القياسية لقوة المحرك 280 كيلو واط.
ملخص
ضاغط البخار هو المعدات الأساسية لضمان وصول MVR إلى قدرة المعالجة المصممة. الحساب الدقيق لقوة محرك الضاغط هو الأساس لضمان أداء الضاغط. إذا تم تحديد طاقة المحرك وفقًا للطاقة المحسوبة النظرية، فستكون أقل بنسبة 20% إلى 30% من طاقة المحرك الفعلية؛ إذا تم اختيار قوة المحرك وفقًا لقوة العمود، فستكون أقل بنسبة 10 إلى 20% من قوة المحرك الفعلية.
