Выпаривание с тепловым насосом

Существенного снижения энергозатрат можно достичь за счет применения в схеме выпарной установки термокомпрессора (теплового насоса). Наибольший эффект от применения термокомпрессора достигается при выпаривании растворов с малой температурной депрессией.

Рисунок 10.8 – Схема выпарного аппарата с механическим термокомпрессором: 1 – выпарной аппарат; 2 – термокомпрессор

В выпарных аппаратах или многокорпусных выпарных установках с термокомпрессором вторичный пар сжимается до давления греющего пара и используется для обогрева того же аппарата, в котором он образовался. Для сжатия пара применяют механические компрессоры или пароструйные инжекторы. Схема однокорпусной выпарной установки при сжатии всего вторичного пара (схема с полным тепловым насосом) в механическом компрессоре представлена на рис. 10.8.

При пуске аппарата раствор подогревается до кипения свежим паром. После закипания раствора вторичный пар направляют в термокомпрессор, сжимают до необходимого давления и возвращают в греющую камеру выпарного аппарата. Теоретически выпаривание происходит за счет механической энергии, затрачиваемой в термокомпрессоре на сжатие пара. На практике, в связи с расходом тепла на подогрев раствора и потерей тепла в окружающее пространство, необходимо добавлять к греющему пару небольшое количество свежего пара для компенсации этих потерь.

Эффективность работы термокомпрессора характеризуется величиной коэффициента инжекции, так как с увеличением его значения требуется меньший расход пара рабочего высокого давления на компрессор.

В многокорпусных выпарных установках давление вторичного пара последовательно снижается от первой ступени к последней и соответственно увеличивается необходимая степень сжатия вторичного пара. Так как коэффициент инжекции в значительной степени зависит от степени сжатия вторичного пара, то его минимальное значение будет при установке термокомпрессора на последней ступени установки. Следовательно, для обеспечения процесса выпаривания необходимым количеством сжатого пара (смеси), величина отбора вторичного пара должна снижаться от первой ступени к последней. Это видно из уравнения материального баланса для термокомпрессора:

, (10.89)

где – расход сжатого пара, поступающего в первый корпус установки; – расход вторичного пара; – расход рабочего пара; – коэффициент инжекции.

Целесообразность отбора вторичного пара с той или иной ступени установки и его величина решается в каждом конкретном случае отдельно. Однако из эксплуатационных соображений отбор вторичного пара на турбокомпрессор целесообразно производить из первой ступени установки. Во-первых, при высоких коэффициентах инжекции обеспечивается более стабильная работа компрессора даже при некотором колебании манометрического режима работы установки. Во-вторых, унос раствора с вторичным паром в первой ступени, как правило, минимальный, в результате чего будет меньше засоряться пароструйный инжектор и будет обеспечиваться условие получения более чистого конденсата паровой смеси.

Следует иметь в виду, что чрезмерно большой отбор вторичного пара может привести к нарушению нормальной работы последующих корпусов выпарной установки (изменению температурного режима) и в конечном итоге – к снижению производительности. Особенно это касается установок, оснащенных выпарными аппаратами с естественной циркуляцией раствора.

Схема выпарной установки смешанного тока с термокомпрессором представлена на рис. 10.9.

На приведенной выше схеме часть вторичного пара первого корпуса отбирается на термокомпрессор, где он сжимается до необходимых параметров паром высокого давления ( МПа) и направляется в греющую камеру этого же корпуса; остальная часть вторичного пара поступает на обогрев второго корпуса. Таким образом, свежий пар поступает в первый корпус только при запуске установки, выведении ее на рабочий режим и компенсации потерь. Сокращение энергозатрат для такой схемы составляет примерно 20 %.

Рисунок 10.9 – Схема МВУ с термокомпрессором:
ВА – выпарные аппараты; И – испарители конденсата; П – подогреватели исходного раствора

В заключение следует отметить, что работа выпарной установки с термокомпрессором экономически эффективнее, чем без него, но возможность применения термокомпрессора ограничена специфическими параметрами его работы в составе выпарной установки: малой степенью сжатия и высокой производительностью.