淺析MVR熱泵技術(shù)在硫酸鎳蒸發(fā)中的工業(yè)應(yīng)用

賴增敏

摘 要：MVR（機(jī)械蒸汽再壓縮）技術(shù)全面地應(yīng)用二次蒸汽潛熱，利用機(jī)械做功對其展開新一輪壓縮處置，產(chǎn)出一系列高質(zhì)量蒸汽，將之作為主要的加熱物料，蒸發(fā)環(huán)節(jié)不需要注入產(chǎn)生蒸汽，只需要壓縮機(jī)消耗電能就可以確保蒸發(fā)的順暢性，其是一項高效節(jié)能的新型技術(shù)。

關(guān)鍵詞：MVR熱泵技術(shù);硫酸鎳;蒸發(fā);應(yīng)用分析

1引言

自1925年起，奧地利設(shè)計裝配了世界上首套MVR設(shè)施，而在二十世紀(jì)七十年代在節(jié)能降耗的大環(huán)境之下，該技術(shù)在國外獲得了較為普遍的應(yīng)用。盡管我國也進(jìn)行了有關(guān)研究，不過發(fā)展始終較為平緩，直至近十年來，伴隨我國對節(jié)能環(huán)保、綠色生產(chǎn)環(huán)節(jié)的日趨重視，MVR熱泵技術(shù)的優(yōu)勢也愈來愈明顯，本文將進(jìn)一步分析MVR熱泵技術(shù)在硫酸鎳蒸發(fā)中的工業(yè)應(yīng)用要點，以此為鑒。

2MVR熱泵技術(shù)原理及特征分析

2.1MVR熱泵技術(shù)原理分析

MVR熱泵蒸發(fā)系統(tǒng)循環(huán)的原理就在于全面回收應(yīng)用物料蒸發(fā)所生成的二次蒸汽中的相變潛熱，如此一來就可以有效地加熱物料。具體來說，料液于蒸發(fā)器內(nèi)低溫蒸發(fā)生成的二次蒸汽最先轉(zhuǎn)移至壓縮機(jī)，利用機(jī)械壓縮提高蒸汽的實際溫度，等到溫度上升后就能夠再次回饋至蒸發(fā)器，如此一來發(fā)揮加熱蒸汽的功能。通過換熱后釋放出冷凝潛熱的蒸汽轉(zhuǎn)變成冷凝水，通過系統(tǒng)內(nèi)流出，料液汲取了加熱蒸汽的冷凝潛熱，從而產(chǎn)出二次蒸汽，如此一來就可以開始下一處循環(huán)環(huán)節(jié)。考慮到在蒸發(fā)器內(nèi)二次蒸汽蒸發(fā)所需的熱量在很大程度上源自于壓縮機(jī)壓縮后高溫蒸汽自身冷凝所釋放的相變潛熱，所以蒸發(fā)環(huán)節(jié)耗損的能量就是壓縮機(jī)做功所耗費(fèi)的能源。依據(jù)MVR熱泵系統(tǒng)的基本原理不難看出，它的實際效率在很大程度上受回收應(yīng)用蒸汽潛熱值和輸入的機(jī)械壓縮功的影響。

2.2MVR熱泵技術(shù)特征分析

2.2.1節(jié)能特征分析

多效蒸發(fā)以及MVR蒸發(fā)都采取了二次蒸汽的冷凝潛熱，發(fā)揮著較為顯著的節(jié)能作用，已經(jīng)成為提升蒸發(fā)操作能耗、多次應(yīng)用最重要的路徑。不過多效蒸發(fā)于蒸發(fā)末效要求把剩余蒸汽冷凝，此時要求提供既定規(guī)模的循環(huán)冷卻水，導(dǎo)致末效蒸汽的潛熱耗損。不難看出，MVR技術(shù)可以較為全面地應(yīng)用二次蒸汽潛熱，其節(jié)能作用比較明顯。

2.2.2重要裝備蒸汽壓縮機(jī)

蒸汽壓縮機(jī)已經(jīng)是MVR熱泵工藝不可或缺的一項重要設(shè)備，當(dāng)下包括羅茨式以及離心式兩種類型。在很多歐美發(fā)達(dá)國家，針對MVR蒸汽壓縮機(jī)都有了長時間的研發(fā)積淀，在技術(shù)上具有諸多優(yōu)勢。現(xiàn)如今，我國國產(chǎn)蒸汽壓縮機(jī)被應(yīng)用至MVR系統(tǒng)時長不長，較之于進(jìn)口設(shè)施具有一定的不足之處。

2.2.3自動化水平高

MVR熱泵蒸發(fā)器控制系數(shù)較多，彼此耦合匹配組合最佳化方可充分發(fā)揮節(jié)能功能。一個大型MVR設(shè)施常見的關(guān)聯(lián)控制系數(shù)高達(dá)數(shù)百個，如果單單依靠人力調(diào)控就具有一定的難度系數(shù)。較之于傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器，MVR蒸發(fā)器一般交由DCS、PLC組態(tài)調(diào)控，自動化水平比較高。

3MVR技術(shù)在硫酸鎳蒸發(fā)結(jié)晶中的應(yīng)用分析

在工業(yè)領(lǐng)域，硫酸鎳常被應(yīng)用在電池以及電鍍行業(yè)，長期以來，伴隨著我國電鍍和電池領(lǐng)域特別是三元正極材料的迅速發(fā)展，此時市場對于硫酸鎳材料的需求越來越高。值得注意的是，在產(chǎn)出硫酸鎳產(chǎn)品期間，蒸發(fā)結(jié)晶環(huán)節(jié)極易耗費(fèi)能源，采取MVR工藝技術(shù)替換過往的多效蒸發(fā)，能夠在一定程度上減少二次蒸汽內(nèi)廢熱的釋放量，最大程度地采用熱量，在節(jié)能降耗的過程中降低運(yùn)作費(fèi)用。

長期以來，MVR技術(shù)在我國逐漸被運(yùn)用至制鹽領(lǐng)域、食品產(chǎn)業(yè)等等。自2014年起，該項技術(shù)于冶金精制鹽中被廣泛地應(yīng)用。不容忽視地是，于MVR蒸發(fā)濃縮硫酸鎳技術(shù)中，蒸發(fā)濃縮效果通常會受到蒸發(fā)溫度、濃縮終點、真空程度等因素影響，所以如何優(yōu)化上述因素成為亟待解決的問題。

3.1蒸發(fā)器選型及材質(zhì)選取

通常來說，硫酸鎳溶液蒸發(fā)終點濃度相對較高，極易變成結(jié)晶，在選擇蒸發(fā)器種類的過程中，優(yōu)先選取強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)設(shè)施，而且因為硫酸鎳溶液pH大概為4，在溫度較高的情況下，腐蝕程度明顯，所以料液接觸部分都采取316L材料，一般來說，設(shè)施運(yùn)作兩年都不會出現(xiàn)腐蝕問題。

3.2蒸發(fā)溫度

蒸發(fā)溫度是影響硫酸鎳晶體生成及MVR平穩(wěn)運(yùn)作的關(guān)鍵要素。一般來說，硫酸鎳的溶解度會伴隨溫度上升而升高，此時相對較高的料液溫度會幫助溶解均衡趨向溶解方向，在一定程度上遏制晶核過早地出現(xiàn)，進(jìn)而讓溶液達(dá)到相對很高的飽和程度，幫助大粒徑晶體生長。如果蒸發(fā)溫度相對較低，那么此時就會導(dǎo)致溶液過飽和度上升，處在結(jié)晶范圍的不穩(wěn)區(qū)，導(dǎo)致晶體粒度過小，同時粒度布局不勻稱。

MVR系統(tǒng)的高蒸發(fā)溫度一般不會影響到蒸發(fā)水量情況，不過高溫蒸汽壓縮所耗費(fèi)的機(jī)械功會在短時間內(nèi)迅速上升，所以對壓縮機(jī)功耗影響較大，會造成空氣壓縮機(jī)工作電流趨于上升，所耗費(fèi)的能源上升。通常來說，偏高的蒸發(fā)溫度在一定程度上還會造成蒸汽壓縮機(jī)電流大大地超出額定電流，導(dǎo)致系統(tǒng)暫停運(yùn)作。不僅如此，相對較高的蒸發(fā)溫度在既定壓縮比之下，所獲取的蒸汽過熱度和氣體壓力會漸漸上升，在長時間地運(yùn)作之下，還會使得設(shè)施及管道遭遇不同程度地耗損，所以，對MVR系統(tǒng)而言，其蒸發(fā)溫度要盡量把控在比較低的范疇中。

根據(jù)硫酸鎳蒸發(fā)特點和MVR系統(tǒng)特點，通過生產(chǎn)實踐改善操作，蒸發(fā)溫度需要維持在75℃左右，如此一來就能夠確保結(jié)晶體積粒度相對均勻，而且MVR系統(tǒng)能源耗損較低，就能夠確保系統(tǒng)能夠順利運(yùn)作。

3.3壓縮機(jī)頻率分析

根據(jù)大量的實踐表明，壓縮機(jī)頻率在30Hz的情況下，盡管其他參數(shù)都較優(yōu)，而蒸發(fā)水量相對很小。伴隨壓縮機(jī)頻率的不斷上升，蒸發(fā)水量在短期內(nèi)上升明顯，盡管隨著壓縮機(jī)頻率的不斷提升，此時機(jī)組功耗也會漸漸變多，不過凈蒸發(fā)水量提升的程度要明顯超出機(jī)組功耗提升的程度，所以從提高蒸發(fā)效率這一方面而言，相關(guān)的操作人員要盡可能地提高蒸汽壓縮機(jī)頻率，而且要確保壓縮機(jī)頻率把控在45至50Hz為佳。

3.4蒸發(fā)濃縮終點分析

針對硫酸鎳蒸發(fā)濃縮情況，相關(guān)人員利用測驗密度評判其結(jié)晶過飽和度，在實際操作之中，所獲取的終點比重大概在1.58至1.60之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于1.58，就說明最后生成的硫酸鎳結(jié)晶量不多，而如果要大于1.60，那么就說明其極易使得結(jié)晶出現(xiàn)在氣液分離器之中，而強(qiáng)制循環(huán)泵進(jìn)料段的結(jié)晶過飽和度不小，而且系統(tǒng)總體蒸發(fā)氣溫不高，硫酸鎳非常容易在這一時期結(jié)晶，同時最終阻塞整個料液管道，導(dǎo)致產(chǎn)出環(huán)節(jié)受阻。

3.5系統(tǒng)保溫的重要性分析

MVR系統(tǒng)作為一個較為阻塞的內(nèi)循環(huán)蒸發(fā)機(jī)制，能夠盡可能地降低系統(tǒng)熱損耗，這也成為保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)作的重要基礎(chǔ)，這對于設(shè)施及管道保溫而言極為關(guān)鍵。不僅如此，靠近結(jié)晶終點的硫酸鎳溶液，常常受到溫度因素的影響，如果溫度下降，那么極易導(dǎo)致管道阻塞。在實際操作過程中，相關(guān)人員要對及時為設(shè)施及管道提供保溫處理，而硫酸鎳溶液出料管道還要被提供特殊化處置，采取新型化的管套管手段，同時保證料液管在內(nèi)，熱水管套在外部伴熱，此時料液管可以被熱水所沖刷，這就可以保證高密度料液出料不被阻塞，促使生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進(jìn)行。

4結(jié)束語

綜上所述，自二十一世紀(jì)初以來，MVR技術(shù)在我國受到了較為普遍的應(yīng)用，已漸漸推廣至制鹽工業(yè)領(lǐng)域、食品領(lǐng)域以及海水淡化工程之中。盡管當(dāng)下我國主要的蒸發(fā)技術(shù)即以傳統(tǒng)多效蒸發(fā)技術(shù)為主，MVR技術(shù)的市場占有量還相對不高，不過從未來發(fā)展態(tài)勢來看由于MVR技術(shù)具備低能耗、低成本的優(yōu)勢，具有較為寬廣的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

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