MVR工程压缩机应用与分类

蒸发结晶技术起源于十九世纪30年代，经过研究实践，到二十世纪初瑞士制造出第一个简单的MVR蒸发结晶系统。MVR是蒸汽机械再压缩技术的简称，是一种通过压缩机做功重新利用系统自身产生的二次蒸汽的能量，从而无须再使用生蒸汽的一项节能技术。目前该技术已广泛应用于化工、食品、造纸、医药、海水淡化及污水处理等领域。

MVR的工作过程是将低温位的蒸汽经压缩机压缩，提高其温度、压力，增加其热焓，然后进入换热器，从而充分利用蒸汽的潜热。与其它蒸发技术相比，MVR系统还具有占地面积小、自动化程度高、运行成本低等其它优势，压缩机作为核心设备是实现这些优势的关键。

机械蒸汽压缩机是指用于蒸发浓缩系统，与蒸发浓缩系统结合，循环利用蒸发浓缩系统的二次蒸汽，以达到节约能源目的的以机械能作为推动力的压缩机系统。压缩机的分类有多种方法，可按照工作原理、温升/压升、材质、级数、流量、产地等。

按蒸汽压缩机工作原理可分为容积式和透平式两大类。透平式又分为离心式、轴流式、混流式；容积式又分为罗茨式、叶氏式、滑片式、螺杆式、活塞式、柱塞式、隔膜式等几种。上面各种类型的压缩机在世界范围内都有研究和生产。

但截止目前，结合工作范围、效率、成本等多种因素，工程上实际大规模应用的只有罗茨式和离心式两种类型，另外螺杆式压缩机也有少量的应用，因此，本文中对压缩机选型的研究只针对罗茨式和离心式两种。

不同类型蒸汽压缩机适应的工作范围也不同，常用蒸汽压缩机的工作范围如图1所示。

2.1 罗茨式机组

罗茨机组工作原理是利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转容积式增压设备。这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道，两转子依次交替工作。罗茨机组的适用情况一般为压比1.2～2范围内，该范围内体积流量较大。负载对流量恒定要求严格时，宜优先选用罗茨鼓风机。因为罗茨鼓风机属于恒流量风机，工作的主参数是风量，输出的压力随管道和负载的变化而变化，风量变化很小。

罗茨机组优点表现为两转子互不接触，它们之间靠严密控制的间隙实现密封，无摩擦，排出的气体无油污染；结构简单，制造方便；压力变化对风量影响小，基本属于定容增压设备；无喘振工况，变工况性能良好；汽蚀情况较少；占地面积小，便于布置和安装；转速低，运行稳定可靠，维护方便，耐用；机组成本较低。

罗茨机组缺陷表现为由于周期性的吸、排气和瞬时等容压缩造成气流速度和压力的脉动，因而会产生较大的气体动力噪声，进出口需装设消声器；流体输送量偏小，100℃的蒸汽，一般限于10t/h；输送高温升蒸汽时，碳钢涂层的叶轮，由于线胀系数不一致，涂层有脱落风险，不锈钢制叶轮，因线胀系数大，有抱死风险；大容量罗茨压缩机的成本偏高；单级压比不大，通常小于1.7，最高可达2.1，可以多级串联使用。单级温升一般可到15℃左右；机组绝热效率较低。

2.2 离心式机组

离心式机组是一种动力式机组，在其中有一个或多个旋转叶轮使气体加速，主气流是径向的。离心式机组属于透平式压缩机组。其工作原理为离心式机组是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续的生产出压缩空气。

离心机组优点为气缸容积大，叶轮可高速旋转，故可实现大流量，大功率的应用；透平机械介质连续不断，所以进排汽均匀平稳，无脉冲现象；属于恒压压缩机，输出的流量随负载变化而变化，输出压力基本不变，利于在工艺参数稳定的情况下调节负荷；结构紧凑，尺寸小，占地少；密封效果好，泄露率低；压缩过程机内无需润滑，可以做到绝对无油；运转平稳，操作可靠，性能曲线平稳，操作范围较广，维护费用及人员少；离心式压缩机组中的单级高速机组效率高，单级压比大。

离心机组缺陷为机组存在喘振边界和阻塞边界，不适用于流量太小或压比过高的场合；稳定工作区较窄，汽量调节方便但经济性较差；叶轮转速高，有可能产生机械振动；且运行中要防止喘振工况的发生；操作相对复杂，设备技术含量高，维护费用较大；存在汽蚀情况；机组价格相对偏高。

压缩机的选用应根据项目工艺参数、蒸汽成分及特点、项目预算等综合进行评判，从而选定最优的压缩机组型式、型号、材质、能耗等，以得到最优的安全性能和经济性能。蒸汽压缩机是MVR蒸发浓缩结晶系统最大的耗能设备，合理的选择压缩机的型式和型号对全系统的能耗起着决定性的作用；同时，蒸汽压缩机又是全系统价格最高的外购件，合理选型利于系统初始投资的降低，提高系统的竞争力。

3.1 选型原则

所谓合理选型，就是要综合考虑压缩机组和压缩机站的投资和运行费用等综合性的技术经济指标，使之符合经济、安全、适用的原则。具体来说，有以下几个方面：

一是必须满足使用流量和有效温升(饱和温升)的要求，即要求压缩机的运行工况点(装置特性曲线与压缩机的性能曲线的交点)经常保持在高效区间运行，这样既节省动力又不易损坏机件；

二是所选择的压缩机既要体积小、重量轻、造价便宜，又要具有良好的特性和较高的效率；

三是具有良好的抗喘振性能，运行平稳、寿命长；

四是具有良好的抗腐蚀性能，在满足腐蚀要求的情况下尽量选择便宜的材质，以最低的成本取得最长的设备使用寿命；

五是结构简单、操作方便，配件易于购置。

3.2 选型步骤

一是列出基本数据。蒸汽压缩机进、出口压力，即为考虑管道系统中的压力损失后的数据；蒸汽进出压缩机的温度(℃) 是指对应压力下的饱和温度；蒸汽流量(t/h、m3/h、L/min) 流量在MVR系统中一般指质量流量，在压缩机中又常指体积流量，指体积流量时是指蒸汽压缩机单位时间内排出的蒸汽统计折算到进汽状态的量。

蒸汽中杂质气体的特性包括名称、腐蚀性、毒性等；蒸汽中杂质气体的含量(wt%)；蒸汽中所含固、液体的颗粒直径(mm)、含量(wt%)。

二是确定压缩机流量。流量是选择压缩机时最先要考虑的参数，一般额定流量在工艺计算时即已确定。如果工艺计算中已经给出最小、正常、最大流量时，应按最大流量考虑；如果工艺计算中只给出了正常流量，应考虑留有一定的余量，以满足变工况需求。在选择压缩机流量时，应了解所有用汽设备的流量，按照正常流量(质量流量)总和的1.1倍选择压缩机流量。一般工业用压缩机在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。

三是确定压缩机温升。在压缩机的流量确定之后，需根据工艺系统的要求确定蒸汽压缩机的温升。压缩机的温升应考虑管路的损失。在无特殊要求的情况下，压缩机的温升须留有0.5～1℃的余量。

四是确定压缩机型式。确定压缩机型式时，须遵循如下原则：尽量在压缩机的流量、温升覆盖范围内选取，避免出现超参数定制情况，这将大大增加压缩机的成本；尽量避免在压缩机的流量、温升覆盖范围两端进行选择，极端情形下往往压缩机的效率并不高。质量流量5t/h以上尽量选择离心式压缩机，以下则尽量选择罗茨式压缩机；能选择单级压缩机的，尽量选择单级，级数越多，则效率越低；温升不高(10℃以下)，且客户有指定需进口产品时，可选择焊接叶片的离心风机；压比或温升非常高时，可选择螺杆压缩机；对流量要求严格时，优先选用罗茨机组，对压力波动要求严格时，优先选用离心机组。同等情况下，推荐选择顺序为：单级高速离心>单级罗茨>单级焊接离心风机>多级离心。

五是确定材质。压缩机材质的选择应根据介质的成分及性质、工作温度、工作压力进行初选，并最终由压缩机供应商对压缩机强度进行复核。当介质为纯水蒸气或含有无腐蚀性的杂质气体时，压缩机材质可选用普通碳钢、碳钢涂层或304不锈钢；当介质为含有腐蚀性杂质的水蒸气时，压缩机材质可选用碳钢涂层、316L、双相不锈钢、钛及钛合金等。常见推荐材质见附录B；材质初定后，须交由压缩机供应商对压缩机进行材质的强度复核，以确定是否满足工作温度、工作压力下对转速、膨胀系数、强度、振动等的要求，如不满足要求，须由高一等级的材质替代。

六是确定压缩机能耗。压缩机能耗可根据附录A初步确定，以作为系统初步方案使用。最终能耗数据以供货商提供的正式文件为准。

4.1 压缩机参数核算符号说明

4.2 已知参数

根据MVR工艺系统热质平衡计算得到如下已知输入参数：

4.3 求解参数

进口饱和蒸汽参数：根据“Tsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸气性质公式》分别得到压缩机进口饱和蒸汽压力psi；压缩机进口饱和蒸汽焓值HGsi；压缩机进口饱和蒸汽比容VGsi。根据蒸发“m0”“VGsi”由IAPWS-IF97《水和水蒸气性质公式》得到压缩机进口蒸汽体积流量Vi。

出口蒸汽参数：根据“ΔT”得到；根据“Tso”由IAPWS-IF97《水和水蒸气性质公式》分别得到压缩机出口饱和蒸汽压力pso、压缩机出口饱和蒸汽焓值 HGso、压缩机出口饱和蒸汽比容VGso、减温水流量m1、压缩机压比π。根据蒸发“m0”“VGso”由IAPWS-IF97《水和水蒸气性质公式》得到压缩机进口蒸汽体积流量Vo。

压缩机功率及电耗如下：

工程系统设计除了考虑系统参数的要求，也要结合设备的特点，二者有机的结合才能确保整个系统的可靠性、稳定性和经济性。

文章来源：压缩机网