张武;李新宏;惠明
【摘 要】单级高速水蒸汽离心压缩机与传统的低压缩比、低饱和蒸汽温升(最大只到9℃左右)的离心通风机不同,其单级压缩比可达2.4,饱和蒸汽温升最大可达25℃.为整体橇装式结构,电动机、变速箱和压缩机通常安装在同一底座上,叶轮和涡壳整体气动优化设计,多变效率可高达87％.在湿法冶金中可用于处理有金属废水,也可用于浓缩和提取废水中的副产物. 【期刊名称】《有冶金节能》
【年(卷),期】2016(032)003
【总页数】5页(P35-38,43)
【关键词】MVR;离心压缩机;单级高速;压缩比;饱和蒸汽温升;应用
【作 者】张武;李新宏;惠明
短信通道【作者单位】翻边西安陕鼓动力股份有限公司,西安710075;西安陕鼓动力股份有限公司,西安710075;西安陕鼓动力股份有限公司,西安710075
【正文语种】中 文
【中图分类】TH45
节能降耗与环保已成为全球重要的发展方向与课题。 MVR是机械蒸汽再压缩技术(mechanical vapor recompression )的简称。MVR是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。
MVR技术节能的核心是将二次蒸汽的热焓通过提升其温度作为热源替代新鲜蒸汽，外加一部分压缩机做功从而实现循环蒸发,其原理如图1所示。
早在上世纪60年代，欧美一些国家已成功地将该技术用于化工、乏汽回收、有冶炼、食品、造纸、医药、海水淡化、油田采油、制盐及废水处理等领域。多效蒸发过程中，蒸发器每一效的二次蒸汽不能直接作为本效热源，只能作为次效或次几效的热源。如作为本效热源必须额外给其能量，使其温度(压力)提高。蒸汽喷射泵只能压缩部分二次蒸汽，而MV
R蒸发技术则可压缩蒸发器中所有的二次蒸汽，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，比多效蒸发节能30%以上。MVR系统中其核心技术就是蒸气压缩机，应用最为广泛的是离心式蒸气压缩机和罗茨压缩机。 虽然MVR技术在欧美国家很成熟，在国外应用较广，但在我国，上世纪90年代前期，国内的煤价比电价便宜，以煤烧锅炉生成的蒸汽相对便宜，所以节省蒸汽为核心而消耗部分电能的MVR蒸发器在国内没有得到发展。近几年由于蒸汽价格上涨、环保政策收紧，能耗要求的限制等，MVR技术才逐渐在国内开始使用。目前的格局是MVR装置逐步代替传统的多效装置。随着能源量价不断上涨和国家环保政策的完善，特别是电价相对蒸汽价格体现出越来越明显的成本优势和执行严格的环保政策， MVR水蒸汽压缩机蒸发市场将不断扩大。国外的水蒸汽压缩机产品价格高、供货周期长、产能和售后服务等满足不了我国市场发展需求，我国急需开发具有自主知识产权的高性能、高质量的水蒸汽压缩机以满足市场的需求。g3网络
2.1 技术优势
陕鼓动力公司与德国技术专家共同开发设计的高性能水蒸汽压缩机机组，已形成系列化18
种规格标准机型，大大节省设计和售后服务时间。叶轮为半开式叶轮，整体铣制，涡壳为铸造形式，流道从空气动力动学和加工工艺等多方面优化设计。机组单级压缩比可以达到2.4，饱和蒸汽温升最大可达25 ℃；结构特点为电动机、变速箱和压缩机通常安在同一底座上，整体橇装式，结构紧凑；叶轮和涡壳整体气动优化设计，多变效率可以高达87%，高效节能，吨水蒸发耗电少。其特性曲线图如图2～4图所示。
球头挂环低压缩比、低饱和蒸汽温升(最大饱和温升为9 ℃左右)的通风机叶轮和涡壳通常为板焊形式，因其板焊工艺和结构强度等限制因素，对内部流道气动性能最优设计有一定的限制，其效率较低，一般多变效率只有78%左右。在一定的进口流量和压力条件下，如果蒸发系统要求饱和蒸汽温升为12 ℃以上，需要2台甚至3台水蒸汽离心通风机，而在此相同条件下，高性能的水蒸汽压缩机只需要1台就可
以满足要求，单台离心式蒸气压缩机可满足60 ℃进汽1 t/h至120 ℃进汽400 t/h的蒸发量。
2.2 结构特点
此单级高速水蒸气离心压缩机基本结构如图5所示。
其基本主体由变频电机、联轴器、变速箱、半开式叶轮、涡壳、油箱兼底座组成。控制系统、变频器、压缩机进口喷水系统、涡壳底部自动排水系统等未在图中显示。启动时，由变频电机低速软启动，电机输出轴功带动联轴器，传递扭矩给变速箱低速轴；变速箱通过齿轮高速比带动高速轴转动，离心压缩机叶轮与高速轴直联，与高速轴一起转动，对水蒸汽做功，实现加压、增温的目的。齿轮变速箱和压缩机合二为一，在齿轮和压缩机轴之间不需要联轴器。止推轴承位于高速小齿轮轴上，使得残余轴向力传递给低速主轴。其轴承通过由油箱、主油泵、辅助油泵、双联滤油器、双联油冷器组成标准化的润滑系统强制润滑。
2.3 特殊设计高性能叶轮
节能MVR应用的领域不同，物料不同，原料液蒸发时沸点温升不一样，对饱和蒸汽温升的要求不一样，这样使得MVR蒸发系统对压缩机的压缩比要求也不同，公司设计的叶轮型线、叶片出口角以及叶片数等几何参数亦不相同。设计时，在保证气动高性能、高固有频率、强度满足材料要求的前提下，同时考虑叶轮的整体铣制加工工艺，使得加工精度高、周期短。
2.4 蜗壳
气体离开叶轮后经过无叶扩压器、蜗壳和管式扩散器。在此过程中，流速降低，流体动能转化为静压能。设计的单级高速水蒸汽离心压缩机壳体由不锈钢铸造而成。优化设计必须保证壳体厚度不能超过容许形变，而且涡壳的厚度优化设计还可以防止叶轮飞裂时碎片击穿壳体造成人员伤亡，大大降低噪声等级。
2.5 轴端密封系统
密封系统的性能对整台压缩机机组起非常重要的作用。为了保证机器在正压或负压均能正常运转，轴端密封采用充蒸汽式碳环密封，在机器正压运行时保证系统内蒸汽不外泄，尤其是机器负压运行时，防止空气或者其他杂质进入蒸发系统，对系统正常运转尤为关键。碳环为分块式结构，对轴的轻微震动有一定的自适应性。密封主体为水平剖分，机组维修和维护保养时无需拆卸转动部分的叶轮，非常方便。
2.6 变频调速系统
压缩机的性能调节有多种方式，其中包括变频调速、进口导叶调节、扩压器叶片调节以及
进口参数调节等。变频调速为最佳的调节方式，通过控制叶轮转速，达到控制压缩机体积流量和压缩比的目的。对于转速控制，可以通过变频电动机和变频器相互配合实现。通过变频器操作，电动机能够在其额定转速的105%的转速范围运转，不需要起动联轴器。采用变频调速系统，通常压缩机无需再安装进口导叶调节机构，电动机易于启动，而且性能调节宽广，不仅能满足客户因生产需变工况运行时的要求，还能节能。中渔网
2.7 控制系统
机组控制系统选用西门子或陕鼓PS700控制系统，配置12吋触摸屏作为上位监控站。控制系统软硬件性能可靠，完成对机组的所有数据采集、储存、过程调节、逻辑控制及保护功能。机组自控系统主要对压缩机轴承温度、润滑油箱温度、机组故障报警系统、机壳冷凝水液位、机壳温度、压缩机防喘振调节保护系统等等进行监控。机组电控系统中主电动机的电流、电压等主要电气参数通过4～20 mA信号送至自控系统；主电动机等低压辅机设备的控制分为自动控制和手动控制。低压辅机用电设备控制电源均接至主回路断路器下方，主回路断路器和控制回路断路器、转换开关各一对与辅助接点串联后送至自控系统，接触器一对常开将辅助接点送至自控系统；变频器与机组自控系统之间采用DP总线进行通讯。
2.8 试车与性能试验
为了保证水蒸汽压缩机的机械性能及气动性能，建有专门的水蒸汽压缩机试验台位，包括15 t/h的锅炉、800～2 000 kW的直流变频电动机、自动化数据采集及数据处理系统。产品出厂前必须做机械动平衡试验、机械运转试验、性能试验等一系列试验。机组设计、制造、验收、试验采用API(美国石油协会)标准和国家标准，所列的试验和检验平台如图6所示。
2.9 远程在线监测
为及时发现压缩机工作中的异常情况、提供设备损耗预警并防止设备的机械损伤，公司建有远程
在线监测及故障诊断专家系统，通过互联网实时监测机器的气动性能和机械性能，定期给用户出具机器运行报告，随时给用户提供在役机器的故障信息，进一步为产品机组的长期可靠及稳定运行提供有力的保障。
水蒸汽压缩机是一个跨行业，跨领域应用的节能环保产品，其良好的节能效益，近年来得
到广大客户的普遍认可和接受，至2013年以来，MVR装置如雨后春笋般的兴起，应用在各种各样的浓缩工段。本文重点介绍在有冶炼行业湿法冶金中的应用。
湿法冶金中废水处理，先采用前端处理再回用，经过后面的蒸发浓缩，将废水中的硫酸钠、硫酸铵、氯化钠、氯化铵提取出来，一方面废水达到零排放，另一方面提取副产品进行再利用。陕鼓动力公司按照API标准设计制造高效率、长周期、高安全可靠性的水蒸汽压缩机在金川公司、浙江华友、天津茂联等公司项目实施，这些高品质的压缩机在有冶炼湿法工艺中展现出了良好的性能。
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