淺析MVR熱泵技術在硫酸鎳蒸發中的工業應用

賴增敏

摘 要：MVR（機械蒸汽再壓縮）技術全面地應用二次蒸汽潛熱，利用機械做功對其展開新一輪壓縮處置，產出一系列高質量蒸汽，將之作為主要的加熱物料，蒸發環節不需要注入產生蒸汽，只需要壓縮機消耗電能就可以確保蒸發的順暢性，其是一項高效節能的新型技術。

關鍵詞：MVR熱泵技術;硫酸鎳;蒸發;應用分析

1引言

自1925年起，奧地利設計裝配了世界上首套MVR設施，而在二十世紀七十年代在節能降耗的大環境之下，該技術在國外獲得了較為普遍的應用。盡管我國也進行了有關研究，不過發展始終較為平緩，直至近十年來，伴隨我國對節能環保、綠色生產環節的日趨重視，MVR熱泵技術的優勢也愈來愈明顯，本文將進一步分析MVR熱泵技術在硫酸鎳蒸發中的工業應用要點，以此為鑒。

2MVR熱泵技術原理及特征分析

2.1MVR熱泵技術原理分析

MVR熱泵蒸發系統循環的原理就在于全面回收應用物料蒸發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，料液于蒸發器內低溫蒸發生成的二次蒸汽最先轉移至壓縮機，利用機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器，如此一來發揮加熱蒸汽的功能。通過換熱后釋放出冷凝潛熱的蒸汽轉變成冷凝水，通過系統內流出，料液汲取了加熱蒸汽的冷凝潛熱，從而產出二次蒸汽，如此一來就可以開始下一處循環環節。考慮到在蒸發器內二次蒸汽蒸發所需的熱量在很大程度上源自于壓縮機壓縮后高溫蒸汽自身冷凝所釋放的相變潛熱，所以蒸發環節耗損的能量就是壓縮機做功所耗費的能源。依據MVR熱泵系統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用蒸汽潛熱值和輸入的機械壓縮功的影響。

2.2MVR熱泵技術特征分析

2.2.1節能特征分析

多效蒸發以及MVR蒸發都采取了二次蒸汽的冷凝潛熱，發揮著較為顯著的節能作用，已經成為提升蒸發操作能耗、多次應用最重要的路徑。不過多效蒸發于蒸發末效要求把剩余蒸汽冷凝，此時要求提供既定規模的循環冷卻水，導致末效蒸汽的潛熱耗損。不難看出，MVR技術可以較為全面地應用二次蒸汽潛熱，其節能作用比較明顯。

2.2.2重要裝備蒸汽壓縮機

蒸汽壓縮機已經是MVR熱泵工藝不可或缺的一項重要設備，當下包括羅茨式以及離心式兩種類型。在很多歐美發達國家，針對MVR蒸汽壓縮機都有了長時間的研發積淀，在技術上具有諸多優勢。現如今，我國國產蒸汽壓縮機被應用至MVR系統時長不長，較之于進口設施具有一定的不足之處。

2.2.3自動化水平高

MVR熱泵蒸發器控制系數較多，彼此耦合匹配組合最佳化方可充分發揮節能功能。一個大型MVR設施常見的關聯控制系數高達數百個，如果單單依靠人力調控就具有一定的難度系數。較之于傳統多效蒸發器，MVR蒸發器一般交由DCS、PLC組態調控，自動化水平比較高。

3MVR技術在硫酸鎳蒸發結晶中的應用分析

在工業領域，硫酸鎳常被應用在電池以及電鍍行業，長期以來，伴隨著我國電鍍和電池領域特別是三元正極材料的迅速發展，此時市場對于硫酸鎳材料的需求越來越高。值得注意的是，在產出硫酸鎳產品期間，蒸發結晶環節極易耗費能源，采取MVR工藝技術替換過往的多效蒸發，能夠在一定程度上減少二次蒸汽內廢熱的釋放量，最大程度地采用熱量，在節能降耗的過程中降低運作費用。

長期以來，MVR技術在我國逐漸被運用至制鹽領域、食品產業等等。自2014年起，該項技術于冶金精制鹽中被廣泛地應用。不容忽視地是，于MVR蒸發濃縮硫酸鎳技術中，蒸發濃縮效果通常會受到蒸發溫度、濃縮終點、真空程度等因素影響，所以如何優化上述因素成為亟待解決的問題。

3.1蒸發器選型及材質選取

通常來說，硫酸鎳溶液蒸發終點濃度相對較高，極易變成結晶，在選擇蒸發器種類的過程中，優先選取強制循環蒸發設施，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，設施運作兩年都不會出現腐蝕問題。

3.2蒸發溫度

蒸發溫度是影響硫酸鎳晶體生成及MVR平穩運作的關鍵要素。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，進而讓溶液達到相對很高的飽和程度，幫助大粒徑晶體生長。如果蒸發溫度相對較低，那么此時就會導致溶液過飽和度上升，處在結晶范圍的不穩區，導致晶體粒度過小，同時粒度布局不勻稱。

MVR系統的高蒸發溫度一般不會影響到蒸發水量情況，不過高溫蒸汽壓縮所耗費的機械功會在短時間內迅速上升，所以對壓縮機功耗影響較大，會造成空氣壓縮機工作電流趨于上升，所耗費的能源上升。通常來說，偏高的蒸發溫度在一定程度上還會造成蒸汽壓縮機電流大大地超出額定電流，導致系統暫停運作。不僅如此，相對較高的蒸發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，在長時間地運作之下，還會使得設施及管道遭遇不同程度地耗損，所以，對MVR系統而言，其蒸發溫度要盡量把控在比較低的范疇中。

根據硫酸鎳蒸發特點和MVR系統特點，通過生產實踐改善操作，蒸發溫度需要維持在75℃左右，如此一來就能夠確保結晶體積粒度相對均勻，而且MVR系統能源耗損較低，就能夠確保系統能夠順利運作。

3.3壓縮機頻率分析

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

3.4蒸發濃縮終點分析

針對硫酸鎳蒸發濃縮情況，相關人員利用測驗密度評判其結晶過飽和度，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，遠遠要小于1.58，就說明最后生成的硫酸鎳結晶量不多，而如果要大于1.60，那么就說明其極易使得結晶出現在氣液分離器之中，而強制循環泵進料段的結晶過飽和度不小，而且系統總體蒸發氣溫不高，硫酸鎳非常容易在這一時期結晶，同時最終阻塞整個料液管道，導致產出環節受阻。

3.5系統保溫的重要性分析

MVR系統作為一個較為阻塞的內循環蒸發機制，能夠盡可能地降低系統熱損耗，這也成為保證系統平穩運作的重要基礎，這對于設施及管道保溫而言極為關鍵。不僅如此，靠近結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，那么極易導致管道阻塞。在實際操作過程中，相關人員要對及時為設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，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，促使生產環節的順利進行。

4結束語

綜上所述，自二十一世紀初以來，MVR技術在我國受到了較為普遍的應用，已漸漸推廣至制鹽工業領域、食品領域以及海水淡化工程之中。盡管當下我國主要的蒸發技術即以傳統多效蒸發技術為主，MVR技術的市場占有量還相對不高，不過從未來發展態勢來看由于MVR技術具備低能耗、低成本的優勢，具有較為寬廣的發展潛力。

參考文獻：

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[2]姚現召.MVR熱泵技術在硫酸鎳蒸發中的工業應用[J].中國資源綜合利用，2018（012）：163-165.

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