蒸汽压缩机的选型技巧x.docx

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蒸汽压缩机的选型技巧

编写 乐开

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随着MVR蒸发浓缩技术的推广应用，MVR蒸发浓缩机组高效节能的潜力越来越获得大众的认可和重视。

作为

MVR蒸发浓缩设备的心脏设备，蒸汽压缩机也逐步进入了人们的视野。

蒸汽压缩机全称“机械式二次蒸汽循环压缩机”，英文名“MechanicalVaporRecompressor”，英文简称

MVR。

为了让更多的人增进对蒸汽压缩机的了解，特编写本文。

蒸汽压缩机以下使用英文简称“MVR”）。

蒸汽属于气体，所以MVR属于气体压缩机，具备气体压缩机的共性。

气体压缩机按压缩介质的不同，有空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机、氢气压缩机等等，不同的压缩机除了具有气体压缩机的共性外，又有自己的个性，

MVR也有自己的个性。

气体压缩机最常用的是空气压缩机，大家最了解和最熟悉的也是空气压缩机，以至于很多人一讨论到气体压缩机，总是拿空气压缩机的理论去理解，有时就会得出错误的结论。

气体压缩的目的有作为（气动设备）动力源、（轮胎）

增压、（增加浓度）加快反应速度、压凝（变成液体）和减少体积（便于贮存）等等。

MVR压缩蒸汽则是一个全新的目的：

建立蒸发浓缩的能量循环使用系统以达到节能的目的。

气体压缩机的主要共性有：

气体被压缩后体积缩小、温度升高和焓值提高（机械能转化而致）等。

不管什么型式的压缩机，在让气体压缩的过程都需消耗机械能。

几乎所有气体压缩机在额定工况下都是接近等比压缩，即气体压缩前后的体积比例接近一个常数，或气体压缩前后的压力（绝对压力）比例接近一个常数。

压缩机的体积压缩比是指压缩前体积流量除以压缩后的体积流量；压缩机的压力压缩比则是指压缩后绝对压力除以压缩前的绝对压力。

由于气体被压缩后温度升高，所以一台压缩机的体积压缩比与压力压缩比略有差别，我们一般讲压缩机的压比都是指体积压缩比。

但对于MVR来说，其体积压缩比与压力压缩比一般相差不大。

当气体压缩机的进口压力恒定不变时，比如进口为常压空气的空气压缩机，等比压缩就等同等压压缩，所以很多人形成了罗茨风机是等压压缩的固定思维。

笔者曾经在展会上看到一个宣称其生产的罗茨风机可以用作MVR的企业，大张旗鼓地用等压压缩理论推导出的一个对照表，罗列的是“可将60℃水蒸汽压缩到

105℃”，“可将80℃水蒸汽压缩到111℃”和“可将100℃

水蒸汽压缩到120℃”。

这种情况一看就是没有MVR实践的，其实它就是一个做压缩比2左右罗茨风机的，将100℃水蒸汽压缩到120℃问题不大，但将60℃水蒸汽只能压缩到76℃，压缩到105℃绝无可能。

当然，要搞清楚MVR的等比压缩问题，必须得会读懂饱和水蒸气表，饱和水蒸气表

是MVR应用的基础性数据资料。

气体被压缩后温度的上升量我们称之为压缩温升。

一般气体压缩机的压缩温升都不会成为像MVR这样重要的关注因素，因为MVR的压缩温升是建立蒸发浓缩的能量循环使用系统最重要的驱动力，也就是传热温差。

但是，由于机械能的转化，饱和蒸汽通过MVR压缩后得到的被压缩蒸汽是过热蒸汽，其过热度是与压缩机的压缩比成正比例的。

我们都知道，过热蒸汽的热焓中，其潜热是主要部分，显热与潜热相比微不足道。

虽然MVR压缩后的蒸汽过热对蒸发浓缩传热效率的影响不是很大，但是蒸汽的过热对我们评判MVR和蒸发浓缩设备的工作效率和状况却会带来极大的误导。

所以我们MVR制造和应用行业形成了一个共识，评判MVR的压缩温升时不用温度计实际测量的温度，而是用压力计测压缩机进出口的压力，根据压力查对应的水蒸气饱和温度，饱和温度之差才作为MVR的压缩温升。

这一点很重要，如果你用温度计实测的进出口温差来衡量MVR，你会得出不可思议的错误结论。

气体压缩机运行时消耗的机械能与被压缩气体的质量流量和压缩机压差成正比例关系，但非线形比例。

压缩机的工作效率随被压缩气体比重、体积流量、压力等许多工况的变动而波动，所以消耗的机械能与流量和压缩机压差的比例线性很不好，比例值一直在波动。

MVR也是这样，但在某一个范围内，这种比例值的波动很小，我们可以把它看成是线性的正比例关系，以便于快速估算。

比如，入口温度在55℃～80℃的MVR，其电耗（KWh）可以按压缩量（吨）×压缩温升（℃）×2.5来估算，这样我们很容易估算出一台5T/h压缩温升为12℃的MVR的电耗约为150度/h。

知道这个关系对你为蒸发浓缩设备选配MVR很有指导意义，蒸发浓缩设备每小时蒸发1吨水所需的传热面积

（平米）一般可以按600÷有效传热温差（℃，等于实际传热温差减去溶液的沸点升高）来估算，这样您就很容易核算出您应该选用压缩温升为多少的MVR来配套您的蒸发浓缩系统。

MVR不同于其它气体压缩机（以空气压缩机为参照）的主要特点有三个，一是MVR大部分场合入口是负压，而空气泄漏会对传热效率造成影响，所以对压缩机的密封要求高，目前效果最好的是多道炭环密封加蒸汽密封；二是

MVR负压必须按－0.95Bar或绝对负压设计，要求外壳必须能耐这个负压；三是因为蒸汽密度小（入口温度55℃蒸汽

比重为0.10Kg/m3，约为空气的1/13），所以相对体积流量大（入口温度55℃时，1吨蒸汽的体积约为10,000m3）。

饱和蒸汽的密度随着温度的升高而增大（82℃蒸汽比重0.31Kg/m3约为空气的1/4），所以MVR的进口温度对

MVR的造价影响不小，而且蒸发温度的提高对于减少蒸发浓缩造价和减少MVR电耗多会有些许帮助。

所以对于非热敏性物料的蒸发浓缩，选择MVR时可以采用更高的入口温度，甚至可以采用常压100℃或正压来蒸发浓缩。

但对于淀粉糖或有机酸等热敏性物料，则建议采用较低的蒸发浓缩温度，一般在55～70℃之间选取。

气体压缩机主要有活塞式压缩机、螺杆压缩机、罗茨压缩机和离心式压缩机等几种型式。

理论上所有型式的压

缩机都可以作为MVR来使用，但实际上现在工业用MVR中，离心式占了绝大部分，剩余部分以罗茨式为主。

各种压缩

机的单级常规机型中，活塞式的压缩比最高，依次为螺杆式、罗茨式，离心式最小；而压缩的体积流量则正好相反，离心式最大。

作为MVR使用时，活塞式虽然压缩比高，估计其噪音就足以让人止步；螺杆式则造价昂贵；罗茨式在流量较小（小于10000 m3/h，相当于55℃饱和蒸汽1吨

/h）时有一定的优势，流量更大时则造价和重量都会变得很惊人。

罗茨式压缩机一般压比可以做到2.0左右，约相当于压缩温升16℃，罗茨式压缩机用作MVR时，其密封、除油

和转子高温变形问题在技术上都是难点，选用时必须选择有经验的厂家，而不能随意选一台；离心式压缩机，特别是钛合金三元流叶轮离心压缩机引用到MVR后，更加奠定了其在MVR中的统治地位。

目前还有很多人抱有国产离心式MVR产品不成熟的观念，其实不成熟的是叶片式离心MVR，想选用叶片式离心MVR的到目前为止笔者还是建议采用德国或芬兰进口的，其叶轮转速为2900rpm，压缩温升约8℃。

国产钛合金三元流叶轮离心压缩机来源于氧气压缩机，国内该型氧压机已经有20多年的制造经验，产品是完全成熟的，其叶轮转速高达20000rpm甚至更高，叶轮外沿线速度最高可达430m/s，单级压缩温升最高可达23℃～25℃，相当于压缩比2.6～2.8，同等的压缩能力下比进口产品要便宜30％以上。

大部分企业生产的三元流离心压缩机都是采用二级电机配升速器来获得叶轮高转速的，近年来也有企业在开发直接由高速电机（频率高达350HZ）驱动的机型，值得大家期待。

图片一 钛合金三元流叶轮离心式MVR

随着MVR的扩展应用，比如用于淀粉糖和蔗糖真空蒸发结晶（俗称煮糖）的MVR，或者用于将四效普通蒸发器改成四效MVR蒸发器（末效汁汽直接压缩回头效加热室）用的MVR，这些场合都要求有更高压缩温升的MVR。

图片二 钛合金三元流叶轮

单级三元流叶轮离心压缩机受制于钛合金材料强度的限制，压缩温升很难超过25℃，但我们可以采用两级或多级串联的方式来解决这个问题，两级压缩可以让两台串联使用，也可以采用一台电机驱动双头升速器的办法将两级压缩做成单台设备。

更有企业采用双头高速电机来驱动两

级压缩机，结构更加精巧。

采用两级三元流叶轮离心压缩，压缩比可以达到6.0，相当于可以从60℃压缩到105℃，压缩温升45℃，完全可以满足煮糖和四效蒸发器MVR改造使用。

高温升压缩机虽然压缩同等质量蒸汽电耗相对较高，但其替代的是单效煮糖，或改造四效蒸发获得4倍蒸发量，经济价值还是非常可观的。

相信很快，MVR煮糖会替代蒸汽煮糖，就像MVR蒸发器替代普通多效蒸发器一样。

图片三 钛合金三元流叶轮离心式两级MVR