智能纯电驱动低温蒸发浓缩技术及装备应用

• 来源：　发布时间：2020/5/12 17:16:46　点击数： 次

随着我国2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和“双碳”目标的提出，未来我国能源结构转型的路线越来越清晰，清洁电力将成为未来的主要能源。随之而来的是能源消费端各行各业的电气化转型。相对于建筑电气化、交通电气化，工业电气化的难度更大。面对大量的工业热能消耗，电 - 热直接转换利用无疑是受限的。蒸发浓缩是天然产物与中药提取工艺中非常典型的单元操作，提高蒸发浓缩系统的运行效率对降低能耗具有重要作用。目前，蒸发浓缩领域的工艺有 ：传统多效蒸发、 机 械 蒸 汽 再 压 缩。多效蒸发工艺需要锅炉生产蒸汽加热原料液使其浓缩，再用冷却塔等装置冷却末效蒸发罐产生的二次蒸汽，浪费了大量能源。机械蒸汽再压缩技术因其高效节能、环境友好的特性，在欧美国家被广泛应用于蒸发领域。但 是， 由 于 绝 大 多 数 天然产物与中药提取液都属于热敏性物质，蒸发浓缩不能在较高温度下进行。在低温浓缩前提的限制下，双效蒸发、MVR 和蒸汽 热 力 再 压 缩 技 术 都 无 法 实 现。基于此，本文深入分析低温浓缩的技术要求和特点，提出了一种新型智能纯电驱动低温蒸发浓缩技术，并对该装备工程应用的技术经济性进行了评价。

蒸发浓缩系统能流对比分析
图1为常规双效蒸发浓缩系统的原理图，其需要持续提供高温生蒸汽保证系统的正常运行，同时二效蒸发罐产生的二次蒸汽需要通过冷却塔冷却，造成了能源的浪费。考虑到热泵系统可以利用少量电能将低温热源的能量传递给高温热源，可以回收二效蒸发罐产生的二次蒸汽的冷凝热。同时，由双效蒸发浓缩工艺参数可知，为保证系统能够正常传热，高温生蒸汽与一效蒸发罐的蒸发温度、一效二次蒸汽与二效蒸发罐的蒸发温度应保持有 10℃左右的传热温差，气体之间的温差在热泵的工作范围内。因此，本文将真空相变热泵系统与双效蒸发系统相结合，
提出了纯电驱动低温蒸发浓缩系统，其原理如图2。
图1常规双效蒸发浓缩系统原理图
图2纯电驱动低温蒸发浓缩系统原理图
纯电驱动低温蒸发浓缩系统由双效蒸发子系统、真空相变热泵子系统、载热子系统、预热子系统和真空保障子系统构成。为了深入分析纯电驱动低温蒸发浓缩技术的能耗水平和技术优势，本文对常规双效系统和纯电驱动系统进行了能流对比分析，其能流图如图3和图4所示，分析结果如下：图3 常规双效蒸发系统设备能流图
图4 纯电驱动低温蒸发浓缩系统能流图
对于常规双效蒸发系统，不仅需要提供额外的生蒸汽为一效蒸发罐内的原料液蒸发浓缩提供热量，而且所产生的生蒸汽冷凝液、一效二次蒸汽冷凝液和二效二次蒸汽冷凝液全都排出了系统之外，从而浪费了大量的能量。纯电驱动低温蒸发浓缩系统将二效蒸发罐内产生的二次蒸汽冷凝热、一效二次蒸汽冷凝液的显热进行了回收利用，热泵产生的中介水蒸气替代了外部的生蒸汽，为一效蒸发罐中的原料液蒸发浓缩提供了热量 ；其代价仅为真空相变热泵压缩机的电能。第二，相比之下，纯电驱动低温蒸发浓缩系统内设备的散热损失很小，在合理的范围内，该部分热量的变化对系统的工艺流程基本不产生影响，可以将设备的散热损失采用一定的蒸汽折损率进行表征。第三，纯电驱动低温蒸发浓缩系统中真空相变热泵侧输入的功量主要用于回收蒸发器内二效蒸汽的凝结热。本系统外设一个预热装置，将中介水分支一部分用于进口物料的预热，既保证了一效罐内输热量与用热量相平衡，又对多余的热量进行了充分的利用。