浅析MVR热泵技术在硫酸镍蒸发中的工业应用

赖增敏

摘 要：MVR（机械蒸汽再压缩）技术全面地应用二次蒸汽潜热，利用机械做功对其展开新一轮压缩处置，产出一系列高质量蒸汽，将之作为主要的加热物料，蒸发环节不需要注入产生蒸汽，只需要压缩机消耗电能就可以确保蒸发的顺畅性，其是一项高效节能的新型技术。

关键词：MVR热泵技术;硫酸镍;蒸发;应用分析

1引言

自1925年起，奥地利设计装配了世界上首套MVR设施，而在二十世纪七十年代在节能降耗的大环境之下，该技术在国外获得了较为普遍的应用。尽管我国也进行了有关研究，不过发展始终较为平缓，直至近十年来，伴随我国对节能环保、绿色生产环节的日趋重视，MVR热泵技术的优势也愈来愈明显，本文将进一步分析MVR热泵技术在硫酸镍蒸发中的工业应用要点，以此为鉴。

2MVR热泵技术原理及特征分析

2.1MVR热泵技术原理分析

MVR热泵蒸发系统循环的原理就在于全面回收应用物料蒸发所生成的二次蒸汽中的相变潜热，如此一来就可以有效地加热物料。具体来说，料液于蒸发器内低温蒸发生成的二次蒸汽最先转移至压缩机，利用机械压缩提高蒸汽的实际温度，等到温度上升后就能够再次回馈至蒸发器，如此一来发挥加热蒸汽的功能。通过换热后释放出冷凝潜热的蒸汽转变成冷凝水，通过系统内流出，料液汲取了加热蒸汽的冷凝潜热，从而产出二次蒸汽，如此一来就可以开始下一处循环环节。考虑到在蒸发器内二次蒸汽蒸发所需的热量在很大程度上源自于压缩机压缩后高温蒸汽自身冷凝所释放的相变潜热，所以蒸发环节耗损的能量就是压缩机做功所耗费的能源。依据MVR热泵系统的基本原理不难看出，它的实际效率在很大程度上受回收应用蒸汽潜热值和输入的机械压缩功的影响。

2.2MVR热泵技术特征分析

2.2.1节能特征分析

多效蒸发以及MVR蒸发都采取了二次蒸汽的冷凝潜热，发挥着较为显著的节能作用，已经成为提升蒸发操作能耗、多次应用最重要的路径。不过多效蒸发于蒸发末效要求把剩余蒸汽冷凝，此时要求提供既定规模的循环冷却水，导致末效蒸汽的潜热耗损。不难看出，MVR技术可以较为全面地应用二次蒸汽潜热，其节能作用比较明显。

2.2.2重要装备蒸汽压缩机

蒸汽压缩机已经是MVR热泵工艺不可或缺的一项重要设备，当下包括罗茨式以及离心式两种类型。在很多欧美发达国家，针对MVR蒸汽压缩机都有了长时间的研发积淀，在技术上具有诸多优势。现如今，我国国产蒸汽压缩机被应用至MVR系统时长不长，较之于进口设施具有一定的不足之处。

2.2.3自动化水平高

MVR热泵蒸发器控制系数较多，彼此耦合匹配组合最佳化方可充分发挥节能功能。一个大型MVR设施常见的关联控制系数高达数百个，如果单单依靠人力调控就具有一定的难度系数。较之于传统多效蒸发器，MVR蒸发器一般交由DCS、PLC组态调控，自动化水平比较高。

3MVR技术在硫酸镍蒸发结晶中的应用分析

在工业领域，硫酸镍常被应用在电池以及电镀行业，长期以来，伴隨着我国电镀和电池领域特别是三元正极材料的迅速发展，此时市场对于硫酸镍材料的需求越来越高。值得注意的是，在产出硫酸镍产品期间，蒸发结晶环节极易耗费能源，采取MVR工艺技术替换过往的多效蒸发，能够在一定程度上减少二次蒸汽内废热的释放量，最大程度地采用热量，在节能降耗的过程中降低运作费用。

长期以来，MVR技术在我国逐渐被运用至制盐领域、食品产业等等。自2014年起，该项技术于冶金精制盐中被广泛地应用。不容忽视地是，于MVR蒸发浓缩硫酸镍技术中，蒸发浓缩效果通常会受到蒸发温度、浓缩终点、真空程度等因素影响，所以如何优化上述因素成为亟待解决的问题。

3.1蒸发器选型及材质选取

通常来说，硫酸镍溶液蒸发终点浓度相对较高，极易变成结晶，在选择蒸发器种类的过程中，优先选取强制循环蒸发设施，而且因为硫酸镍溶液pH大概为4，在温度较高的情况下，腐蚀程度明显，所以料液接触部分都采取316L材料，一般来说，设施运作两年都不会出现腐蚀问题。

3.2蒸发温度

蒸发温度是影响硫酸镍晶体生成及MVR平稳运作的关键要素。一般来说，硫酸镍的溶解度会伴随温度上升而升高，此时相对较高的料液温度会帮助溶解均衡趋向溶解方向，在一定程度上遏制晶核过早地出现，进而让溶液达到相对很高的饱和程度，帮助大粒径晶体生长。如果蒸发温度相对较低，那么此时就会导致溶液过饱和度上升，处在结晶范围的不稳区，导致晶体粒度过小，同时粒度布局不匀称。

MVR系统的高蒸发温度一般不会影响到蒸发水量情况，不过高温蒸汽压缩所耗费的机械功会在短时间内迅速上升，所以对压缩机功耗影响较大，会造成空气压缩机工作电流趋于上升，所耗费的能源上升。通常来说，偏高的蒸发温度在一定程度上还会造成蒸汽压缩机电流大大地超出额定电流，导致系统暂停运作。不仅如此，相对较高的蒸发温度在既定压缩比之下，所获取的蒸汽过热度和气体压力会渐渐上升，在长时间地运作之下，还会使得设施及管道遭遇不同程度地耗损，所以，对MVR系统而言，其蒸发温度要尽量把控在比较低的范畴中。

根据硫酸镍蒸发特点和MVR系统特点，通过生产实践改善操作，蒸发温度需要维持在75℃左右，如此一来就能够确保结晶体积粒度相对均匀，而且MVR系统能源耗损较低，就能够确保系统能够顺利运作。

3.3压缩机频率分析

根据大量的实践表明，压缩机频率在30Hz的情况下，尽管其他参数都较优，而蒸发水量相对很小。伴随压缩机频率的不断上升，蒸发水量在短期内上升明显，尽管随着压缩机频率的不断提升，此时机组功耗也会渐渐变多，不过净蒸发水量提升的程度要明显超出机组功耗提升的程度，所以从提高蒸发效率这一方面而言，相关的操作人员要尽可能地提高蒸汽压缩机频率，而且要确保压缩机频率把控在45至50Hz为佳。

3.4蒸发浓缩终点分析

针对硫酸镍蒸发浓缩情况，相关人员利用测验密度评判其结晶过饱和度，在实际操作之中，所获取的终点比重大概在1.58至1.60之间，远远要小于1.58，就说明最后生成的硫酸镍结晶量不多，而如果要大于1.60，那么就说明其极易使得结晶出现在气液分离器之中，而强制循环泵进料段的结晶过饱和度不小，而且系统总体蒸发气温不高，硫酸镍非常容易在这一时期结晶，同时最终阻塞整个料液管道，导致产出环节受阻。

3.5系统保温的重要性分析

MVR系统作为一个较为阻塞的内循环蒸发机制，能够尽可能地降低系统热损耗，这也成为保证系统平稳运作的重要基础，这对于设施及管道保温而言极为关键。不仅如此，靠近结晶终点的硫酸镍溶液，常常受到温度因素的影响，如果温度下降，那么极易导致管道阻塞。在实际操作过程中，相关人员要对及时为设施及管道提供保温处理，而硫酸镍溶液出料管道还要被提供特殊化处置，采取新型化的管套管手段，同时保证料液管在内，热水管套在外部伴热，此时料液管可以被热水所冲刷，这就可以保证高密度料液出料不被阻塞，促使生产环节的顺利进行。

4结束语

综上所述，自二十一世纪初以来，MVR技术在我国受到了较为普遍的应用，已渐渐推广至制盐工业领域、食品领域以及海水淡化工程之中。尽管当下我国主要的蒸发技术即以传统多效蒸发技术为主，MVR技术的市场占有量还相对不高，不过从未来发展态势来看由于MVR技术具备低能耗、低成本的优势，具有较为宽广的发展潜力。

参考文献：

[1]姚现召，姚雷，张帆.MVR热泵技术在硫酸镍蒸发中的工业应用[J].中国资源综合利用，2018（12）：167-169.

[2]姚现召.MVR热泵技术在硫酸镍蒸发中的工业应用[J].中国资源综合利用，2018（012）：163-165.

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