<strong>MVR</strong>系统中离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配特性研究

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.071

工程设计学报

2022, Vol. 29

Issue (5): 595-606 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.071

建模、仿真、分析与决策

MVR系统中离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配特性研究

周东^1,²(

),文鑫^1,³,王净^2,³,熊涛¹,孙冬婷¹,但光局¹,刘扬²

^1.重庆江增船舶重工有限公司，重庆 402263
^2.船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心，上海 201108
^3.船用涡轮增压器研发重庆市工业和信息化重点实验室，重庆 402263

Study on matching characteristics of centrifugal vapor compressor and evaporator in MVR system

Dong ZHOU^1,²(

),Xin WEN^1,³,Jing WANG^2,³,Tao XIONG¹,Dong-ting SUN¹,Guang-ju DAN¹,Yang LIU²

^1.Chongqing Jiangjin Shipbuilding Heavy Industry Co. , Ltd. , Chongqing 402263, China
^2.National Engineering Research Center of Special Equipment and Power System for Ship and Marine Engineering, Shanghai 201108, China
^3.Key Laboratory of Marine Turbocharger Research and Development, Chongqing Industry and Information Technology, Chongqing 402263, China

全文: PDF(7561 KB) HTML

摘要：

为了保证机械式蒸汽再压缩（mechanical vapor recompression， MVR）系统的运行经济性和稳定性，对MVR系统中离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配特性进行研究。针对蒸发器换热系数在新投、工作和结垢工况下的变化，提出了蒸发器运行温阻特性线的概念，并将其与离心式蒸汽压缩机的温升特性线叠加，从而开展离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配分析。通过分析发现，离心式蒸汽压缩机的设计流量偏大或蒸发器的换热面积过小会导致匹配不足，易发生喘振，从而影响MVR系统的运行稳定性。而离心式蒸汽压缩机的设计流量偏小或蒸发器的换热面积过大会导致匹配过度，致使MVR系统的运行经济性差，甚至可能造成MVR系统无法建立热力自循环。结果表明，离心式蒸汽压缩机在MVR系统启动过程中会出现不稳定的喘振现象，可以通过系统参数的临时调节或采取辅助措施来避开不稳定区。设计时应保证离心式蒸汽压缩机的喘振裕度大于20%，蒸发器换热面积的设计裕度为30%；MVR系统运行时实际蒸发温度与设计温度的偏差应控制在±5 ℃以内。研究结果可为MVR系统的设计和调试提供参考。

关键词： 机械式蒸汽再压缩; 离心式蒸汽压缩机; 蒸发器; 匹配; 喘振

Abstract:

In order to ensure the operation economy and stability of mechanical vapor recompression (MVR) system, the matching characteristics of centrifugal vapor compressor and evaporator in the MVR system were studied. In view of the change of heat transfer coefficient of evaporator under new operation, operation and scaling conditions, the concept of temperature resistance characteristic curve of evaporator operation was put forward, and it was superposed with the temperature rise characteristic curve of centrifugal vapor compressor, so as to carry out matching analysis of centrifugal vapor compressor and evaporator. Through analysis, it was found that the design flow of centrifugal vapor compressor was too large or the heat transfer area of evaporator was too small, which would lead to insufficient matching and easy surge, thus affecting the operation stability of MVR system. However, the design flow of centrifugal vapor compressor was too small or the heat transfer area of evaporator was too large, which led to excessive matching, resulting in poor operating economy of the MVR system, and may even cause the MVR system to be unable to establish thermal self cycle. The results showed that the centrifugal vapor compressor had unstable surge during the startup of MVR system, and the unstable area could be avoided by temporary adjustment of system parameters or by taking auxiliary measures. The surge margin of centrifugal vapor compressor should be more than 20% and the design margin of heat transfer area of evaporator should be 30% during design; the deviation between actual evaporation temperature and design temperature during MVR system operation should be controlled within ±5 ℃. The research results can provide reference for the design and debugging of MVR system.

Key words: mechanical vapor recompression centrifugal vapor compressor evaporator matching surge

收稿日期: 2022-01-20 出版日期: 2022-11-02

CLC:

TH 452

基金资助: 重庆市重点研发项目(cstc2018jszx-cyzd0151)

作者简介: 周东（1982—），男，重庆人，研究员级高级工程师，硕士，从事叶轮机械透平装备及系统设计研究，E-mail：chowtung@126.com，https：//orcid.org/0000-0003-3606-1107

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周东,文鑫,王净,熊涛,孙冬婷,但光局,刘扬. MVR系统中离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配特性研究[J]. 工程设计学报, 2022, 29(5): 595-606.

Dong ZHOU,Xin WEN,Jing WANG,Tao XIONG,Dong-ting SUN,Guang-ju DAN,Yang LIU. Study on matching characteristics of centrifugal vapor compressor and evaporator in MVR system[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2022, 29(5): 595-606.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2022.00.071 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2022/V29/I5/595

图1 MVR系统主要设备构成示意

图2 MVR系统热力过程示意

表1 某MVR系统的主要设计参数

表2 离心式蒸汽压缩机的主要设计参数

图3 蒸发器的物料衡算和热量衡算示意

表3 蒸发器的主要设计参数

图4 离心式蒸汽压缩机的温升特性线

图5 蒸发器的特性线

图6 转速为Nc2时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的特性匹配

图7 某MVR系统离心式蒸汽压缩机与蒸发器特性匹配（Te=80 °C，S=177 m2）

图8 某MVR系统中离心式蒸汽压缩机的匹配工作范围（Te=80 °C，S=177 m2）

图9 某MVR系统中蒸发器的匹配工作范围（Te=80 °C，S=177 m2）

图10 某MVR系统运行现场

表4 额定蒸发量下离心式蒸汽压缩机的运行参数

图11 离心式蒸汽压缩机运行点变化情况（Te=80 °C，S=177 m2）

表5 不同匹配状态下蒸发器的换热面积

图12 换热面积为120 m2时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配情况（Te=80 °C）

图13 换热面积为289 m2时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配情况（Te=80 °C）

图14 换热面积为235 m2时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配情况（Te=80 °C）

图15 实际蒸发温度为90 °C时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配情况（S=177 m2）

图16 实际蒸发温度为70 °C时离心式蒸汽压缩机与蒸发器的匹配情况（S=177 m2）

表6 不同换热面积下蒸发器质量与离心式蒸汽压缩机气动功率对比

图17 离心式蒸汽压缩机的温升—气动功率特性线

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