双螺杆水蒸汽压缩机工作过程喷水降温特性研究

Mechanical vapor recompression (MVR) has great potential in the industrials such as desalination of sea water, sewage treatment and chemical concentration. However, the application of this technology is limited by the availability of steam compressors with low discharge temperature under high operating pressure ratio. Twin screw compressor can tolerate wet compression, the discharge temperature of this kind of compressor can be controlled with water injection to its working chamber. Up to now, there are no guidelines for the design of this kind of twin screw compressor since the lack of studies to the cooling effects of water injection on the compression process and the performance of the compressor. Therefore, this project is going to study the distribution of water-injected and its movement, the characteristics of heat and mass transfer between the steam being compressed and water-injected. So that a mathematical model of the wet compression process of twin screw compressor can be developed. Experimental study will also be carried out and the measured results can be used to validate the model. With the investigations above, the mechanism of how the discharge temperature changes with the pressure ratio, the mass and temperature of water-injected will be clarified. Finally, some design guidlines of the twin screw steam compressor will be presented.

机械式蒸汽再压缩（MVR）技术在海水淡化、污水处理、化工浓缩等行业都具有广阔的应用前景，能在高压比工况下实现低排汽温度的水蒸汽压缩机是此项技术获得应用的关键和前提。双螺杆水蒸汽压缩机的内压缩过程可以采用喷水冷却，在高压比工况下，不仅可有效降低排汽温度，还能提高蒸汽产量。目前，国内外都缺乏对双螺杆水蒸汽压缩机喷水降温特性的研究，导致这种压缩机的设计没有理论支撑。本项目拟采用数值模拟与实验研究相结合的方法，对双螺杆水蒸汽压缩机的喷入水分布及运动、汽液两相间的传热与传质特性进行研究，分析压缩机工作过程中，基元容积内压力、温度随螺杆转子转角的变化规律，建立双螺杆水蒸汽压缩机工作过程数学模型，并以实验研究的测试结果对有关数学模型进行验证及改进，从而揭示双螺杆水蒸汽压缩机工作过程的喷水降温机理，阐明排汽温度随压缩机结构参数、运行参数和喷水参数的变化规律，为双螺杆水蒸汽压缩机的设计提供理论指导。

机械蒸汽再压缩（MVC）利用热泵原理回收低温蒸汽余热，提供能替代锅炉蒸汽的高温高压压缩蒸汽，具有优越的节能特性及较好的应用前景。蒸汽压缩机是MVC系统的核心也是其推广应用的限制所在。本项目对喷水双螺杆蒸汽压缩机的喷水降温冷却特性进行了详细的理论和实验研究，为高效螺杆蒸汽压缩机设计及其MVC系统的工业应用推广提供依据。.首先，建立了喷水双螺杆蒸汽压缩机工作过程数学模型，充分考虑喷入水与压缩蒸汽的换热蒸发及其泄漏闪蒸，根据模拟结果，分析与讨论了压缩机转速、喷水量、喷水温度及压缩蒸汽饱和温升对压缩机工作过程及性能的影响。设计并搭建了蒸汽压缩机性能实验台，进行了喷水双螺杆蒸汽压缩机实验研究。利用实验测得的压缩机工作过程p-V图与模拟结果的对比分析，验证了数学模型的合理性，模拟和实验结果都显示喷水能使压缩过程趋于平缓，更加接近等温过程，即喷水能有效降低压缩机排汽温度和压缩功率；此外，喷水还能降低压缩终了时的蒸汽压力，这可为喷水双螺杆蒸汽压缩机排汽孔口的设计提供参考。根据p-V图测量结果，发现喷入水能减小压缩机排汽过程压力脉动，从而降低压缩机运行噪声。为了避免未蒸发的水泄漏至吸汽腔，在其内蒸发或闪蒸导致吸汽流量降低，双螺杆蒸汽压缩机设计时建议上吸汽、下排汽，使未蒸发的水与压缩蒸汽一同排出。.在上述研究成果的指导下，参与国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所的“机械压缩蒸馏技术处理海上石油平台污水装备开发及应用示范”项目研究，与苏州通润驱动设备股份有限公司承担子课题“机械压缩蒸馏污水处理装置开发制造”，同时还与上海汉钟精机股份有限公司合作开发“高温水蒸汽螺杆压缩机”。.完成项目过程中，发表期刊论文13篇，其中SCI收录国际期刊论文6篇，国内期刊论文7篇（EI 4篇）；申报发明专利8项，其中已授权3项；参加国内外学术交流会议12余次，均做口头报告，并发表ISTP收录会议论文3篇；培养研究生多名，其中已取得博士、硕士学位各1名。超额完成计划书中的预期成果指标。