การเปรียบเทียบเทคโนโลยี MVR การระเหยแบบหลายขั้นตอน และ TVR (การอัดกลับไอน้ำด้วยความร้อน)

เทคโนโลยี MVR ใช้คอมเพรสเซอร์อัดไอน้ำรองที่โดยปกติจะต้องผ่านกระบวนการควบแน่นให้มีความดันสูงขึ้น ทำให้พลังงานภายในของไอน้ำเพิ่มขึ้น ส่งผลให้สามารถหมุนเวียนและนำพลังงานดังกล่าวกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง โดยทดแทนการใช้ไอน้ำสด ทั้งนี้ ด้วยการใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงปริมาณน้อยที่สุด จึงช่วยให้สามารถเก็บกักและนำพลังงานภายในจำนวนมากของไอน้ำความดันต่ำกลับมาใช้ใหม่ได้

หลักการ MVR

1. พลังงานไฟฟ้าช่วยให้ไอน้ำระดับรองที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการระเหยสามารถถูกอัดและใช้ประโยชน์ได้อย่างเต็มที่ ส่งผลให้ไม่มีการสูญเสียไอน้ำภายในระบบเกือบจะเป็นศูนย์

2. คอนเดนเสตและสารเข้มข้นถูกปล่อยออกมาเพื่อแลกเปลี่ยนความร้อนกับสารละลายป้อน

3. ก๊าซที่ไม่ควบแน่นถูกแลกเปลี่ยนความร้อนกับของเหลวเดิม

4. มอเตอร์คอมเพรสเซอร์ใช้ระบบควบคุมความเร็วแบบปรับความถี่ได้

เทคโนโลยี MVR ใช้คอมเพรสเซอร์อัดไอน้ำรองซึ่งโดยปกติจะต้องผ่านกระบวนการควบแน่นให้มีความดันสูงขึ้น ทำให้พลังงานภายในของไอน้ำเพิ่มขึ้น ส่งผลให้สามารถหมุนเวียนและนำพลังงานดังกล่าวกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างต่อเนื่อง โดยทดแทนการใช้ไอน้ำสด ทั้งนี้ ด้วยการใช้พลังงานไฟฟ้าเพียงปริมาณน้อยที่สุด จึงช่วยให้สามารถเก็บกักและนำพลังงานภายในจำนวนมากของไอน้ำความดันต่ำกลับมาใช้ใหม่ได้

เพื่อลดหรือขจัดความจำเป็นในการจ่ายไอน้ำแบบใช้พลังงานจากแหล่งกำเนิดภายนอก รวมถึงการนำไอน้ำทิ้งกลับมาใช้ใหม่ ลดการใช้น้ำหล่อเย็น และเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ

การเปรียบเทียบเทคโนโลยี MVR การระเหยแบบหลายขั้นตอน และ TVR (การอัดกลับไอน้ำด้วยความร้อน)

การเปรียบเทียบเทคโนโลยีสามชนิดที่ใช้ในเครื่องระเหยและเครื่องกลั่น

อุปกรณ์สำหรับการระเหย การกลั่น การตกผลึกแบบระเหย และการอบแห้งด้วยการระเหย ล้วนใช้พลังงานในปริมาณมากทั้งสิ้น

การใช้พลังงานคิดเป็นสัดส่วนที่สำคัญของต้นทุนการดำเนินงานของอุปกรณ์เหล่านี้ ดังนั้น การลดและปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานเฉพาะจุดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานโดยรวม

ปัจจุบัน มีเทคโนโลยีหลักสามประเภทสำหรับการลดการใช้พลังงานเฉพาะต่อหน่วยผลิต ซึ่งสามารถนำมาใช้ได้ทั้งแบบแยกเดี่ยวหรือผสมผสานกัน:

■ เครื่องระเหยแบบหลายขั้นตอน (MEE)

■ เทคโนโลยีเครื่องอัดไอน้ำความร้อน (TVR)

■ เทคโนโลยีเครื่องอัดไอน้ำแบบกลไก (MVR)

1. เทคโนโลยีหลายผล

ในระบบการระเหยแบบหลายขั้นตอน ไอน้ำที่เกิดขึ้นในขั้นตอนแรกจากการให้ความร้อนด้วยไอน้ำสดจะไม่ถูกส่งไปยังคอนเดนเซอร์ แต่ถูกนำกลับมาใช้เป็นสารทำความร้อนสำหรับขั้นตอนที่สอง วิธีการนี้สามารถลดการใช้ไอน้ำสดได้ประมาณ 50% เมื่อขยายหลักการดังกล่าวไปยังขั้นตอนเพิ่มเติม ก็จะสามารถลดการใช้ไอน้ำสดลงได้อีก ความแตกต่างของอุณหภูมิรวมระหว่างอุณหภูมิความร้อนสูงสุดของขั้นตอนแรกกับอุณหภูมิเดือดต่ำสุดของขั้นตอนสุดท้าย จะถูกกระจายไปยังแต่ละขั้นตอน ดังนั้น ความแตกต่างของอุณหภูมิต่อขั้นตอนจึงลดลงตามจำนวนขั้นตอนที่เพิ่มขึ้น เพื่อรักษาระดับอัตราการระเหยที่กำหนดไว้ จึงจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสในการให้ความร้อน โดยประมาณการเบื้องต้นชี้ให้เห็นว่า พื้นที่ผิวสัมผัสในการให้ความร้อนรวมที่จำเป็นสำหรับทุกขั้นตอนจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนกับจำนวนขั้นตอน ด้วยเหตุนี้ แม้ว่าการประหยัดพลังงานไอน้ำจะค่อยๆ ลดลง แต่เงินลงทุนเริ่มต้นกลับเพิ่มขึ้นอย่างมาก

A ผลิตภัณฑ์ B ไอน้ำเหลือทิ้ง C สารสกัด D ไอน้ำสด

E น้ำคอนเดนเสตจากพลังงานไอน้ำ F น้ำคอนเดนเสตจากไอน้ำรอง V การสูญเสียความร้อน

แผนผังการไหลของความร้อนของเครื่องระเหยแบบให้ความร้อนโดยตรงแบบขั้นที่สอง

2. เทคโนโลยีการบีบอัดไอน้ำด้วยความร้อน

ในการบีบอัดไอน้ำด้วยความร้อน ซึ่งอาศัยหลักการของปั๊มความร้อน ไอน้ำจากห้องเดือดจะถูกบีบอัดให้มีความดันสูงขึ้นในห้องทำความร้อน ส่งผลให้พลังงานเพิ่มขึ้นแก่ไอน้ำ เนื่องจากอุณหภูมิจุดอิ่มตัวที่สอดคล้องกับความดันในห้องทำความร้อนที่เพิ่มขึ้นนี้สูงกว่า จึงทำให้สามารถนำไอน้ำกลับมาใช้เป็นพลังงานความร้อนได้อีกครั้ง โดยมักใช้เครื่องอัดไอน้ำแบบเจ็ตสำหรับวัตถุประสงค์ดังกล่าว เครื่องอัดชนิดนี้ทำงานตามหลักการของปั๊มเจ็ต ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว มีการออกแบบที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพ และให้ความน่าเชื่อถือในการทำงานสูงสุด การใช้เครื่องอัดไอน้ำด้วยความร้อนเพียงเครื่องเดียวสามารถให้ประโยชน์ด้านการประหยัดไอน้ำและประสิทธิภาพพลังงานเทียบเท่ากับการเพิ่มเอฟเฟกต์เพิ่มเติมให้กับเครื่องระเหย การทำงานของเครื่องอัดไอน้ำด้วยความร้อนจำเป็นต้องใช้ไอน้ำสดจำนวนหนึ่ง ซึ่งเรียกว่า ไอน้ำขับเคลื่อน ไอน้ำขับเคลื่อนนี้จะต้องถูกส่งไปยังเอฟเฟกต์ถัดไป หรือปล่อยทิ้งไปยังคอนเดนเซอร์ในฐานะไอน้ำเหลือทิ้ง พลังงานที่เหลืออยู่ในไอน้ำเหลือทิ้งนั้นมีค่าใกล้เคียงกับพลังงานที่ถูกจ่ายไปโดยไอน้ำขับเคลื่อน

ผลิตภัณฑ์ B ไอน้ำรอง B1 ไอน้ำที่เหลือ C ของเหลวเข้มข้น

D พลังงานไอน้ำ E น้ำคอนเดนเสตจากพลังงานไอน้ำ V การสูญเสียความร้อน

แผนผังการไหลของความร้อนของเครื่องระเหยแบบใช้ไอน้ำอัดกลับ

3. เทคโนโลยีการบีบอัดไอน้ำด้วยกลไก

ในระบบการบีบอัดไอน้ำแบบกลไก คอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานกลจะทำการบีบอัดไอน้ำที่เกิดขึ้นในตัวระเหยให้มีความดันสูงขึ้น ด้วยเหตุนี้ คอมเพรสเซอร์ย้อนกลับจึงทำหน้าที่เป็นปั๊มความร้อนไปพร้อมกัน ส่งผลให้ปริมาณพลังงานของไอน้ำเพิ่มขึ้น แตกต่างจากปั๊มความร้อนแบบบีบอัดที่ใช้สารทำงานหมุนเวียน—ซึ่งเป็นระบบปิดที่ทำงานตามวัฏจักรการทำความเย็น—ระบบบีบอัดไอน้ำนี้ทำงานเป็นระบบเปิด จึงอาจถือได้ว่าเป็นปั๊มความร้อนแบบบีบอัดชนิดพิเศษ ภายหลังจากการบีบอัดไอน้ำแล้ว เมื่อไอน้ำที่ได้รับความร้อนกลั่นตัวเป็นของเหลว ของเหลวที่กลั่นตัวจะออกจากวงจร ไอน้ำที่ใช้ในการทำความร้อน (ด้านร้อน) และไอน้ำรอง (ด้านเย็น) ถูกแยกออกจากกันโดยผิวสัมผัสถ่ายเทความร้อนของตัวระเหย การเปรียบเทียบระหว่างปั๊มความร้อนแบบบีบอัดระบบเปิดกับระบบปิดชี้ให้เห็นว่า ในระบบเปิด ผิวสัมผัสของตัวระเหยทำหน้าที่คล้ายกับวาล์วขยายตัวในระบบปิด โดยอาศัยพลังงานเพียงเล็กน้อย—คือพลังงานกลจากใบพัดของคอมเพรสเซอร์ในปั๊มความร้อนแบบบีบอัด—พลังงานดังกล่าวจะถูกถ่ายโอนไปยังสื่อความร้อนของกระบวนการและคงอยู่ภายในวัฏจักรอย่างต่อเนื่อง ภายใต้เงื่อนไขเช่นนี้ ไม่จำเป็นต้องใช้ไอน้ำปฐมภูมิเป็นสื่อความร้อน

ผลิตภัณฑ์ B ไอน้ำรอง B1 ไอน้ำที่เหลือ C ของเหลวเข้มข้น

D พลังงานไฟฟ้า E ไอน้ำแรงดันสูงที่ควบแน่น V การสูญเสียความร้อน

แผนผังการไหลของความร้อนของเครื่องระเหยแบบบีบอัดไอน้ำเชิงกล

ในระบบการบีบอัดไอน้ำด้วยความร้อนแบบหลายขั้นตอน ปริมาณความร้อนจากการควบแน่นที่ต้องถ่ายทิ้งยังคงมีอยู่มาก ในโครงสร้างแบบหลายขั้นตอน โดยมี n ขั้นตอน ความร้อนจากการควบแน่นจะมีค่าประมาณ 1/n ของพลังงานปฐมภูมิที่ป้อนเข้าไป นอกจากนี้ เครื่องอัดไอน้ำแบบเจ็ตสามารถบีบอัดไอน้ำรองได้เพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น ส่วนพลังงานที่เหลือของไอน้ำขับเคลื่อนจำเป็นต้องถูกปล่อยทิ้งเป็นความร้อนส่วนเกินลงสู่น้ำหล่อเย็น อย่างไรก็ตาม หากนำหลักการของปั๊มความร้อนแบบบีบอัดรอบเปิดมาใช้ จะสามารถลดหรือแม้กระทั่งขจัดความร้อนที่ถ่ายทิ้งผ่านคอนเดนเซอร์ได้อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อให้เกิดสมดุลทางความร้อนโดยรวม อาจยังคงต้องมีการใช้พลังงานส่วนน้อยที่เหลือหรือการควบแน่นของไอน้ำที่เหลืออยู่ ซึ่งช่วยให้สามารถรักษาอัตราส่วนแรงดันให้คงที่และสภาพการทำงานที่เสถียรได้ สาเหตุของการนำระบบการบีบอัดไอน้ำด้วยกลไกมาใช้ ได้แก่:

■ การใช้พลังงานเฉพาะต่อหน่วยน้อย

■ ความแตกต่างของอุณหภูมิต่ำช่วยให้เกิดการระเหยอย่างอ่อนโยนของผลิตภัณฑ์

■ เนื่องจากใช้เครื่องระเหยแบบหนึ่งขั้น ระยะเวลาการอยู่ร่วมของผลิตภัณฑ์จึงสั้น

■ กระบวนการที่เรียบง่ายและใช้งานได้จริงอย่างสูง

■ คุณสมบัติการทำงานในช่วงโหลดบางส่วนที่ยอดเยี่ยม

■ ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ