科创中国
基于机械蒸汽再压缩（MVR）的结晶过程能量回收及节水系统优化研究
发布时间: 2022-11-30
来源: 科技服务团
基本信息
合作方式：
技术转让
成果类型：
新技术
行业领域：
高端装备制造产业,节能环保产业
成果介绍
在能源，动力，化工和制药等工业领域中，存在着大量蒸发与结晶工艺过程，例如冷却蒸发，废水废液处理，海水淡化，药剂浓缩粒化等，它们消耗着大量能量及水资源。本项目采用机械蒸汽再压缩（MVR）技术回收利用二次蒸汽潜热，创新设计节能效果更显著的并联双效MVR系统，使含盐废水固液分离，同时，系统使得大量水蒸气获得回收，节约了水资源，最终实现零排放。通过自主建立系统多目标优化模型，提高系统热力学完善程度，使能量利用率最大。解决的关键问题：1）针对不同介质，分析循环过程热力学原理，建立系统数学模型。通过系统数学模型，分析废水蒸发结晶系统设计的相关影响因素。分析系统参数对系统总功耗和总换热面积的影响规律，寻求系统参数的最佳组合，提出系统的优化方向。2）采用㶲分析法，建立实际溶液㶲分析模型，分析MVR系统的能量利用率，给出提高系统的能量利用率方案和方法。获得热力学完善程度更高，能量利用效果更好的MVR系统。3）针对系统多维设计优化问题，建立基于精英保留策略多目标优化强度Pareto进化算法（SPEA2），引入模糊集合理论，构建优化流程，确保提升优化过程中种群的多样性以及对种群的全局和局部搜索能力。
成果亮点
1）技术方案：
提出并设计了并联双效MVR系统，分析无机盐溶液沸点升对系统的影响，设计系统工艺流程，建立设备数学模型及系统计算平台，基于上述数学模型，建立考虑溶液盐分影响的系统㶲分析模型，评价系统热力学完善程度。以系统总功耗最低和总换热面积最小为优化目标，蒸发温度和压缩温升为优化变量，建立系统参数多目标优化模型，通过SPEA2算法得到Pareto最优前沿，结合模糊集合理论和工程实际精度选取最优值，对系统进行优化，获得性能更好且热力学完善程度更高的优化系统。
2）创新点：
提出了并联双效MVR蒸发结晶系统的工艺流程及设计方法，建立起设备数学模型及系统计算平台。建立了考虑溶液中盐分影响的系统㶲分析模型，与传统的能量分析相结合作为系统性能评价手段。采用控制变量法，对并联双效MVR系统设计过程中影响因素进行分析。以系统总功耗和总换热面积均最小为优化目标，蒸发温度和压缩机饱和温升为优化变量，建立系统多目标优化计算模型，通过强度Pareto进化算法（SPEA2）对优化变量取值进行搜索计算，借助模糊集合理论得到最优解。获得热力学完善程度更高，能量利用率更大的优化系统。
团队介绍
团队负责人，宫武旗，博士，教授/博导，工作单位为西安交通大学能源与动力工程学院，流体机械及工程系。主要从事叶轮机械设计及气动机理的试验研究， 高性能叶轮机械产品研发。主持完成国家级及企业级科研项目40余项，其中国防军工项目6项（国防重点1项），国家自然科学基金面上项目1项，航空发动机/燃气轮机重大基础项目专题1项，重点国企千万级重大项目1项。发表学术论文70余篇，获得授权国家发明专利10项。2016 年获得陕西高等学校科学技术奖二等奖（第一完成人）， 2017 年获中国通用机械工业协会科技创新突出贡献奖。
本团队现有成员40余人，其中教授 4 人，副教授 4 人， 高级工程师 1 人，助理科研人员3人，硕博研究生30余人。
本团队致力于将流体机械设计理论与现代研究技术手段相结合， 为透平机械产品（透平压缩机及透平膨胀机）研发提供广泛的技术支持。
成果资料
产业化落地方案
成果综合评价报告
评价单位：“科创中国”融合创新制冷产业科技服务团 (中国制冷学会) 评价时间：2022-12-06
刘益才
中南大学
教授
综合评价
该成果是对传统的MVR技术的创新研究，对传统蒸发结晶行业有一定的引领性作用，技术创新性很强，且技术较为成熟，投资回报比较可靠，目标市场处于成长市场，但该市场很快会出现多种技术路线，产品竞争会很激烈。
另外，因在产品产量的稳定性方面论证不足，要特别预防环保与安全风险，并需要进一步明确不同工质的实际效果。
总体而言，该项目技术思路方向很好，未来市场空间大，有利于当前政策要求，转化成熟度很高，值得支持推广。建议强化相应产品开发，加大产业链开发力度。
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