مبدأ العمل الأساسي لمبخرات MVR - من البخار الثانوي إلى الطاقة الحرارية ذات الحلقة المغلقة

يعتمد مبدأ العمل الأساسي لمبخرات MVR (إعادة الضغط الميكانيكي للبخار) على استخدام ضاغط لتعزيز طاقة البخار الثانوي الناتج أثناء عملية التبخر، وتحقيق إعادة تدوير حلقة مغلقة للطاقة الحرارية، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير وتشكيل نظام تبخر عالي الكفاءة وتوفير الطاقة.

يمكن تقسيم العملية من "البخار الثانوي" إلى "الطاقة الحرارية ذات الحلقة المغلقة" على النحو التالي:

أولا: مبدأ العمل الأساسي: 

إنشاء نظام طاقة حرارية مغلق الحلقة

1. توليد البخار الثانوي: 

يتم تسخين المواد في حجرة التبخير في المبخر، ويتبخر الماء لإنتاج بخار ثانوي منخفض الحرارة والضغط (عادةً ما يكون بخارًا مشبعًا).

يتميز هذا البخار الثانوي بطاقة حرارية ابتدائية منخفضة، ولا يُمكن استخدامه مباشرةً كمصدر حرارة فعال لتسخين المواد. في الأنظمة التقليدية، غالبًا ما يُكثَّف ويُفرَّغ، مما يُؤدي إلى هدر الطاقة.

2. إعادة ضغط البخار الثانوي (تعزيز الطاقة): 

يتم سحب البخار الثانوي إلى ضاغط (مثل ضاغط الطرد المركزي أو ضاغط الجذور) ويتم ضغطه من خلال العمل الميكانيكي.

تؤدي عملية الضغط إلى زيادة ضغطه ودرجة حرارته بشكل كبير، وزيادة المحتوى الحراري له، وتحويله إلى بخار عالي الحرارة والضغط والجودة، قادر على استخدامه كمصدر للتدفئة.

نسبة الضغط (الضغط النهائي/ضغط السحب) تكون عادة 1.4~2.5، وهو ما يتوافق مع زيادة درجة حرارة البخار بمقدار 12~30 درجة مئوية، وتلبية فرق درجة الحرارة المطلوب للتبخر.

3. إعادة استخدام البخار المضغوط (الطاقة الحرارية ذات الحلقة المغلقة)

يتم إرجاع البخار المضغوط عالي الحرارة وعالي الضغط إلى حجرة التسخين في المبخر كمصدر للحرارة لتسخين المادة، مما يؤدي إلى إطلاق حرارتها الكامنة.

بعد إطلاق الحرارة، يتكثف البخار إلى ماء سائل (مكثف) ويُفرّغ من النظام. يمكن استخدام حرارته المحسوسة لتسخين التغذية عبر مسخّن مسبق، مما يُحسّن استعادة الطاقة.

يتم "إحياء" طاقة البخار الثانوية المهدرة سابقًا وإعادة تدويرها، مما يشكل استخدامًا مغلقًا للطاقة الحرارية، مما يقلل بشكل كبير الاعتماد على البخار النقي الخارجي.

4. التحكم التلقائي في النظام والتشغيل المستقر

يقوم نظام التحكم الآلي بمراقبة المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط ومستوى السائل في الوقت الفعلي، وضبط طاقة الضاغط وتدفق البخار وتشغيل المضخة بشكل ديناميكي.

على سبيل المثال، عندما يكون مستوى السائل مرتفعًا جدًا، يتم زيادة معدل تدفق التفريغ تلقائيًا؛ عندما تكون درجة الحرارة غير كافية، يتم زيادة سرعة الضاغط، مما يضمن أن يكون النظام دائمًا في حالة من التوازن الحراري والتشغيل عالي الكفاءة.

II. المزايا الأساسية لنظام الطاقة الحرارية ذي الحلقة المغلقة

1. توفير الطاقة وكفاءة عالية: باستثناء تسخين كمية قليلة من البخار الطازج مسبقًا أثناء مرحلة بدء التشغيل، لا حاجة تقريبًا لأي بخار خارجي أثناء التشغيل العادي. يستهلك تبخير طن واحد من الماء ما بين 23 و70 كيلوواط/ساعة فقط من الكهرباء، مما يُقلل تكاليف التشغيل بشكل كبير.

2. التبخر في درجات حرارة منخفضة: يتحقق التبخر عند درجات حرارة أقل من 40 درجة مئوية، وهو مناسب بشكل خاص للمواد الحساسة للحرارة (مثل الأدوية والأغذية)، مما يمنع تغير طبيعة المواد.

3. حماية البيئة واستغلال الموارد: تستخدم على نطاق واسع في معالجة التبخر والتركيز والتبلور لمياه الصرف الصحي عالية الملوحة ومياه الصرف الصناعي، مما يتيح إعادة استخدام المياه والحد من النفايات الخطرة.

4. نظام مضغوط: يزيل الحاجة إلى معدات متعددة المراحل وأنظمة تبريد في التبخر متعدد التأثيرات، مما يتطلب مساحة أرضية أقل، وهو مناسب بشكل خاص لمشاريع التجديد المقيدة بالموقع.

5. 
   

ثالثًا. المعدات الرئيسية الداعمة لنظام الطاقة الحرارية ذي الحلقة المغلقة

1. الضاغط: جوهر النظام، وهو المسؤول عن كفاءة تحويل الطاقة. يُستخدم عادةً ضاغط طرد مركزي (معدل تدفق مرتفع، نسبة ضغط منخفضة) أو ضاغط روتس (معدل تدفق متوسط إلى منخفض، نسبة ضغط عالية).

2. فاصل السخان والمبخر: نقل الحرارة بكفاءة عالية وفصل الغاز عن السائل، مما يضمن كفاءة التبخر.

3. نظام التسخين المسبق والفراغ: يستخدم الحرارة المهدرة لزيادة درجة حرارة التغذية والحفاظ على فراغ النظام وخفض نقطة الغليان.

4. نظام التحكم الذكي: يتيح التشغيل التلقائي الكامل والتعديل الديناميكي وحماية الأخطاء، مما يضمن استقرار نظام الحلقة المغلقة.

ملخص

تستخدم مبخرات MVR مسارًا مغلقًا يتألف من "التبخير ← ضغط البخار الثانوي ← تعزيز الطاقة الحرارية ← إعادة استخدام التسخين ← استعادة التكثيف" لتحويل البخار الثانوي المُهدر سابقًا إلى مصدر حرارة مستمر، مما يحقق إعادة تدوير عالية الكفاءة للطاقة. لا تقتصر هذه التقنية على خفض استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل بشكل كبير، بل توفر أيضًا مزايا مثل التشغيل في درجات حرارة منخفضة، والمحافظة على البيئة، والأتمتة العالية، مما يجعلها من المعدات الموفرة للطاقة الشائعة التي تحل محل المبخرات التقليدية متعددة التأثيرات في مجالات الكيمياء والأدوية وحماية البيئة.