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研发节能环保技术,助推区域经济发展

2014-04-25

南京航空航天大学经过几年的努力,成功开发了机械蒸汽再压缩的蒸发技术及装备,此设备广泛适用于化工、制药、食品行业的蒸发浓缩结晶,与常规的多效蒸发技术相比,节能60%以上。同时,该技术还可实现低能耗的高浓无机废水零排放,产业化市场前景广阔。

一、根据市场需要,调整科研选题方向

蒸发浓缩和蒸发结晶是化工、医药、食品等多个行业普遍采用的工艺过程。目前最常用的是单效或多效蒸发技术。随着蒸汽价格的急剧攀升以及国家节能减排标准的日益提高,企业用在蒸发浓缩环节的成本也急剧加大,虽然比较先进的多效蒸发可以提高一些能量利用效率,但还有大量的末效蒸汽的潜热白白浪费,同时还需要耗费大量的冷却水来对末效蒸汽进行冷却,导致企业的生产成本很高。有的行业此环节的能耗成本占到产品成本的40%。另外,对企业的节能减排也没有本质性的改变。膜浓缩技术能够解决一部分问题,但由于存在着浓差极化现象,浓度无法达到较高的要求,限于膜浓缩的形式,膜也无法应用于浓缩结晶的场合。另外,膜的使用寿命、成本、操作连续性等均存在较大的问题。基于此,学校准备开展高效节能的蒸发浓缩技术研究。

二、整合校内资源,合力研发结晶技术

南京航空航天大学节能环保科研团队以南京航空航天大学动力工程及工程热物理江苏省重点学科为依托,由韩东教授牵头,联合校内教师、博士、硕士等二十余名人员组成。该课题组充分利用航空动力研究成果,开展面向国家战略新兴产业——节能环保技术的研究,重点从事低温蒸发、工业余汽、余热回收利用等方面研究。部分研发成果多次在江苏产学研合作成果展示洽谈会上展出,获得好评。

课题组针对蒸发浓缩结晶过程中能耗极高的状况,采用机械压缩的方式,实现二次蒸汽潜热的再利用,以达到高效节能的目的,实现节省标准煤60%85%的目标。  

机械蒸汽再压缩式蒸发浓缩结晶技术(MVR)是一种高效节能技术,其基本原理是将蒸发结晶器原本需要用冷却水冷凝的二次蒸汽,经压缩机压缩后提高其压力和饱和温度,增加焓值,再送入结晶器的加热器壳程作为热源来加热料液。二次蒸汽在加热器壳程冷凝释放的热量,就是加热器管程物料得到的热量。加热器既对物料起加热作用,也对二次蒸汽起冷凝作用。该系统能耗低,结构简单,运行稳定,无需冷凝器、冷却塔等设备,也无需生蒸汽、冷却水等公用工程。

该项技术比常规的多效蒸发浓缩技术节约标准煤60%85%,对蒸发量为10吨/小时的常见工艺而言,采用MVR蒸发技术每年的运行费用比采用较为先进的三效蒸发器节省380万元左右,节能效果明显。

三、遴选合作伙伴,加快产学研合作

南京航空航天大学与江苏乐科热工程设备有限公司合作的模式是学校科研团队负责研发和设计,公司负责生产和推广。江苏乐科公司是一家新成立的公司,主要致力于连续结晶器、蒸发器、MVR系统的设计制造。公司依托南京航空航天大学能源与动力学院的技术平台,致力于成为一流的浓缩结晶工艺设计者、设备制造者、运行管理服务提供者和节能技术领跑者。针对市场的需求,江苏乐科公司提出设计要求,学校节能环保研发团队做设计方案,并进行理论分析与数字仿真,委托乐科生产小试设备,双方共同对设备进行实验和调试,对调试过程中遇到的问题由南航研发团队负责完善或者改进,最后研制中试设备,最后由江苏乐科负责设备的产业化工作。

为推动双方长期有效合作,共建南航–乐科节能技术研究中心,每年由乐科提供50万元的研究经费,用于研发新产品以及现有产品的升级换代。合作过程中产生的知识产权双方共有,双方联合申报专利。双方形成快速互动机制,互派技术人员到对方工作和学习,切实、高效解决各种技术问题。同时,积极提高双方技术人员的技术素质,定期或不定期举办各种技术培训,形成良好的学习工作氛围。

四、效益显著,推动企业和学科全面发展

该科研成果取得巨大的经济效益和社会效益。2009年,由乐科公司生产的结晶装备实现产值1000余万元,2011年达到0.8亿,2012年为1.1亿,用户涉及到化工、制药、高浓含盐废水处理、低温蒸发等多个领域,遍及江苏、浙江、重庆、山东、河北等省市。

企业获得收益的同时积极反哺学校学科发展和人才培养,主要表现为:课题组与企业联合承担江苏科技支撑计划(工业)重点项目2项、江苏省产学研联合创新资金项目1项,申报江苏省重大科技成果转化等项目,进一步拓宽了课题组的研究方向,通过该技术的产学研合作将研究范围延伸到精馏、干燥技术等方面。