熱泵在蒸發(fā)器中的應用效果及注意事項

劉殿宇， 陳麗

(華禹乳品機械制造有限公司，黑龍江安達 151400)

熱泵在蒸發(fā)器中，尤其是在單效、雙效以及多效降膜式蒸發(fā)器中應用最為普遍，其主要作用是:抽吸二次蒸汽并提高其溫度、壓力，用它作為加熱熱源，能起到節(jié)能作用;其次是降低一次蒸汽的溫度，有利于低溫加熱蒸發(fā)。對于熱泵使用的效果，絕大多數(shù)用戶還沒有做過測算，因為大多數(shù)蒸發(fā)器還不是自動控制，蒸發(fā)器進汽管道大多數(shù)還沒有安裝蒸汽流量計。即使安裝了蒸汽流量計，還與流量計本身的質量、蒸汽的質量及參數(shù)的控制有關，所以究竟能節(jié)能多少用戶還無從得知。因此有的用戶對熱泵的節(jié)能效果產(chǎn)生過懷疑。

熱泵在蒸發(fā)器中能否達到比較理想的節(jié)能效果，與熱泵的設計、蒸發(fā)器熱量衡算、換熱面積的確定、制造安裝及蒸發(fā)參數(shù)的控制有關。本文僅以RNJM01-1000型單效降膜式蒸發(fā)器在液態(tài)奶生產(chǎn)中應用為例，對蒸發(fā)器是否加載熱泵進行理論計算和比較。

1 蒸發(fā)器中有無熱泵的加熱蒸汽耗量比較

熱泵的工作原理是，一定壓力的蒸汽通過熱泵的噴嘴高速射流，在熱泵的混合區(qū)形成一定負壓，二次蒸汽在負壓的作用下被吸入熱泵中并提高其溫度壓力，同時降低一次蒸汽的溫度作為加熱熱源。

主要技術參數(shù):

介質:牛奶

水分蒸發(fā)量:1 000 kg/h

進料質量分數(shù):11.5%

出料質量分數(shù):13.1%

進料溫度:62℃

使用蒸汽壓力:0.6 MPa

表1為蒸發(fā)器狀態(tài)參數(shù)。

表1 蒸發(fā)器狀態(tài)參數(shù)

無熱泵單效降膜式蒸發(fā)器蒸汽耗量計算。物料處理量:

熱量衡算:

式中 D——蒸汽耗量，kg/h;

W——水分蒸發(fā)量，kg/h，W=1 000 kg/h;

S——進料量，kg/h，S=8 187.5 kg/h;

C——物料比熱，kJ/kg·℃，C=3.8874 kJ/kg·℃;

T——進料溫度，℃，T=62 ℃;

t——料液沸點溫度，℃，這里按65℃計算;

R——加熱蒸汽潛熱，kJ/kg，2 316.974 kJ/kg;

r——二次蒸汽汽化潛熱，kJ/kg，2 341.636 kJ/kg;

q'——熱量損失，這里按總熱量的5%計算。則:

有熱泵蒸發(fā)器生蒸汽耗量計算:

式中 D——蒸發(fā)器蒸汽耗量，kg/h，D=1 104.4 kg/h;

G0——生蒸汽量，kg/h;

E——熱泵抽吸二次蒸汽量，kg/h，E=μG0;

μ——噴射系數(shù)，μ =0.672。

從理論計算可知，蒸發(fā)器裝載熱泵后比無熱泵時，其加熱蒸汽耗量(即生蒸汽)要減少443.9 kg/h，而有熱泵時使用蒸汽壓力比無熱泵時要高。蒸汽從熱泵噴嘴噴出的速度是超音速，蒸汽壓力低，負壓區(qū)負壓小，抽吸二次蒸汽量也隨之減少。

2 熱泵使用效果及設計注意事項

熱泵應用效果如何與以下幾個方面有關。

2.1 熱泵設計

熱泵的設計及計算是比較成熟的技術，熱泵噴嘴孔徑、熱泵的引射系數(shù)及熱泵噴嘴端面至擴散管端面距離的確定是關鍵。其次是結構尺寸的確定，其中熱泵中引射系數(shù)是根據(jù)壓縮比與膨脹比查表按內(nèi)插法計算求出，計算數(shù)值要準確。熱泵結構設計也關系到熱泵噪聲的大小。

2.2 蒸發(fā)系統(tǒng)熱量衡算即蒸發(fā)器換熱面積的計算確定

熱泵是否能起到節(jié)能作用與蒸發(fā)系統(tǒng)的熱量衡算，即換熱面積的計算確定有關。目前國內(nèi)的蒸發(fā)器大多數(shù)是超能力設計，即換熱面積計算確定偏保守，如果按生產(chǎn)工藝要求進行生產(chǎn)，很可能熱泵的進汽壓力低于設計值，這樣也就會降低熱泵的工作效率。其次如果蒸發(fā)系統(tǒng)熱量衡算不正確，如各效換熱面積分配不合理，冷凝器換熱面積計算不足，冷卻水量不足或水溫過高，對熱敏性物料來說又有蒸發(fā)溫度控制要求，熱泵的進汽壓力低，不能達到設計值，其抽吸二次蒸汽量會降低。

2.3 制造安裝及操作參數(shù)控制

熱泵在制造過程中最重要的一點是要保證其氣密性，制造完畢做不低于0.2 MPa的水壓試驗，保持15 min不得泄漏。有不少廠家不做水壓試驗，結果在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，從而影響了熱泵的使用效果。其次是安裝，熱泵的安裝一般按二次蒸汽流向(旋轉方向)安裝或安裝在二次蒸汽走向的最高點，安裝過程中各連接處也不得泄漏。熱泵的使用效果還與操作控制有關，熱泵在進汽前要檢查蒸汽的質量，是否帶水操作，長時間蒸汽中帶水操作會降低熱泵的工作效率，降低加熱溫度。因此，開機前要把分汽缸中的水排凈方可給汽生產(chǎn)。此外，要滿負荷生產(chǎn)。

3 結束語

熱泵在降膜式蒸發(fā)器中作為節(jié)能技術應用普遍。要獲得良好的節(jié)能效果，除了上述注意事項外，設備的使用維護也是關鍵，如泄漏、噴嘴嚴重磨損等要及時進行維修或更換。此外，熱泵的噪聲也是近幾年用戶關注的話題，噪聲的大小也是衡量熱泵性能的一項重要指標，在設計上必須給予重視。總之，熱泵在蒸發(fā)器中的應用效果是好的，但必須按照安裝操作規(guī)程認真做好每一步，才能獲得良好的使用效果。