熱泵在蒸發(fā)器中的應(yīng)用效果及注意事項(xiàng)

劉殿宇， 陳麗

(華禹乳品機(jī)械制造有限公司，黑龍江安達(dá) 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(yīng)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(duì)于熱泵使用的效果，絕大多數(shù)用戶還沒(méi)有做過(guò)測(cè)算，因?yàn)榇蠖鄶?shù)蒸發(fā)器還不是自動(dòng)控制，蒸發(fā)器進(jìn)汽管道大多數(shù)還沒(méi)有安裝蒸汽流量計(jì)。即使安裝了蒸汽流量計(jì)，還與流量計(jì)本身的質(zhì)量、蒸汽的質(zhì)量及參數(shù)的控制有關(guān)，所以究竟能節(jié)能多少用戶還無(wú)從得知。因此有的用戶對(duì)熱泵的節(jié)能效果產(chǎn)生過(guò)懷疑。

熱泵在蒸發(fā)器中能否達(dá)到比較理想的節(jié)能效果，與熱泵的設(shè)計(jì)、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(guān)。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(yīng)用為例，對(duì)蒸發(fā)器是否加載熱泵進(jìn)行理論計(jì)算和比較。

1 蒸發(fā)器中有無(wú)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(guò)熱泵的噴嘴高速射流，在熱泵的混合區(qū)形成一定負(fù)壓，二次蒸汽在負(fù)壓的作用下被吸入熱泵中并提高其溫度壓力，同時(shí)降低一次蒸汽的溫度作為加熱熱源。

主要技術(shù)參數(shù):

介質(zhì):牛奶

水分蒸發(fā)量:1 000 kg/h

進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù):11.5%

出料質(zhì)量分?jǐn)?shù):13.1%

進(jìn)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(wú)熱泵單效降膜式蒸發(fā)器蒸汽耗量計(jì)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(jìn)料量，kg/h，S=8 187.5 kg/h;

C——物料比熱，kJ/kg·℃，C=3.8874 kJ/kg·℃;

T——進(jìn)料溫度，℃，T=62 ℃;

t——料液沸點(diǎn)溫度，℃，這里按65℃計(jì)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(jì)算。則:

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

2 熱泵使用效果及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

熱泵應(yīng)用效果如何與以下幾個(gè)方面有關(guān)。

2.1 熱泵設(shè)計(jì)

熱泵的設(shè)計(jì)及計(jì)算是比較成熟的技術(shù)，熱泵噴嘴孔徑、熱泵的引射系數(shù)及熱泵噴嘴端面至擴(kuò)散管端面距離的確定是關(guān)鍵。其次是結(jié)構(gòu)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(jì)算求出，計(jì)算數(shù)值要準(zhǔn)確。熱泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也關(guān)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(jì)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(jì)算確定有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)的蒸發(fā)器大多數(shù)是超能力設(shè)計(jì)，即換熱面積計(jì)算確定偏保守，如果按生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行生產(chǎn)，很可能熱泵的進(jìn)汽壓力低于設(shè)計(jì)值，這樣也就會(huì)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(jì)算不足，冷卻水量不足或水溫過(guò)高，對(duì)熱敏性物料來(lái)說(shuō)又有蒸發(fā)溫度控制要求，熱泵的進(jìn)汽壓力低，不能達(dá)到設(shè)計(jì)值，其抽吸二次蒸汽量會(huì)降低。

2.3 制造安裝及操作參數(shù)控制

熱泵在制造過(guò)程中最重要的一點(diǎn)是要保證其氣密性，制造完畢做不低于0.2 MPa的水壓試驗(yàn)，保持15 min不得泄漏。有不少?gòu)S家不做水壓試驗(yàn)，結(jié)果在使用過(guò)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(zhuǎn)方向)安裝或安裝在二次蒸汽走向的最高點(diǎn)，安裝過(guò)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(guān)，熱泵在進(jìn)汽前要檢查蒸汽的質(zhì)量，是否帶水操作，長(zhǎng)時(shí)間蒸汽中帶水操作會(huì)降低熱泵的工作效率，降低加熱溫度。因此，開(kāi)機(jī)前要把分汽缸中的水排凈方可給汽生產(chǎn)。此外，要滿負(fù)荷生產(chǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

熱泵在降膜式蒸發(fā)器中作為節(jié)能技術(shù)應(yīng)用普遍。要獲得良好的節(jié)能效果，除了上述注意事項(xiàng)外，設(shè)備的使用維護(hù)也是關(guān)鍵，如泄漏、噴嘴嚴(yán)重磨損等要及時(shí)進(jìn)行維修或更換。此外，熱泵的噪聲也是近幾年用戶關(guān)注的話題，噪聲的大小也是衡量熱泵性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)上必須給予重視?？傊?，熱泵在蒸發(fā)器中的應(yīng)用效果是好的，但必須按照安裝操作規(guī)程認(rèn)真做好每一步，才能獲得良好的使用效果。