熱泵在蒸發(fā)器中的應用效果及注意事項

（黑龍江省安達市華禹乳品機械制造有限公司）

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，作為加熱熱源，起到節(jié)能作用；降低一次蒸汽的溫度以利于低溫加熱蒸發(fā)。熱泵使用效果如何，絕大多數(shù)用戶還沒有進行過測算，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；即使安裝了還與流量計本身的質(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，用戶還無從得知。因此，有的用戶對熱泵的節(jié)能效果也曾產(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(guān)。本文以RNJM01-1000型單效降膜式蒸發(fā)器在液態(tài)奶生產(chǎn)中的應用為例，對蒸發(fā)器有無熱泵的加熱蒸汽耗量進行了理論計算。

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到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。蒸發(fā)器有無熱泵，所需要的加熱蒸汽量也不同。

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

蒸發(fā)器的主要技術(shù)參數(shù)如下：①介質(zhì)為牛奶；②水分蒸發(fā)量為1 000 kg/h；③進料質(zhì)量分數(shù)為11.5%；④出料質(zhì)量分數(shù)為13.1%；⑤進料溫度為62 ℃；⑥蒸汽壓力為0.6MPa。具體如表1所示。

1.2 無熱泵單效降膜式蒸發(fā)器蒸汽耗量的計算

物料處理量：S=1 000×13.1/（13.1-11.5）=8 187.5 kg/h

熱量衡算公式為：D=[Wr-S .C(T-t)]q＇/R

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=8 187.5kg/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，R＝2 316.974 kJ/kg；r-二次蒸汽汽化潛熱，kJ/kg，r＝2 341.636 kJ/kg；q’-熱量損失，這里按總熱量的5%計算。

則：D=[1 000×2 341.636﹢8 187.5×3.887（62-65）]×1.05/2 316.974=1 104.4 kg/h

1.3 有熱泵蒸發(fā)器生蒸汽耗量的計算

計算公式為：D=G0+E

式中：D-蒸發(fā)器蒸汽耗量，kg/h，D=1104.4kg/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。

G0=D/(1+μ)=1 1 0 4.4/（1+0.672）=660.53 kg/h

從理論計算可知，蒸發(fā)器有熱泵比無熱泵其加熱蒸汽即生蒸汽耗量要減少443.9 kg/h，而有熱泵的蒸發(fā)器使用的蒸汽壓力比無熱泵的要高。蒸汽從熱泵噴嘴噴出速度是超音速，蒸汽壓力低負壓區(qū)負壓小，抽吸二次蒸汽量也隨之減少。

表1 蒸發(fā)器狀態(tài)參數(shù)

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(guān)：熱泵設計；蒸發(fā)系統(tǒng)熱量衡算，即蒸發(fā)器換熱面積的計算確定；制造安裝及操作參數(shù)控制。熱泵的設計及計算是比較成熟的技術(shù)，其中熱泵噴嘴孔徑、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(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)插法計算求出，計算數(shù)值要準確。熱泵結(jié)構(gòu)設計也關(guān)系到熱泵噪聲的大小。

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(guān)。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)工藝要求設置生產(chǎn)熱泵的進汽壓力，很可能低于設計值，這樣就會降低熱泵的工作效率。另外，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，那么其抽吸二次蒸汽量會降低。

熱泵在制造過程中最重要的一點是要保證其氣密性，制造完畢后作不低于0.2 MPa的水壓試驗，保持15 min不得泄漏。有不少廠家不作水壓試驗，結(jié)果在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)泄露，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，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(guān)，熱泵在進汽前要檢查蒸汽的質(zhì)量，是否帶水操作，長時間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(jié)語

熱泵在降膜式蒸發(fā)器中作為節(jié)能技術(shù)應用較普遍，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(guān)鍵，如泄露、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(guān)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，但必須做好每一步才能獲得良好的使用效果。