熱泵雙效、熱泵三效濃縮器技術性能分析

從中藥廠的蒸汽消耗份額來看，提取液濃縮過程中消耗的蒸汽占總廠總蒸汽的大部分。1000kg提取液稀釋至1.2份，必要蒸發(fā)約980kg水分。采用不同形式的濃縮器,其耗蒸汽量、耗冷卻水量分別如下:(1)單效濃縮器:耗蒸汽量為1050kg,耗冷卻水量(進水溫度25℃,出水溫度35℃)為56t;(2)普通雙效濃縮器:耗蒸汽量為520kg,耗冷卻水量為28t;(3)熱泵雙效濃縮器:耗蒸汽量為350kg,耗冷卻水量為20t;(4)熱泵三效濃縮器:耗汽量為260kg,耗冷卻水量15t。由上述比較可以看出,熱泵雙效、三效濃縮器比單效濃縮器節(jié)能分別為67%、75%,節(jié)水分別為65%、73%,比普通雙效濃縮器節(jié)能分別為33%、50%,節(jié)水分別為30%、46%。由此證明,熱泵技術應用于濃縮器具有顯著的節(jié)能和節(jié)水效果,不僅可為國家節(jié)省大量的資源,同時為企業(yè)降低了生產的運行成本。1兄弟，振興泵系統的組成和工作1.1集液罐冷凝水排放裝置熱泵雙效濃縮器由蒸汽噴射式熱泵、一效加熱室和蒸發(fā)室、二效加熱室和蒸發(fā)室組成。熱泵三效濃縮器由熱泵、一效加熱室和蒸發(fā)室、二效加熱室和蒸發(fā)室、三效加熱室和蒸發(fā)室組成。各加熱室冷凝水等壓排水串級自蒸發(fā)裝置,三效蒸發(fā)室中增加蒸汽夾套加熱和刮板攪拌相結合的收膏裝置,以及集液罐冷凝水自動排放裝置。熱泵雙效濃縮器裝置如圖1所示,自動控制熱泵外加熱式三效流程如圖2所示。1.2熱泵雙效、三效濃縮器最終浸膏的確定以熱泵雙效濃縮器為例,將系統抽真空到0.086MPa以上,檢查設備和管路的密封。密封合格后,在真空作用下,各效加熱室分別吸入70℃左右的提取液。將鍋爐蒸汽通過減壓閥調至0.5～0.6MPa(表壓)進入熱泵,與一效蒸發(fā)室出來的部分二次蒸汽混合后進入一效加熱室作為一效的加熱蒸汽,溫度根據被加熱提取液的熱力性質不同,可在83～92℃之間調節(jié)。一效蒸發(fā)室出來的剩余二次蒸汽進入二效加熱室作為二效的加熱蒸汽,二效產生的二次蒸汽進入冷凝冷卻器進行冷凝,由儲水罐收集自動排放或人工間歇排放。一效加熱室的加熱溫度為83～92℃,沸點為70～75℃,二效加熱室的加熱溫度為70～75℃,沸點為55～60℃。一效加熱室的凝結水由等壓排水裝置自動排入二效加熱室進行閃蒸,產生的蒸汽量約占二效加熱蒸汽量的6%,二效加熱蒸汽,冷凝后進入貯水罐。當一效的浸膏比重達到1.15左右時,為防止料液粘度過大和料液過少而發(fā)生一效加熱管焦管現象,此時熱泵停止工作,在真空作用下,將一效的浸膏全部吸入二效加熱室,并在二效蒸發(fā)室夾套中通入0.07MPa的蒸汽將浸膏濃縮至比重為1.20。熱泵三效濃縮器的工作情況與上述大致相同,只是將一效、二效比重為1.15的浸膏全部吸入三效加熱室,濃縮至比重為1.20。若最終浸膏要求比重為1.40時,由于浸膏量很少,且很粘,收膏在熱泵雙效濃縮器和熱泵三效濃縮器的末效中進行時,會造成加熱管結焦。此時,在真空作用下,將浸膏全部吸入末效蒸發(fā)室中,在末效蒸發(fā)室夾套中通入0.07MPa的蒸汽,在蒸汽夾套加熱和刮板攪拌相結合的收膏裝置中收膏。從中藥廠使用情況來看,熱泵雙效、三效濃縮器最終浸膏比重可達1.15、1.20和1.40。末效蒸發(fā)室中的新型收膏裝置的研制和使用為本裝置的創(chuàng)新點之一。2蒸汽噴射式熱泵隨著經濟增長方式的轉變和節(jié)能降耗政策的不斷深入,多效濃縮器被不斷采用各種節(jié)能措施加以改造,其中最為顯著的節(jié)能方法是在多效濃縮器上應用熱泵技術。熱泵大致分為機械壓縮式熱泵和蒸汽噴射式熱泵二種。由于機械壓縮式熱泵相配套的離心式壓縮機操作、維修復雜,要求較高,同時耗電較大,使得運行成本升高,在實際中應用較少。目前,在多效濃縮器中,應用較多的是蒸汽噴射式熱泵。蒸汽噴射式熱泵的效率,隨著引射蒸汽壓力的增加而提高,但要獲得壓力較高的蒸汽,對鍋爐要求也相應提高。針對我國企業(yè)的實際情況,蒸汽壓力采用0.5～0.6MPa較為合適,此時熱泵的效率也較高。蒸汽噴射式熱泵的結構如圖3所示。工作原理:壓力為0.5～0.6MPa的蒸汽通過拉瓦爾噴嘴3時為絕熱膨脹,絕熱膨脹即為等熵過程,由此產生超音速氣流,使蒸汽溫度由原來的165℃降低至100℃左右,在噴嘴出口處產生的超音速氣流使噴嘴出口處產生真空,在此真空作用下,吸入一效蒸發(fā)室出來的二次蒸汽的一部分,吸入量由計算決定。通過噴嘴的鍋爐蒸汽與75℃的一效二次蒸汽混合,混合蒸汽的溫度約90℃。沒有被吸入的一效二次蒸汽進入二效加熱室加熱用。由此可知,熱泵的使用不僅降低了一效加熱蒸汽的溫度,而且使一效加熱蒸汽中利用了一部分一效二次蒸汽,因此起到了節(jié)能作用。同時,由于一效蒸發(fā)能力變大,使二效蒸發(fā)能力減小,二效蒸汽冷凝所需要的冷卻水量也相應減少,起到了節(jié)水作用。從圖3可看出,其結構簡單,沒有運動部件,不需要維護和修理。只要使蒸汽壓力維持在要求的范圍內,系統即可正常工作。因此操作簡單。但是,由于通過噴嘴的蒸汽流,在進入噴嘴時的流速為25～35m/s的亞音速氣流到流出噴嘴時成為超音速氣流,使氣流產生很大的低頻波、中頻波和高頻波噪聲。國內廠家制造的用于乳品工業(yè)熱泵噪聲為90dB(A)以上,國外進口的丹麥尼羅公司用于乳品的四效濃縮器熱泵噪聲為85dB(A)左右,如此高的噪聲不符合國家對藥廠環(huán)境噪聲≯78dB(A)的要求。溫兄閥業(yè)有限公司生產的蒸汽噴射式熱泵采用了特殊的結構,熱泵噪聲經實測為75.1dB(A),不僅滿足了對藥廠環(huán)境噪聲的要求,而且在降低噪聲方面也達到了國際領先水平。3節(jié)能節(jié)水3.1雙效濃縮系統蒸汽在熱泵作用下,與一效蒸發(fā)出來的二次蒸汽的一部分混合成為混合汽,作為一效加熱室的加熱蒸汽使用。通過實例加以說明:以蒸發(fā)量為2000kg/h雙效濃縮為例,普通雙效濃縮器需蒸汽量為1040kg/h,熱泵雙效濃縮器由于使用了部分一效二次蒸汽,需蒸汽量為700kg/h,節(jié)能(1040-700)÷1040×100%≈33%。以每天運行10h計算,可節(jié)省蒸汽為3.4t。按全年運行300天計,可節(jié)省蒸汽為1020t,約為15.3萬元。3.2自蒸發(fā)技術一效加熱室溫度為90℃的凝結水為飽和水,由于采用了等壓排水串級自蒸發(fā)技術,進入二效加熱室后,其溫度由90℃降為75℃,進行降溫降壓自蒸發(fā),可產生占二效加熱室所需加熱蒸汽量的6%左右的自蒸發(fā)蒸汽作為二效熱源使用,減少了二效加熱蒸汽量達到了節(jié)能的目的。3.3蒸發(fā)量的測定熱泵使用后,各效蒸發(fā)量的分配與普通雙效、三效不同,需根據熱泵原理,對雙效、三效各效熱平衡計算,得到各效的蒸發(fā)量。以蒸發(fā)量為2000kg/h熱泵雙效為例,其二效蒸發(fā)量為700kg/h,比普通雙效濃縮器二效蒸發(fā)量(1000kg/h)減少了300kg/h,二次蒸汽冷凝用水量減少了(1000-700)÷1000×100%=30%。所以這個系統總蒸發(fā)量不變,但冷凝用水量比普通雙效大幅度減少。4技術的比較溫兄熱泵雙效濃縮器與普通雙效濃縮器的性能指標比較如表1所示;溫兄熱泵三效濃縮器與普通三效濃縮器性能指標比較如表2所示。5技術效果分析我國目前有中藥廠家約1500家,大量的雙效濃縮裝置在中藥廠使用。這些設備仍可繼續(xù)使用發(fā)揮其效益,同時用熱泵技術對這些在用設備進行技術改造是一條經濟可行的方法。經過我們對一套蒸發(fā)量為2000kg/h裝置的熱量測算后,對普通雙效與改造后熱泵三效濃縮器的性能進行比較,如表3所示。從表3中可看出,如將在用的普通雙效濃縮器改為帶熱泵的三效濃縮器后,可達到以下的效果:(1)耗汽量大為減少,兩者相比節(jié)能45%;(2)第一效加熱溫度和蒸發(fā)溫度大為降低;(3)蒸發(fā)量略微增加,增加大約5%左右,可滿足生產對蒸發(fā)量的要求;(4)冷凝面積大為減少,冷水耗量減少30%。原來普通雙效冷凝器的面積,已大大超過改成熱泵三效所需要的冷凝面積;(5)加熱面積方面,原來雙效濃縮器的第一效、第二效面積和改造為熱泵三效后的第二效、第三效面積相同?？梢钥吹?只要再增加一個加熱面積為39m2的單效、熱泵、等壓排水串級自蒸發(fā)裝置,在原來的末效上加裝收膏裝置后,一臺熱泵三效濃縮器即改造完成。此設備具有顯著的節(jié)能效果,具有低溫加熱、低溫蒸發(fā)的特點,具有末效收膏比重達1.4的功能,具蒸發(fā)量不變,滿足生產需要的能力。特別是本技術可應用于普通多效濃縮器,將其進行技術改造,具有投資少、見效快的顯著特點。6效五效泵濃縮器從2003年至2008年,溫兄閥業(yè)有限公司已生產60多套熱泵濃