摘要：本文對公司研發(fā)的熱泵雙效、熱泵三效濃縮器從設備組成、熱泵原理、節(jié)能節(jié)水性能進行了詳細的闡述，并將其技術(shù)性能與現(xiàn)有的普通雙效、三效濃縮技術(shù)進行對比分析，由對比結(jié)果可看出，本設備具有低溫加熱、低溫蒸發(fā)、節(jié)能節(jié)水的顯著特點。該技術(shù)可應用于對中藥廠已使用的普通單效、雙效濃縮器的設備改造。

關(guān)鍵詞：熱泵    濃縮器    節(jié)能    改造

1前言

在黨的十七大報告中提出“深入貫徹科學發(fā)展觀，提高自主創(chuàng)新能力，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，加強能源資源節(jié)約”。應大力提高經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量和效益，把節(jié)約能源資源、保護環(huán)境放在更突出的位置，注重提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強經(jīng)濟競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

從中藥廠的蒸汽消耗比重來看，提取液的濃縮工程所消耗的蒸汽占全廠用蒸量的絕大部分，將1000kg提取液濃縮至比重為1.2的浸膏，需蒸發(fā)約980kg的水分。蒸發(fā)980kg的水分，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1100kg,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570kg,耗冷卻量為28T。
3. 熱泵雙效濃縮器：耗蒸汽量為390kg，耗冷卻量為20T。
4. 熱泵三效濃縮器，耗氣量為260kg,好冷卻水量15T。

由上訴比較可以看出，，熱泵雙效、三效濃縮器比單效濃縮器節(jié)能分別為65%。

76%，節(jié)水分別為65%、73%，比普通雙效濃縮器節(jié)能分別為31%、54%，節(jié)水分別為30%、46%。

2熱泵濃縮器系統(tǒng)組成及工作情況

熱泵雙效濃縮器是由蒸汽噴射式熱泵，一效加熱室和蒸發(fā)室，二效加熱室和蒸發(fā)室。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。各加熱室冷凝水等壓排水串級自蒸發(fā)裝置，末效蒸發(fā)室中增加蒸汽夾套加熱和刮板攪拌相結(jié)合的收膏裝置，冷凝器及自動排水裝置等組成。

工作情況：以熱泵雙效濃縮器為例，說明如下：將系統(tǒng)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(diào)至0.5~0.6MPa(表壓)或（0.4~0.5）MPa（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(jù)被加熱提取液的熱力性質(zhì)不同，可在83~92℃間調(diào)節(jié)。一效加熱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(chǎn)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℃，費點為55~60℃。一效加熱室的凝結(jié)水由等壓排水裝置自動排入二效加熱室進行閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽量約占二效加熱蒸汽量的6%，二效加熱蒸汽，冷凝后進入儲水罐。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(xiàn)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，并在二效加熱室通入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zui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(jié)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，在蒸汽夾套加熱和攪拌相結(jié)合的收膏裝置中收膏。

3熱泵工作原理

隨著經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變和節(jié)能降耗政策的不斷深入，多效濃縮器不斷采用各種節(jié)能措施進行改造，其中zui為顯著的節(jié)能方法是在多效濃縮器上應用熱泵技術(shù)。熱泵大致分兩種類型，即機械壓縮式熱泵和蒸汽噴射式熱泵。由于機械壓縮式熱泵相配備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，在實驗中應用較少。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時，節(jié)能在30%以上。當蒸汽壓力為0.4~0.5MPa時，節(jié)能在25%左右。

工作原理：壓力為0.5~0.6MPa或0.4~0.5的蒸汽通過拉瓦爾噴嘴⑶時，為絕熱膨脹，絕熱膨脹即為等熵過程，由此產(chǎn)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(chǎn)生超音速氣流使噴嘴出口處產(chǎn)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)能力減少，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。從蒸汽噴射式熱泵結(jié)構(gòu)圖可看出，本設備結(jié)構(gòu)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(nèi)，系統(tǒng)即可正常工作。因此，蒸汽噴射式熱泵操作簡單。但是，由于通過噴嘴的蒸汽流，在進入噴咀時的流速為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(chǎn)生低頻波,中頻波和高頻波，產(chǎn)生很大的噪音。國內(nèi)廠家制造的用于乳品工業(yè)熱泵噪聲為90Db(A)以上，國外進口的丹曼尼羅公司用于乳品的四效濃縮器熱泵噪聲為85dB(A)的要求。我公司生產(chǎn)的蒸汽噴射式熱泵采用了特殊的結(jié)構(gòu)，熱泵噪聲經(jīng)實測為≤78Db(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水平。

4節(jié)能節(jié)水情況

1）熱泵的使用：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2000kg/h雙效濃縮為例：普通雙效濃縮器需蒸汽量為1140kg/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780kg/h，節(jié)能為（140-780）÷1140×%=31%。以每天運行10小時計算，可節(jié)省蒸汽為3.6噸。按全年運行300天，可節(jié)省蒸汽為1080噸。

2）一效加熱室凝結(jié)水顯熱的利用：一效加熱室溫度為90℃的凝結(jié)水為飽和水，由于采用了等壓排水串級自蒸發(fā)技術(shù)，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(chǎn)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）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(jù)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×%=30%。所以這個系統(tǒng)總蒸發(fā)量不變，但冷凝用水量比普通雙效大幅度減少。

5對中藥廠現(xiàn)有雙效濃縮器的技術(shù)改造

當前，在國內(nèi)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(shù)對這些在役設備進行技術(shù)改造是一條經(jīng)濟可行的方法。經(jīng)過對一套蒸發(fā)量為2000kg/h裝置的熱量衡量后，得到如下結(jié)果如表3所示。

表3      普通雙效與改造后熱泵三效濃縮器的性能比較表

• 耗氣量大為減少，兩者相比節(jié)能45%；
• *效加熱溫度和蒸發(fā)溫度大為降低；
• 蒸發(fā)量略微增加，增加大約5%左右，可滿足生產(chǎn)對蒸發(fā)量的要求；
• 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，已大于超過改成熱泵三效所需要的冷凝面積；
• 加熱面積：原來雙效濃縮器的*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；

從以上的比較可以看出，只要再增加一個加熱面積為39㎡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，蒸發(fā)量不變，滿足生產(chǎn)需要。