一种用于纸机烘干的新型热泵 - 文章

一种用于纸机烘干的新型热泵

作者：沈阳飞鸿达节能设备技术开发有限公司

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概述：

造纸工业是高耗能行业，我国吨纸综合能耗1.55—1.7t标煤，用水100吨，蒸汽能耗占造纸成本的15%，远远高于世界先进水平。其中纸的烘干是造纸工艺中的主要耗能工序，造纸烘干工序的能源利用率很低，而且还影响纸机的产量和纸的质量。

为了提高能源利用率，造纸烘干部分的合理用能受到了热能工作者的重视，在引进国外先进纸机的基础上逐渐推广了蒸汽喷射式热泵在纸机烘干部的应用，利用锅炉新汽和烘缸用汽之间的压差作动力，引射烘缸回水的闪蒸汽，升压后再利用。蒸汽喷射式热泵的利用使烘缸凝结水回水背压降低，回水通畅，减少了烘缸积水，提高了烘缸转速，提高了产量。另一方面回收了凝结水闪蒸汽，减少了锅炉的新汽用量，因而热泵式凝结水回收装置在造纸烘干部得到了广泛利用。

热泵式凝结水回收装置的应用效果和很多因素有关，这些因素有新蒸汽和进烘缸蒸汽之间的压差ΔP1，烘缸压力和闪蒸罐之间的压差ΔP2，以及烘缸分组控制方式等。这些因素也都影响热泵的内部尺寸，因此造纸烘干部凝结水闪蒸汽回收装置运行的好坏和热泵的性能有重要的关系。目前市场常用的蒸汽喷射式热泵是量调节式单喷咀热泵，具体结构如下：

它是由喷咀1、混合室2和扩压段3组成，在输出蒸汽流量变化时，是靠装在喷射式热泵前的驱动蒸汽调节阀来调节的，以保持出口压力不变。热泵前的调节阀是以质调节来改变通过喷咀的蒸汽流量的，也就是调节阀的开关改变阀后的蒸汽压力，阀门关小，阀后压力降低，尽管喷咀的通流面积不变，通过喷咀的流量减小。由于调节阀的节流，损失了蒸汽的作功能力，因此驱动蒸汽的引射能力大大下降，实验表明在驱动蒸汽的流量下降20%时，驱动蒸汽的引射能力下降为零[1]。

图1是热泵的各种调节方式特性曲线。纵座标是驱动蒸汽的流量GP，横座标是热泵的出口流量GC，oa 线为直角坐标的中分线。

图1 喷射式热泵调节方式

在0a线上GC=GP，也就是热泵不吸入低压汽。假设热泵要求输出流量为Gc=Gcb，直到a点以后GC＞GP，通过喷咀的流量G p不再增加，低压蒸汽流量GH不断增加。线0ab是热泵没有任何调节手段，流量的改变只靠热泵出口阀门来控制的情况。在出口流量Gc小于喷咀的流量时，不抽低压汽。在实行质调节时，即在驱动蒸汽进口管路上装上调节阀时，热泵的特性曲线变为0cb，即在c点时，通过喷咀的流量少于输出流量，热泵开始吸入低压汽，c点的驱动蒸汽流量GP大概为设计值的70%，如果实行量调节即在喷咀中装入针型调节阀，用来改变喷咀的喉部面积，喉部是超音速喷咀的最小截面，在该截面蒸汽流速为声速，喷咀后压力的变化不影响喉部截面的流速。因此改变喉部面积可保持热泵出口面积不变。喷咀前的蒸汽压力不变，这时热泵的特性曲线为0db，即在d点热泵开始吸入低压汽，该点驱动蒸汽流量GP为设计值的50%左右。因此量调节比质调节提高了热泵的有效运行范围。为了提高热泵的有效运行范围，沈阳飞鸿达节能设备技术开发有限公司研制的专利产品多喷咀量调节热泵，可以在输出流量从30%~100%都可以有效的运行，其特性曲线如图0efghib所示。

该曲线表示三喷咀喷射式热泵流量特性，第一只喷咀从e点就开始吸入低压汽，在f点第二只喷咀开始开启，在h点第三只喷咀开始开启直到b点达到设计输出流量，0b是引射系数u=const的特性线，按0b运行是效率最高的运行方式，可以看到0efghib很接近0b线，喷咀数愈多，运行曲线愈接近0b线，效率越高。在纸机烘干部目前常用的热泵控制方式是质调节。如图2所示。

图2 纸机烘干部热泵控制方式

为了保持热泵输出压力不变，在热泵出口装有压力变送器，控制旁通调节阀1的开度，同时通过热泵出口压力和闪蒸汽压力之差（差压变送器），控制调节阀2的开度，上述控制方式有部分蒸汽通过旁通调节阀进入烘缸，产生了节流损失，降低了热能利用率。利用质调节使单喷咀热泵的调节范围小，在新汽压力下降及车速变化，烘缸用汽量变化时，也很难保持热泵出口蒸汽和闪蒸汽的压差不变。而量调节多喷咀热泵有效工作范围大，因而可不用加旁通调节阀，节约了投资。量调节双喷咀热泵示意图如图3所示。工作时1#先开，满足不了要求时依序开起2#阀。根据工况变化范围，两个喷咀可做成一样，也可做成不一样。

图3 量调节双喷咀热泵示意图

和单喷咀质调节热泵比较，可以多用闪蒸汽，节能效果显著。减少了旁通调节阀，总的投资下降。闪蒸罐内的压力靠孔板疏水阀的背压决定，设计时根据烘缸和闪蒸罐的压差及回水量决定孔板疏水孔直径。

双喷咀量调节喷射式热泵在2500板纸机试用已取得满意效果。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/7/2008)


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