中藥水提用低噪音熱泵多效濃縮器

摘要：本文對公司研發(fā)的熱泵雙效、熱泵三效濃縮器從設(shè)備組成、熱泵原理、節(jié)能節(jié)水性能進(jìn)行了詳細(xì)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(jìn)行對比分析，由對比結(jié)果可看出，本設(shè)備具有低溫加熱、低溫蒸發(fā)、節(jié)能節(jié)水的顯著特點(diǎn)。該技術(shù)可應(yīng)用于對中藥廠已使用的普通單效、雙效濃縮器的設(shè)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(bào)告中提出“深入貫徹科學(xué)發(fā)展觀，提高自主創(chuàng)新能力，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，加強(qiáng)能源資源節(jié)約”。應(yīng)大力提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和效益，把節(jié)約能源資源、保護(hù)環(huán)境放在更突出的位置，注重提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(shè)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(jìn)入熱泵，與一效蒸發(fā)室出來的部分二次蒸汽混合后進(jìn)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(jìn)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(jìn)入冷凝冷卻器進(jìn)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(diǎn)為70~75℃，二效加熱室的加熱溫度為70~75℃，費(fèi)點(diǎn)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(jìn)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(jìn)入儲水罐。當(dāng)一效的浸膏比重達(dá)到1.15左右時(shí)，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(shí)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(shí)，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(jìn)行時(shí)，會造成加熱管結(jié)焦，此時(shí)，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(jì)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(jìn)行改造，其中zui為顯著的節(jié)能方法是在多效濃縮器上應(yīng)用熱泵技術(shù)。熱泵大致分兩種類型，即機(jī)械壓縮式熱泵和蒸汽噴射式熱泵。由于機(jī)械壓縮式熱泵相配備的離心式壓縮機(jī)操作、維修復(fù)雜，要求較高，同時(shí)耗電較大，使得運(yùn)行成本升高，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用較少。目前，在多效濃縮器中，應(yīng)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(yīng)提高。針對我國企業(yè)的實(shí)際情況，蒸汽壓力采用0.5~0.6MPa時(shí)，節(jié)能在30%以上。當(dāng)蒸汽壓力為0.4~0.5MPa時(shí)，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(shí)，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(jì)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(jìn)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(shí)，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(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，沒有運(yùn)動部件，不需要維護(hù)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(jìn)入噴咀時(shí)的流速為25~35m/s的亞音速氣流到流出噴嘴時(shí)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(jìn)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(shí)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(dá)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(shí)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(yùn)行10小時(shí)計(jì)算，可節(jié)省蒸汽為3.6噸。按全年運(yùn)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(jìn)入二效加熱室后，其溫度由90℃降為75℃，進(jìn)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(dá)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(jì)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(gè)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(dāng)前，在國內(nèi)大量的雙效濃縮裝置在中藥廠使用。這些設(shè)備仍可繼續(xù)使用發(fā)揮其效益，同時(shí)用熱泵技術(shù)對這些在役設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造是一條經(jīng)濟(jì)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(gè)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(shè)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(diǎn)，具有末效收膏比重達(dá)1.4的功能，蒸發(fā)量不變，滿足生產(chǎn)需要。