热泵蒸发

要实现热泵蒸发系统的完好正常运行必须消耗外功，此外功即为热能回收再利用的推动力。任何气体被压缩时其温度就会随压力的升高而升高。热泵蒸发就是把蒸发器内沸腾溶液所产生的二次蒸汽，经压缩机的压缩提高压力、温度，再送回蒸发器加热室管束的壳程间，同时放出蒸汽的汽化潜热，并传递给加热室管束管程内的溶液，使其继续沸腾蒸发。由于二次蒸汽的潜热得到反复的利用，热泵蒸发仅需从外界(压缩机)供给较少的能量，就可提供使热量传递给蒸发溶液所需要的推动力，保持蒸发器内溶液连续不断的沸腾蒸发。实质上热泵蒸发过程是个热传递过程，要进行传热就必须要有传递的推动力。在热泵蒸发过程中利用压缩功的热当量使溶液不断地蒸发，不需要从别处供给加热蒸汽，无论采用何种类型的压缩机，在相同的吸人压力和排出压力的情况下其对蒸汽所做的压缩功都是相同的。在热泵蒸发操作中要以最小的输入功达到最大的蒸发效率，而最小输入功则以最高的传热速率来达到。当传热系数和温差经过试算初定后，问题就变成了在最小输入功的条件下，满足总传热量所需要而凑合传热面积的问题了。例如，在海水蒸馏中必须使传热系数最大，温差最小以便使压缩功率最小。然而，在化工生产中，有许多其他因素也是和设备的热衡算有关的，这些因素在设计时都要考虑进去。

热泵蒸发与其他化工单元的操作一样，系统的启动、运行和停车，都必须严格按操作程序进行。否则，将会损坏设备或者会发生危及人身安全事故。热泵蒸发系统的操作程序如下。

(1)启动供料泵：使料液通过第一预热器及第二预热器送人蒸发器的加热室，待液位达到分离室窥视玻璃镜能看到的规定液位时停止供料。此时，打开供料泵的回流循环阀门同时关闭供料阀门，使料液在供料泵和原液槽之间进行循环，等待蒸发器液位降低需要补充料液时再缓慢打开供料阀门，同时关小回流阀门使供料量调整到合适的量以保持蒸发液位恒定。

(2)开启启动热源：当蒸发器内液位已到达规定液位后，即可开启启动热源使蒸发器内的料液受热沸腾蒸发产生二次蒸汽。如果启动热源为系统自身带的电热水箱(锅炉)，应事先将去离子水注入电热水箱到规定的量，通电满功率加热(正常运行后90%功率便可停掉)，产生的二次蒸汽通人蒸发器的加热室。若为系统外的蒸汽或其他废热用作启动热源则可直接连接管线，将蒸汽引入蒸发器的加热室并用阀门进行调节。启动热源蒸汽通人加热室去加热列管内的料液，使其沸腾蒸发产生二次蒸汽。

(3)启动压缩机：启动热源使料液产生的二次蒸汽被压缩机吸入，经压缩提高压力温度后送往加热室。若压缩机是带变频可调式的，则由慢到快直到设计最大转速。再次打开供料阀门给蒸发器供料。通过流量计进行调节，使蒸发器的蒸发液位保持恒定。回收二次蒸汽的热量再加上压缩机运转消耗的电能所转变的热量，总起来的热量便可满足系统加热的需要热量，但由于系统热辐射的散热损失，可能造成系统的热量不平衡。

(4)调节电热水箱(锅炉)中的电功率：由于系统的散热损失，造成系统热量的不平衡，所以系统正常运行后，电热水箱中的电热功率90%停掉，只保留10%～20%作为系统散热的补充，以维持系统的热平衡，使系统始终处在正常运行条件下。若为热网蒸汽或其他废热气，将控制阀门调小到进汽量以满足补充系统的热损失即可。

(5)启动热水泵和浓缩液泵：电热水箱不只是起到启动热源和补充系统散热损失的作用，还起到收集二次蒸汽冷凝水进行周转的作用。二次蒸汽由压缩机送入蒸发器的加热室并将热量传给列管内的料液而自身则冷凝为冷凝水，靠自重流入电热水箱中，启动热水泵将热水箱中的热水送入第一预热器，去预热进入系统的冷料液并保持电热水箱中的水位始终恒定。若浓缩液为直排式的，只启动热水泵即可。

(6)打开不凝性气体排放阀门：系统中的不凝性气体，随二次蒸汽经压缩机进入到加热室的管壳之间，积累过多会影响传热，使蒸发效率大大降低。所以，必须定时排放。但是，在排放不凝性气体时，又不能把不凝性气体同蒸汽截然分开。因此，设置了第二预热器，这样便可将不凝性气体和蒸汽混合体通入第二预热器，使料液得到进一步的预热，蒸汽便冷凝下来而不凝性气体则得到排放。

(7)停车：停车时，首先关闭补充热源的电热元件，关闭供料泵停止供料。蒸发器内二次蒸汽的压力逐渐下降同时使压缩机慢慢减速直到停止运转。最后关闭热水泵，但必须保留足够水量在电热水箱中以备再启动时用。热泵蒸发系统的操作。可采用自动或手动。也可用作处理机进行程序控制。

热泵蒸发器工作原理是二次蒸汽与生蒸汽的焓差并不大，只是二次蒸汽的压力和温度比较低，采用某种办法提高二次蒸汽的压力，则二次蒸汽中的热能可得到反复应用，而此过程需要的外加能量远小于由此可收回的可利用能量，从而达到节能的目的。在乳品厂，采用带一个热泵的双效蒸发系统，蒸发1kg水，仅需生蒸汽0.44kg，与三效蒸发的效果接近。

食品厂中经常使用的一种蒸汽压缩方式，采用热能压缩器，利用较高压力的工作蒸汽，将蒸发出来二次蒸汽压缩，提高其压力。进而作为蒸发器加热蒸汽。工作蒸汽通过喷嘴绝热膨胀，以极高的速度进入吸气室，由于流动速度增加．在吸人室造成低压，二次蒸汽被吸人而与工作蒸汽混合，相互混合的蒸汽进行速度的等化及升压。在扩压器的喉部，混合蒸汽的速度降低而压力升高。结果是消耗一部分工作蒸汽的能量，将二次蒸汽压缩，压力提高到较高水平。整个过程包括静压能与动能转换、吸入、混合及能量交换等系列操作。

蒸发器的设计：蒸发器和压缩机一样也是热泵蒸发系统中的重要设备，一定要根据所浓缩的物料的性质来认真考虑。

(1)热泵蒸发器的类型：工业用热泵蒸发器一般多采用外加热自然循环型，中央循环管式及升膜或降膜式蒸发器。其他型式较少。

(2)蒸发器材质的选择：要根据蒸煮溶液是酸性条件，还是碱性条件来确定。

(3)蒸发器内操作压力：食品和药物的浓缩一般要求蒸发器内沸腾溶液在负压条件下操作，以防浓缩物质在高温下变质，这就要求蒸发器的加工质量要高，以防外部空气向内渗漏。但在废水处理及无机盐类等的浓缩生产时，蒸发器一般最好常压操作。

(4)设备费和运行费的考虑：在同等的节能条件下，如果着眼点是减少运行费，那就要把蒸发器加热面积设计大一些，使传热推动力Δt变小。因而，驱动压缩机的电机耗电会减小，这样运行费便降低。不锈钢材质已属普通材料。应使运行降低，则必须多用一些材料，但从总的经济效益来考虑还是合算的。

《机械蒸汽再压缩式热泵蒸发法》比较系统、全面地介绍了机械蒸汽再压缩蒸发技术的理论知识和工程应用中的实际问题。内容共分九章，包括这项技术的一般概念和基本理论知识，工程设计中应考虑的要点和应掌握的原则；给出了一些实验研究数据并列举了不同领域的工业应用实例，对节能效果进行了比较分析以及讨论了生产运行中的有关问题。为了实际应用中热工计算的方便，在《机械蒸汽再压缩式热泵蒸发法》后的附录中，收集了有关数据表和水蒸气的焓一熵图。这项节能技术的推广应用必将为社会带来节约能源和保护环境的显著效果，为企业和生产单位带来突出的经济效益。

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是最近化工行业发展迅速的新型蒸发技术，其基本原理是用压缩机或者高压蒸汽提高二次蒸汽的压力和温度，然后送回原蒸发器的加热室，作为加热蒸汽使用，或者以二次蒸汽为低温热源，回收部分余热。提高二次蒸汽的压力和温度常用的有两种方法，一种是蒸汽机械再压缩技术MVR(MechanicalVaporRecompression)，另一种则是蒸汽热力再压缩技术TVR(ThermalVapourRecompression)。

TVR蒸发器MVR蒸发器

二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩作用，提高了压力和饱和温度，再把压缩后的蒸汽引入到蒸发器管外加热物料，整个系统的输入功只有压缩机的电功，节能效果显著，此系统在化工的蒸发浓缩中很常用。

TVR蒸发器TVR蒸发器

此蒸发器系统相对于直接排放二次蒸汽的系统来说有所改进，它利用喷射式热泵来回收部分二次蒸汽，由于喷射式热泵1kg高压蒸汽只能引射0.3kg的二次蒸汽，因此虽然此系统结构简单紧凑，但是能效比较低。

热泵蒸发常用的形式大体上有上文所述的喷射式热泵蒸发(TVR)和直接压缩二次蒸汽机械压缩式热泵蒸发(MVR)，近年来，由于工程材质、结构及制造技术的显著进步以及能源价格的上涨，机械压缩式热泵已越来越为人们所重视。热泵广泛用于各种稀溶液的蒸发浓缩，在实际的工业生产中，使用热泵蒸发技术已经被证明有很好的经济性。

热泵装置只需消耗少量的高质能量就能得到比较多的热能，减少了能源的浪费。在大多数应用中，热泵蒸发的能量消耗比单效或多效蒸发的低得多，并且热泵技术的采用可以取代大量的锅炉房，节省燃料、减少大气的污染、余热得到利用的同时也减少了热污染，因而使城市的环境卫生必然得到改善，也有利于生态平衡。热泵蒸发是一种低能耗的十分可靠的蒸发方法，由于节能和稳定已经在化工过程中取得了广泛的应用 。2100433B

庞合鼎，1962年毕业于陕西工业大学化工系，同年到现中国原子能科学研究院从事放射化学、化工工作。研究员级高级工程师，主持的科研项目获1985年国家科技进步三等奖；参与的科研项目获1983年国防科技工作重要成果三等奖，论著一本，译书一本，发表论文多篇。2100433B