热泵在蒸发器中的应用效果及注意事项

（黑龙江省安达市华禹乳品机械制造有限公司）

热泵在蒸发器中，尤其是在单效、双效以及多效降膜式蒸发器中应用最为普遍，其主要作用是：抽吸二次蒸汽并提高其温度、压力，作为加热热源，起到节能作用；降低一次蒸汽的温度以利于低温加热蒸发。热泵使用效果如何，绝大多数用户还没有进行过测算，因为大多数蒸发器还不是自动控制，蒸发器进汽管道大多数还没有安装蒸汽流量计；即使安装了还与流量计本身的质量、蒸汽的质量及参数的控制有关，所以究竟能节能多少，用户还无从得知。因此，有的用户对热泵的节能效果也曾产生过怀疑。热泵在蒸发器中能否达到比较理想的节能效果，与热泵的设计、蒸发器热量衡算、换热面积的确定、制造安装及蒸发参数的控制有关。本文以RNJM01-1000型单效降膜式蒸发器在液态奶生产中的应用为例，对蒸发器有无热泵的加热蒸汽耗量进行了理论计算。

1 蒸发器中有无热泵的加热蒸汽耗量比较

热泵的工作原理是：一定压力的蒸汽通过热泵的喷嘴高速射流，在热泵的混合区形成一定负压，二次蒸汽在负压的作用下被吸入到热泵中并提高其温度压力，同时降低一次蒸汽的温度作为加热热源。蒸发器有无热泵，所需要的加热蒸汽量也不同。

1.1 主要技术参数

蒸发器的主要技术参数如下：①介质为牛奶；②水分蒸发量为1 000 kg/h；③进料质量分数为11.5%；④出料质量分数为13.1%；⑤进料温度为62 ℃；⑥蒸汽压力为0.6MPa。具体如表1所示。

1.2 无热泵单效降膜式蒸发器蒸汽耗量的计算

物料处理量：S=1 000×13.1/（13.1-11.5）=8 187.5 kg/h

热量衡算公式为：D=[Wr-S .C(T-t)]q＇/R

式中：D-蒸汽耗量，kg/h；W-水分蒸发量，kg/h，W=1 000 kg/h；S-进料量，kg/h，S=8 187.5kg/h；C-物料比热，kJ/kg . ℃，C=3.8874 kJ/kg . ℃；T-进料温度，℃，T=62℃；t-料液沸点温度，℃，这里按65 ℃计算；R-加热蒸汽潜热，kJ/kg，R＝2 316.974 kJ/kg；r-二次蒸汽汽化潜热，kJ/kg，r＝2 341.636 kJ/kg；q’-热量损失，这里按总热量的5%计算。

则：D=[1 000×2 341.636﹢8 187.5×3.887（62-65）]×1.05/2 316.974=1 104.4 kg/h

1.3 有热泵蒸发器生蒸汽耗量的计算

计算公式为：D=G0+E

式中：D-蒸发器蒸汽耗量，kg/h，D=1104.4kg/h；G0-生蒸汽量，kg/h；E-热泵抽吸二次蒸汽量，kg/h，E=μG0；μ-喷射系数，μ=0.672。

G0=D/(1+μ)=1 1 0 4.4/（1+0.672）=660.53 kg/h

从理论计算可知，蒸发器有热泵比无热泵其加热蒸汽即生蒸汽耗量要减少443.9 kg/h，而有热泵的蒸发器使用的蒸汽压力比无热泵的要高。蒸汽从热泵喷嘴喷出速度是超音速，蒸汽压力低负压区负压小，抽吸二次蒸汽量也随之减少。

表1 蒸发器状态参数

2 热泵使用效果及设计注意事项

热泵应用效果如何与以下几个方面有关：热泵设计；蒸发系统热量衡算，即蒸发器换热面积的计算确定；制造安装及操作参数控制。热泵的设计及计算是比较成熟的技术，其中热泵喷嘴孔径、热泵的引射系数及热泵喷嘴端面至扩散管端面距离的确定是关键。其次是结构尺寸的确定，其中热泵中引射系数是根据压缩比与膨胀比查表按内插法计算求出，计算数值要准确。热泵结构设计也关系到热泵噪声的大小。

热泵是否能起到节能作用与蒸发系统的热量衡算即换热面积的计算确定有关。目前，国内的蒸发器大多数是超能力设计，即换热面积计算确定偏保守，如果按生产工艺要求设置生产热泵的进汽压力，很可能低于设计值，这样就会降低热泵的工作效率。另外，如果蒸发系统热量衡算不正确，如各效换热面积分配不合理，冷凝器换热面积计算不足，冷却水量不足或水温过高，对热敏性物料来说又有蒸发温度控制要求，热泵的进汽压力低，不能达到设计值，那么其抽吸二次蒸汽量会降低。

热泵在制造过程中最重要的一点是要保证其气密性，制造完毕后作不低于0.2 MPa的水压试验，保持15 min不得泄漏。有不少厂家不作水压试验，结果在使用过程中经常出现泄露，从而影响了热泵的使用效果。其次是安装，热泵的安装一般按二次蒸汽流向（旋转方向）安装或安装在二次蒸汽走向的最高点，安装过程中各连接处也不得泄漏。热泵的使用效果还与操作控制有关，热泵在进汽前要检查蒸汽的质量，是否带水操作，长时间带水操作会降低热泵的工作效率，降低加热温度。因此，开机前要把分汽缸中的水排净方可给汽生产。此外，要满负荷生产。

3 结语

热泵在降膜式蒸发器中作为节能技术应用较普遍，要获得良好的节能效果，除了上述注意事项外，设备的使用维护也是关键，如泄露、喷嘴严重磨损等要及时进行维修或更换。此外，热泵的噪声也是近几年用户关注的话题。噪声的大小也是衡量热泵性能的一项重要指标，在设计上必须给予重视。总之，热泵在蒸发器中的应用效果是好的，但必须做好每一步才能获得良好的使用效果。