熱泵供熱及烘缸干燥強度的研究|資料

目前，紙機干燥部通汽系統(tǒng)主要分為三段通汽、熱泵供熱兩種基本類型。其中三段通汽屬于被動式蒸汽串聯(lián)供熱系統(tǒng)，是將新蒸汽用調(diào)節(jié)閥減壓到高溫段烘缸要求的供汽壓力，對中溫段、低溫段烘缸同樣采用調(diào)節(jié)閥進行蒸汽減壓補汽，浪費了蒸汽能量品位和數(shù)量；熱泵供熱屬于主動式蒸汽并聯(lián)供熱系統(tǒng)，在紙機干燥部各段烘缸設(shè)置熱泵，按紙機烘缸溫升曲線設(shè)定熱泵供汽壓力。將新蒸汽和紙機烘缸用汽品位產(chǎn)生的有效能差值轉(zhuǎn)變?yōu)闊岜玫墓ぷ鲃恿Γ?dāng)紙機運行工況變化時，熱泵進ISl新蒸汽調(diào)節(jié)閥開度會減小，從而造成蒸汽有效能損失，降低熱泵工作效率。

　　本課題將可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)用于紙機干燥部，從而增大了紙機干燥部熱泵供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍，保證烘缸供汽壓力和烘缸排水壓差，回收了二次蒸汽，降低了冷凝水排放溫度，提高了烘缸表面溫度和紙幅表面水蒸氣分壓力，在紙幅干燥過程中起到了強化傳熱、傳質(zhì)的作用。

　　1 蒸汽噴射式熱泵

　　1.1 熱泵工作原理

　　紙機干燥部熱泵采用蒸汽噴射式熱泵(或稱蒸汽壓縮機)。蒸汽噴射式熱泵利用熱電站或鍋爐供給蒸汽壓力和烘缸用汽壓力差的能量轉(zhuǎn)換為熱泵的動力。工作流體通過噴嘴l在接受室2中將低品位流體吸入，工作流體和被引射的低壓流體在混合室3內(nèi)進行混合和能量交換后，逐步充滿整個截面，建立起均勻的速度場，在擴壓器4中壓縮后的混合流體流速降低，混合流體壓力增加至熱用戶要求的供汽壓力。

　　1.2 熱泵分類

　　蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)必須按熱用戶用汽參數(shù)的要求對運行工況進行調(diào)節(jié)。蒸汽噴射式熱泵按調(diào)節(jié)控制方式，可分為質(zhì)量調(diào)節(jié)和流量調(diào)節(jié)兩種類型。

　　(1)蒸汽質(zhì)量調(diào)節(jié)熱泵(也稱不可調(diào)節(jié)熱泵)。不可調(diào)節(jié)式熱泵的工作蒸汽干管上設(shè)置了調(diào)節(jié)閥，熱泵本身不配有調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)紙機運行工況即供汽壓力和流量發(fā)生變化時，需調(diào)節(jié)熱泵進口工作蒸汽干管上的調(diào)節(jié)閥。在調(diào)節(jié)過程中，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度變化會改變進入熱泵的工作蒸汽壓力，從而改變熱泵進口新蒸汽做功的能力。特別是當(dāng)紙機用汽負荷減少，蒸汽調(diào)節(jié)閥開度減小，實際供給熱泵進口的新蒸汽壓力降低，致使熱泵進口工作蒸汽和熱泵出口蒸汽壓差減小，熱泵做功能力降低，工作效率下降。

　　(2)蒸汽流量調(diào)節(jié)熱泵(也稱可調(diào)節(jié)熱泵)。可調(diào)節(jié)式熱泵進口工作蒸汽干管上無需設(shè)置調(diào)節(jié)閥，熱泵本身設(shè)置執(zhí)行機構(gòu)、閥門定位器等。可調(diào)節(jié)式熱泵在紙機運行工況調(diào)節(jié)過程中，只需調(diào)節(jié)噴嘴的斷面積，熱泵進口新蒸汽壓力不變，其單位流量新蒸汽做功能力也不變，紙機在各種運行工況條件下，熱泵均可保持高效運行。

　　2 可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)的實際生產(chǎn)運行

　　2.1 紙機技術(shù)參數(shù)

　　下面以赤壁晨嗚紙業(yè)有限公司2640mm紙機(生產(chǎn)雙膠紙)為例進行分析。紙機用蒸汽由該廠熱電站供給，壓力分別為0.85、0.5MPa，采用機械回水方式將其蒸汽冷凝水回流至熱電站。該紙機設(shè)有施膠機，施膠前有31個烘缸，施膠機后有10個烘缸，2個冷缸，開式汽罩，紙機主要技術(shù)參數(shù)：成紙幅寬2640 mm；烘缸直徑1500 mm；網(wǎng)寬3100 mm；產(chǎn)品定量60—80m2；施膠方式為雙面施膠；公稱能力lOOt／d。

　　2.2 熱泵供熱流程

　　熱泵配置 按紙機產(chǎn)品烘缸溫升曲線要求，將施膠機前干燥部烘缸分為低溫段、中溫段及高溫段，將施膠機后干燥部烘缸分為中溫段及高溫段。設(shè)置可調(diào)節(jié)式熱泵101a、lOlb用于施膠前、后高溫段烘缸，設(shè)置可調(diào)節(jié)式熱泵102用于中溫段烘缸，低溫段烘缸用汽壓力較為穩(wěn)定，故采用普通熱泵103。

　　蒸汽系統(tǒng) 用0.85MPa高品位蒸汽作為可調(diào)節(jié)式熱泵的工作蒸汽，以控制烘缸的排水壓差。0.50MPa低品位蒸汽用于控制中溫段及高溫段烘缸壓力和補充用汽量不足，同時，作為熱泵103的工作蒸汽。

　　蒸汽冷凝水系統(tǒng) 各段烘缸汽水分離罐間采用無泵余壓自流回水，末端冷凝水罐不設(shè)置透汽管的閉式蒸汽冷凝水系統(tǒng)。

　　不凝性生氣體排出 本臺紙機熱泵供熱系統(tǒng)設(shè)置了完善的不凝性氣體排出系統(tǒng)，以提高烘缸的傳熱系數(shù)。

　　2.3 可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)的運行

　　該紙機于燥部采用可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用了聯(lián)鎖優(yōu)化控制，滿足了定量變化大的要求，操作方便，運行穩(wěn)定，產(chǎn)品產(chǎn)量及質(zhì)量明顯提高，其特點如下：

　　（1）可調(diào)節(jié)式熱泵適應(yīng)紙機產(chǎn)品定量的變化 對實驗數(shù)據(jù)進行分析可發(fā)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)適應(yīng)紙機運行工況變化。當(dāng)紙機產(chǎn)品定量增加、產(chǎn)量增大時，各段烘缸的進汽壓力、進汽量及烘缸排水壓差均得到可靠保證。烘缸排出的噴吹蒸汽及二次蒸汽全部回收利用，冷凝水罐表壓為零。

　　（2）紙機車速和產(chǎn)量明顯提高 在本項技術(shù)改造前，該紙機干燥部采用不可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)，改造前后生產(chǎn)相同定量產(chǎn)品紙機車速及產(chǎn)量變化對比表明，該紙機采用可調(diào)節(jié)式熱泵供熱系統(tǒng)后，生產(chǎn)70 m2產(chǎn)品時產(chǎn)量提高了1.12倍，生產(chǎn)100 g／m2產(chǎn)品時產(chǎn)量提高了1.24倍。

　　（3）降低了烘缸用汽壓力，增大了烘缸排水壓差 數(shù)據(jù)表明，用可調(diào)節(jié)式熱泵替代不可調(diào)節(jié)式熱泵，紙機達到相同車速和產(chǎn)量時，烘缸進汽壓力和汽水分離罐壓力降低，烘缸排水壓差將會加大。

　　（4）充分利用了蒸汽有效能 計算得出飽和蒸汽壓力為0．85、0．30MPa時，其有效能分別為842．39、718．10 kJ／kg，采用三段通汽實際上是將高品位蒸汽能量無效貶值使用，如將壓力0.85MPa蒸汽節(jié)流減壓到0.30MPa，則其有效能損失為124.49 kJ／kg，占新蒸汽有效能的14.8％。采用可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)同傳統(tǒng)的三段通汽系統(tǒng)相比，蒸汽能量品位和數(shù)量都得到了合理使用。

　　3 烘缸單位有效面積平均干燥強度

　　烘缸單位有效面積干燥強度是指紙機具有最大生產(chǎn)能力時所配置的烘缸的參數(shù)，正確取用這個數(shù)據(jù)對于現(xiàn)有紙機改造時確定烘缸數(shù)量，以及紙機設(shè)備的經(jīng)濟合理配置都非常重要，國內(nèi)外有關(guān)文獻及實驗數(shù)據(jù)尚不多，目前，國內(nèi)雙膠紙紙機烘缸單位有效面積平均干燥強度通常為20 ks／(m2•h)左右，偏于保守。

　　烘缸有效面積平均干燥強度按下式計算：

　　m =Q-G／F

　　式中：m為干燥強度，ks／(m2•h)；G為抄造量，kg／h；Q為脫水量，kg水／kg紙；F為烘缸有效面積，m2。

　　該紙機干燥部采用可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)生產(chǎn)70、90、100、120 g／m2產(chǎn)品，按紙機運行車速及抄造量，計算得出的烘缸有效面積平均干燥強度。該紙機采用開式氣罩和簡易袋通風(fēng)，由實驗數(shù)據(jù)可知，烘缸干燥強度達到40 ks／(m2•h)以上，數(shù)據(jù)對比說明，采用可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)為提高紙機車速、增加產(chǎn)量和經(jīng)濟合理配備烘缸創(chuàng)造了先決條件。

　　4 結(jié)語

　　傳統(tǒng)的三段通汽供熱方式會造成蒸汽有效能的浪費；采用不可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)，當(dāng)紙機運行車速、產(chǎn)品發(fā)生變化時，只能采用調(diào)節(jié)新蒸汽壓力的方法來滿足紙幅干燥的工藝要求，由于工作蒸汽調(diào)節(jié)閥開度減小，迫使進入熱泵工作蒸汽壓力的降低，造成熱泵做功能力降低；可調(diào)式熱泵供熱系統(tǒng)用于生產(chǎn)各類產(chǎn)品紙機的干燥部，可以充分利用新蒸汽的有效能，充分發(fā)揮高品位蒸汽做功能力，提高烘缸傳熱、傳質(zhì)作用，克服了傳統(tǒng)三段通汽方式和常規(guī)不可調(diào)式熱泵熱力系統(tǒng)的缺點和不足，能夠充分利用蒸汽熱能的品位和數(shù)量，明顯提高紙機車速，增加產(chǎn)量，提高質(zhì)量和降低汽耗。