多效蒸发与热泵蒸发的分析与比较

。
泵 蒸 发 系 统 是 否 有 利 的关 键 因 素
,
我 国 目前
,
。
能 效 果 和 经 济效 益 也 影 响 甚 大 蒸 汽 的经 济压 力 范 围为
。
喷射 泵工作
川
。
电煤 比 价 偏 高 所 以 机 械 压 缩 式 热 泵 蒸 发 只 适 用 于 那 些 沸 点 升高 不 大 的 溶 液 的 浓 缩 〔 〕
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第
卷
第
期
化
工
机
械
高 压 蒸汽
热泵蒸发两种方 式 机械 压缩 式和 蒸 汽 动 力 压缩 式
。
机械压缩式 机械压缩式热泵蒸发流 程如 图
,
、
喷 射泵
所示
,
。
从蒸发 器 出来 的二 次 蒸 汽进 入 压 缩 机 在 压 缩 机 中绝 热 压 缩 温 度 压 力 升 高 然 后 又 送
。
定 义 一 次 能 源 利 用 系数 为
。
一
石
、
,
式中
刀
。
一一 蒸 发 过 程 实 际 消 耗 的 能 量
—年 消 耗 能 源 的 单 位 价 格 —
以常 压浓 缩 蔗 糖 溶 液 为 例
,
—设 备 折 投 率 费 设备 总 资
年运 行 小 时数
旧
,
元
,
元
’
—效 率
一次能源转换为所用能源的
。
—
。
。
,
在 单 效 蒸 发 中 可 将 二 次 蒸 汽 绝 热 压缩
,
,
效 蒸发 系统 为对象进行分 析 其 计 算原 则 也
,
然 后 将 其送 入 蒸 发 器 的 加 热 室
, ,
。
二次蒸 汽经
。
适 用 于 逆 流 平 流 多效 蒸发 系 统 图 加 料 三 效 蒸发 流 程
、 。
、
。
为并 流
、
压 缩 后 温 度 升 高 与 器 内沸 腾液 体 形 成 足 够
〕
,
。
…
冷凝 水 完 成液
蒸 汽 动力 压 缩 式 热 泵 蒸发 系 统 只 能利 用 一 部分 二 次 蒸 汽 其 余 的二 次 蒸 汽送 往冷 凝 器 冷 凝 因此 在 能 量 利 用性上 不 及 机 械 压缩
,
式热 泵 蒸发 系统 但 其本 身 结 构 简单 费用低
,
。
图
机 械压 缩 式 热泵 蒸发 流 程
廉 消耗 蒸 汽 而 不 耗 电 可 以 在 投 资较 少 的前
, ,
提下取得较大的节能效果和 经 济效 益 因而
,
机 械 压 缩 式 热 泵 蒸 发 系统 的计 算 过 程 和 框 图见文 献 和 兀 〕
。
很 受一 些 企 业 的欢 迎
。
同机 械 压 缩 式 热 泵 蒸 发 系 统 一 样 蒸 汽
,
度 差 损 失设 为常 数
,
。
远较 单效 时 为小 因此 提 高 了生蒸 汽 的利 用
,
采 用 传统 的等面 积设 计 法 即令 各 效 的
,
率
。
传热 面 积 相 等 计 算框 图见 文献
多 效 蒸 发 中物 料 与 二 次 蒸 汽 的 流 向 可 有 热 泵蒸发 系统
、 、
。
并流 逆流 平流等多种组 合 本文 以并流 多
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化
工
机
械
。
,
年
则 多效 蒸发与热 泵
耗 的蒸汽热 量
节 能率如 图
, ,
,
。Βιβλιοθήκη Baidu
换 为 电能 的 效 率 为
表示
多效 蒸发 与热 泵 蒸 发相对 于单 效 蒸发 的 所示 图中点 一
蒸 发 的 一 次 能 源 利 用 系数 如 图
,
所示
,
。
由图
一
可见 多效 蒸发 时 的 一 次 能 源 利 用 系 数 与 蒸 汽 经 济性 的关 系 为 一 过 率为
,
、
。
关键词
、
多效 蒸发
、
热泵 蒸发
,
节能 效 果
经济性
在化工 食 品 医药等工 业 中 液 体 的浓 缩 脱 水 等 工 艺 都是 利 用 蒸 发 来 实 现 的 蒸 发
、 。
不 凝性 气体
操 作 是 大 量 耗 热 的 过 程 高 温 位 的 蒸 汽 向低
,
冷却水
料液
温 位 转 化 因此 较 低 温 位 的二 次 蒸 汽 的 利 用
经 优 化设 计
的机械 压缩 式热 泵蒸发 系统 其年 度 总成 本
介于三效到 四 效之 间
。
—换 热 面 积 —取 决 于 的 增 资 系 数 — 压缩 机 的估 价 方 程 为困
下
结论 对 于 多效 蒸 发 随着 效 数 的增 加
,
。
节 能 率 逐 渐 增 大 在 八 效 之 内成 本 也 逐 渐 下
缩 式 热 泵 蒸 发 的一 次能源 利 用 系数 范 围 仍介
于 二 效 与三 效 之 间 且 恰 好 落 在 多 效 蒸 发 的
,
效 数 的增 多而增大 但增大 的幅度却越来越 小 从 五 效 以 后 曲线 已 快 接 近 水 平 此 时 再
,
增 加效 数 节 能效 果就 不太 明 显 了 蒸 汽动 力
化
工
机
械
年
多 效 蒸发 与 热 泵 蒸 发 的 分 析 与 比较
冯
霄
运新华
西 安 交通 大学
郁永 章
多效 蒸发 与 热 泵 蒸 发 是 提 高蒸 发 操 作 能 量 利 用 经 济 性 的 两 条 最 主 要 的 途
径
。
本 文 从 节 能 效 果 和 经 济 效 益 两 个 方 面 分 析 比 较 了这 两 种 方 法
、 。
完 成液
面 分 析 比较 了 多 效 蒸 发 与热 泵 蒸 发
图
并流 加 料 三 效 蒸 发 操 作 流 程
,
多 效 蒸发 系 统
题 不 致 过 于 复 杂 在 计 算 中作 如 下 简 化 假 定
,
将 多 个 蒸 发 器 串联 起 来 前 一 个 蒸 发 器
的二 次 蒸汽 作 为下 一个 蒸 发 器 的 加 热 蒸 汽
,
。
效 阴影线部 分
表示 蒸汽动力 压缩式热泵
表示机械压缩式 热 泵蒸
,
,
。点 的直
,
线 直 线斜
蒸发 阴影线部分
发
。
随 着 效 数 的提 高 一 次 能 源 利 用 系
。
从 图 中 可见 对 于 多 效 蒸 发 节 能 率 随 着
, , ,
数提 高 但 提 高 的 幅 度 越 来 越 小 蒸 汽 动 力 压
降 但 五 效 以 后 节 能效 果 与 经 济效 益 就 不再
明显
。
。
,
一
因 此 工 业 用 多 效 蒸发 一 般 不 必 多 于
,
,
式中 取
—
。
压缩机功率
〔
,
,
。
五效
, ,
。
蒸汽 动 力 压缩 式热 泵蒸 发 无 论 从 节 能 效 果 还 是 从经 济 效益 均 介 于 二 效 与三
,
,
煤价 元
, ,
—消耗 的 生 蒸 汽 量 —蒸 发 压 力 下 水 的 汽 化 潜 热 —
,
蒸发 的水量
,
,
压缩并混合后 一起进入加热 室 作 加热 蒸 汽
用 如图
,
所示
。
—热 缩 蒸 发 所 消耗 的 能 热 所 括 压 机耗功和 料 液 预 消
泵
量 包
,
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第
卷
第
期
化
工
机
械
。
可按下 式计算川
△
成 本 范 围仍 介 于 二 效 与三 效 之 间
。
而 机械压
,
缩 式热 泵 蒸发 系统 视 传热 温 差 的不 同 年 度 总 成 本 范 围在 一 效 与 五 效 之 间
,
。
式中
蒸 发 器 的估 价方 程 取 为 图
式中 市场钢材价格
,
—
溶 液 中含糖 的质 量分 率
,
。
各效均无额外蒸汽 引 出
不计热损 失
,
下 一个 蒸发器 的加 热 室 便是 前 一个 蒸发 器 的
各 效 由沸 点 升 高 造 成 的 温 度 差 损 失 仅 与溶 液 浓 度 有 关 静 压 强 及 蒸 汽 流 动 的 温
,
冷 凝 器 这 便 是 多 效 蒸 发 的 原 理 蒸 发 同样 数
量 的水分 采 用 多效 时所需 要 的生蒸 汽 量 将
冯 霄 郁 永 章 蒸 汽 喷 射 式 热 泵 蒸 发 系 统 的 分 析 与优 化
,
… …
完成液
入 蒸发器 作 加 热 蒸 汽 用 在 加 热 室 中冷 凝 后
,
排 出 这种 蒸发 器 只 在 启 动 阶段 需 要 生 蒸 汽
故 在 缺 水 地 区 船 舶 上 尤 为适 用
、 。
。
,
图
压缩机
蒸汽 动 力 式 热 泵 蒸 发 流 程
蒸 汽 动力 压 缩 式 热 泵 蒸发 系统 的计 算过 程见文献
的 投 资 亦 愈 小 但 压 缩 机 的耗 功 量 与 投 资 增
加 所 以存 在着最佳 传热 温 差 闭
,
。
对 于 机 械 压缩 式热 泵 蒸发 则 为
,
。
’ 蒸汽 动力压缩 式
在蒸 汽 动力 压缩 方 式 中 使 用 蒸 汽 喷射
,
式中
。
泵 以 少量 高 压 蒸 汽 为 动 力 将 部分二 次 蒸 汽
料液流址
,
料液 中含糖 质量
。
质量
完成
△
取单效 蒸发时 的
为
,
一次 能源转
液 中 含糖
溶 液 的沸 点 升高
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的传热 温差 故可重 新作加热蒸汽用
,
。
这样
,
多效 计算 的基本方 程 为物 料 衡算 式 热 量衡算式 传热速率式及 物性 函 数式 为使 问
冯霄 女
,
只须 补 充一定 量 的压缩 功 便 可利用 二 次 蒸
汽 的大 量潜热
。
。
,
年
月 生 副 教授
。
陕西省西安市
,
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,
由于 机 械 压 缩 式 热 泵 蒸 发 是 用 补 充 一 定 的 压缩 功 耗 电 代 替 了 消耗 大 量 的 加 热 蒸 汽 耗煤
,
动 力 压 缩 式 热 泵 蒸 发 系统 也 存 在 最 佳 传 热温 差 此 外 喷 射 泵 工 作 蒸 汽 的 压 力 对 系 统 的节
,
。
因 而 电煤 比 价 是 决 定 机 械 压 缩 式 热
,
在 很 大 程 度 上 决 定 了蒸发操 作 的经 济性
,
。
加热 蒸汽
多效 蒸 发和 热 泵 蒸发是 提 高 蒸 发 操 作 能 量 利 用 经 济性 的两 条 最 主 要 的途 径 它 们 均 利 用 了二 次 蒸 汽 的大 量 潜 热 有 着 明显 的 节
,
能效果
,
。
本文 从节 能 效 果 和 经 济效 益 两个 方
,
,
多 效 蒸 发 与 热 泵蒸发 的经 济 效 益 比较 经 济 效 益 以 年 度 总 成 本 为衡 量 指 标 度 总成本定 义 为 式中
。
,
而 机械 压缩式热
年
泵 蒸 发 消 耗 的 是 电能 当 比较 使 用 不 同 能 源 为 动力 的 系统 时 采用 一 次能源 利 用 系数 更 为 合理
,
。
直线 上
。
机械 压缩式热 泵蒸发的一次能源 利
,
,
压缩 式 热 泵 蒸 发 系统 的节能率视 喷射泵工 作
用 系数 随 传热 温 差 的不 同变 化 很 大 但 经 优 化设 计 的机 械 压缩 式 热 泵 蒸 发 其 一 次 能 源 利 用 率 仍高 于 八 效 蒸 发
。
蒸 汽 压 力 不 同 传热 温差 不 同而 不 同 其 正 常 范 围均 介 于 二 效 和 三 效 之 间
,
,
、
。
机械 压缩 式热
。
泵 蒸 发 系统 的节 能率 视 传热 温差 不 同而 不 同 但均极 高 超过 十几 效 的 多效 蒸 发
么 娜 『 征 四 并
了 卜
护
。
了
上
—
图
,
只
多效 蒸 发 与 热 泵 蒸 发 的
一 次 能 源 利 用 系数
图
,
多 效 蒸 发 与 热 泵 蒸 发 的 节能 率
但 是 多效 蒸发 和 蒸 汽 动 力 压 缩 式 热 泵 蒸 发 消耗 的是 蒸汽 燃 料
一
・ 。
元 八 标 准 煤 电价
,
一
计算所得 多效 蒸发与热 泵蒸
所示
。
效之间
。
发 的年 度 总 成 本 曲 线 如 图
机械 压缩 式热 泵 蒸发 的节 能 效果 非常显 著 一次能源利 用 系数 高 于八 效 但经
,
,
济 效 益 只介 于 三 效 与 四 效 之 间
月 胶 闷
。
参考文献
陈敏恒等 化工 原 理 北 京 化学 工 业 出 版 社
一
多 效 蒸 发 与 热 泵 蒸 发 的节 能 效 果 比较
定 义 蒸 汽 的经 济性 为单 位 生 蒸 汽 所 蒸发 出的水量 即
,
再者 蒸发 器 的传 热 温 差 直 接 影 响 着 蒸
,
发 器 的传热 面积和 压缩 机 的耗 功量
, , ,
。
传热温
差愈大 蒸 发器 的传热 面积 愈 小 因而 蒸发 器
,
冯 霄 压 缩 式 热 泵 蒸 发 系统 的 热 经 济 学 分 析 中 国 工 程
国 勺
,
『 自八 ,
热 物 理 学 会 第八 届 年 会 论 文集
冯霄
・
压 缩 式 热 泵 蒸 发 系统 的 热 经 济 学 优 化 设 计 热 力
,
,
学 分 析 与 节能 论 文 集 北 京 科 学 出 版 社
,