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热泵供汽冷凝水回收系统的概述

      随着纸品产量的不断增加，目前国内外市场上的纸品行业竞争愈来愈激烈，而纸品行业的提高自身竞争力的主要途径一是提高产品质量，二是节约能源、降低成本。目前国内大部分纸机还是中小型纸机，供汽系统为传统的单段供汽，效率低、能耗大。要达到节约能源降低成本的目的，投资少、见效快、效果大的途径就是对纸机进行蒸汽和冷凝水系统的回收建设与改造。节能达18%以上 。
热泵供汽系统的组成
●热泵部分
     1、确保烘缸进出口有一定的压力差，冷凝水排出通畅，这是方便调节烘缸表面温度和提高烘缸干燥效率的重要条件，通过蒸汽喷射热泵的喷嘴产生高速蒸汽流，可以对冷凝水夹带蒸汽以及闪蒸的二次蒸汽产生抽吸，并通过其扩压管又把这些低品位的蒸汽压缩到可以循环回用的中品位蒸汽，在此同时又增大了烘缸的进出口压力差，使冷凝水的排出更通畅，其节能效果是表现在低品位蒸汽的循环使用以及冷凝水排出通畅后不仅烘缸表面温度易于调节，而且烘缸的传热效率也有极大的改善，从而提高了其干燥效率并稳定纸的品质。
    2、在蒸汽喷射热泵作用下，汽水分离器的压力由O．2-0．02Mpa逐步递减，在保证分离器液位稳定的前提下，冷凝水靠压差由高到低递进行自流，而且逐级降温闪蒸，其闪蒸的二次蒸汽在热泵的作用下压缩回用，有显著的节能降耗效果。
    3、采用热泵供热系统后汽耗比传统的供汽方式降低了18％以上，经济效益显著。尤其是由于烘缸无积水，有利于提高纸机车速和提高产品质量，其效益更为可观。
    4、操作方便，该热泵供热系统中的手动阀门，只有在开机调试时一次调整后，改变品种和改变车速，都可不再调整，所有的操作可以在操作键盘上通过计算机来完成，避免了人为因素的干扰，而且所有参数都可以贮存，随时查询，可以强化车间管理和考核。
    5、蒸汽热泵供热系统由两大部分构成，一部分是热泵及冷凝水回收系统，另一部分是PLC及计算机控制系统。

蒸汽喷射式热泵

　　第一代汽动引射器（热泵）

第二代、第三代汽动引射器（热泵）产品
第三代可调喷嘴热泵 对比 第一代固定喷嘴热泵

  1. 通过调节喷嘴喉部截面积的大小，保持蒸汽喷射流速基本不变的前提下改变工作蒸汽的喷射流量；
  2. 喷嘴截面积由最大向最小调节的过程中，因喷射流速变化很小，热泵引射效率衰减慢，对产量、车速等纸机工况变化适应性较宽；
  3. 可调喷嘴热泵的最大引射效率可达60%；
  4. 可调喷嘴热泵前无可调节蒸汽压力的自控阀门，蒸汽总压直接作用于喷嘴前，没有附加蒸汽自控阀门在调节过程中的压力损失，对总压的要求比固定喷嘴热泵低0.1MPa；
  5. 由于可调喷嘴热泵调节范围宽，可省去双阀联动调节方式中的副阀，减少系统设备数量，降低设备故障率。
  6. 通过调节固定喷嘴前的工作蒸汽压力，间接改变工作蒸汽的喷射流量，同时喷嘴的蒸汽喷射流速也相应发生改变
  7. 固定喷嘴前的蒸汽压力由最大向最小调节的过程中，因喷射流速跟着下降，热泵引效率衰减快，对纸机工况变化适应性差；
  8. 固定喷嘴热泵的最大引射效率不足40%；
  9. 固定喷嘴热泵前安装有调节蒸汽压力的自控阀门,实际作用于喷嘴前的蒸汽压力与总蒸汽压力有一个压损,为了保证热泵的引射效率,对总压的要求比可调喷嘴热泵高0.1MPa；
  10. 由于固定喷嘴存在调节范围窄的缺点，为了扩展适应范围，一般要采用双阀联动增加副阀，调试繁琐，故障率增多。

背景概述 锅炉生产的蒸汽压力肯定要高于用汽设备的压力要求的，于是高压蒸汽输送到末端用汽设备处，往往要通过蒸汽减温减压装置，将高品质的蒸汽参数降低到生产所需要的低品质蒸汽参数。尽管减温减压装置从热力学第一定律（能量转化及守恒定律）的观点来看没有能量损失，输人能量与输出能量相等，但从热力学第二定律（能量朝品质降低转换的过程是不可逆过程）的观点来看，则造成了很大的不可逆损失，即减温减压后的蒸汽做功能力大大降低，也就是蒸汽的熵焓值降低。而且，蒸汽做完功，释放部分热量后，会形成低压凝结水闪蒸汽，或者低压蒸汽，由于这些蒸汽参数很低，不能满足工艺生产的需要而白白浪费，其结果造成设备能耗大，成本高，严重制约企业产品的竞争力。其实，这些低品位蒸汽仍然蕴藏着巨大的热值，善加利用前景无限。
    蒸汽喷射式热泵  利用蒸汽喷射式热泵替代阀门节流减压，同时回收低压蒸汽或凝结水闪蒸汽，实现废热资源的合理梯级利用，提高能源利用率，有效降低产品单位能耗，达到节约能源，保护环境的目的。蒸汽喷射式热泵是提高低压蒸汽压力的专用设备，由喷嘴、吸入室、混合室、扩压管等部件组成。其工作机理是利用高压驱动蒸汽的高速喷射，造成真空，从而不断抽吸低压蒸汽或凝结水闪蒸汽，经过混合扩压，最终降低了高压蒸汽的品位，提高了低压蒸汽或凝结水闪蒸汽的品位，从而形成的中压蒸汽能够满足生产工艺所需要的蒸汽参数，达到充分利用工业废热蒸汽资源的目的，是一种高效节能设备。该设备属于非标产品，需要根据具体的热力系统，介质参数和现场条件进行设计制造。

蒸汽喷射式热泵结构简单，无转动部件，寿命长，运行可靠，安装方便，操作简便，维修容易；可带全套自控装置，保证出口压力温度稳定（亦可手动调节控制）；节能效益显著，可以充分回收企业原来不能再利用的低压蒸汽和闪蒸汽，设备投资回收期在半年左右。
    因此蒸汽喷射式热泵非常适合造纸、纺织、化工、啤酒、酒精、热电联产和集中供热企业用于回收放散的低压蒸汽，以及锅炉定连排的闪蒸汽和末端用汽设备经疏水阀出来的凝结水闪蒸汽，并在高压蒸汽节能减压、高温蒸汽节能降温、汽轮机蒸汽压力匹配等方面有着非常广泛的用途
●供汽系统
    根据多缸纸机烘干温度曲线，本系统将高温缸和低温缸分段，采用多级热泵多段供汽技术，科学、高效。
●冷凝水回收系统
    高温段、中温段烘缸产生的冷凝水分别回到各自的闪蒸罐，该冷凝水一部分闪蒸成二次蒸汽，另一部分靠压差分别自动流到最后一级 闪蒸罐。该闪蒸罐中的冷凝水继续闪蒸，产生的蒸气供低温段烘缸使用，多余的冷凝水送回至锅炉用或作洗涤用。低温段烘缸的不凝气体及少量冷凝水受水力喷射器的抽吸与清水混合后用于其它用途。
●压力控制系统
    该系统在各段供气管道上分别设有压力传感器，控制器会根据输入的压力和压差信号，通过与内部设定的程序进行比较后，输出指令，自动的控制各阀门的开启程度，使压力控制在稳定的设定值上。
●压差控制系统
    该系统在各段烘缸进出汽管路上设有压差传感器(根据生产及工艺要求，设定合理的压力差)，控制器会根据输人的压差信号，通过与内部设定的程序进行比较后，输出指令，自动的控制各阀门的开启程度，使压差控制在稳定的设定值上，从而使冷凝水通畅排出。
●闪蒸罐
    闪蒸罐的作用有两个，一是利用闪蒸罐的特殊结构，形成压力降。由于高压下水的饱和温度高于低压下水的饱和温度，因此由烘缸来的高温冷凝水(包括夹带的蒸汽)在低压时放出大量热量，部分水吸收热量后蒸发产生二次蒸汽；未蒸发的冷凝水温度下降至相应压力下的饱和温度。闪蒸罐的第二个作用是将进入罐内的蒸汽、冷凝水完全地汽水分离，否则，当冷凝水未被有效分离重新回到烘缸时，将增大虹吸管的负荷，降低烘缸的干燥效率，同时也造成热泵的磨损。
●闪蒸罐液位自动控制系统
    闪蒸罐内要始终保持一定的液位高度，液位控制器根据各闪蒸罐上的液位传感器输入的信号，会自动的调整各阀门的开启程度或泵的开启，将液位控制在设定值内。
●暖机、断纸、开机方便
    本系统暖机、断纸、开机控制方便，生产中可根据不同情况直接在控制面板上人工设定控制。
●手动控制程序
    系统设有手动控制程序，在手动状态下，可根据需要任意调节各阀门的开度。
●热水泵
    热水泵的作用是将经过闪蒸后的较低温度的冷凝水泵送到锅炉或其它用途。其要求是不发生汽蚀现象。
热泵供汽系统节能原理分析
根据蒸汽的特性，蒸汽中所含的热能分为两种，即显热（将水提升至沸点所需的热能）和潜热（将在沸点的水转化为蒸汽所需的热能），而潜热通常是显热的三倍至四倍；在物理变化中，液态水吸收热量转化为蒸汽，蒸汽经使用放出潜热后冷凝生成凝结水，由汽态转变为液态；凝结水吸收热量后又重新蒸发生成蒸汽。我国目前大部分利用蒸汽的工厂只是利用了蒸汽的潜热，约为蒸汽所含总热量70-80%左右，蒸汽生成同温同压的凝结水，约为蒸汽所含热量20~30%的显热则大部分浪费掉了。
   如：5.0Kgf/cm2压力下的饱和蒸汽全热为：657.99Kcal/Kg
       5.0Kgf/cm2压力下的饱和蒸汽潜热为：498.43Kcal/Kg
       5.0Kgf/cm2压力下的饱和水显热为：159.56Kcal/Kg
       1.0Kgf/cm2压力下（大气压）的饱和蒸汽潜热为：100Kcal/Kg
       1.0Kgf/cm2压力下（大气压）70度的热水热能为：70Kcal/Kg
假如工厂没有蒸汽及冷凝水回收系统，蒸汽做功后，只是放出蒸汽的潜能，为498.43Kcal/Kg，占蒸汽全热量的76%，其余159.56Kcal/Kg的热量被舍弃；若工厂用开放式回收系统，则此系统回收冷凝水的压力在1.0Kgf/cm2压力（大气压）下，回收的热量为100Kcal/Kg，散失到大气中的热量为159.56-100=59.56Kcal/Kg,约占蒸汽全热的9%左右。我公司的蒸汽及冷凝水回收系统在最后一段排出的冷凝水的温度为70度左右，则在纸机干燥中被利用的热能为657.99-70=587.99Kcal/Kg,约占蒸汽总热量的89.4%，并且该系统在封闭干燥状态下运行，收集的70度的冷凝水又被排到锅炉，故毫无热能散失，真正节约能源。
烘缸内部冷凝水动态说明
   烘缸内冷凝水连续、均匀的排除，是保证纸机干燥部正常生产的重要条件之一。以往认为冷凝水只 是聚集在缸内下部，经过研究证明，烘缸内部冷凝水的动态依烘缸转速、烘缸内径、残留冷凝水量 可分为四种状态：水池状（图一所示）、小暴布状（图二所示）、暴布状（图三所示）、水环状（ 图四所示）。
    当烘缸转速较低时，冷凝水聚集在缸内下部，为水池状（图一），随着烘缸转速的上升，冷凝水流 动越来越激烈，传热阻力变小，但随着烘缸转速的上升，离心力作用增大，凝水随着烘缸转动的一 边上移，冷凝水的状态变为小暴布状（图二）、至暴布状（图三）；当烘缸的转速超过一定的数值 后，离心力克服了重力，冷凝水则在烘缸内形成水环（图四），随着烘缸一起回转（或略滞后于烘 缸），水环愈积愈厚，到了临界厚度。最终水环破裂。由于烘缸内部水环的形成和破裂，引起烘缸 传动电机负荷的变化。
    车速愈高， 缸径愈小，则水环愈厚，图五表明水环厚度、烘缸直径与车速三者之间的关系。从图中可知，当车速为400m／min．缸内凝水数量较少就能产生水环，水环的厚度不大，仅3．8mm。以后水环逐渐加厚，最后增加到临界厚度(18．6mm)，再多则又破裂。因此，如不采取有效的办法及时排出缸内的凝水，则当烘缸直径为1．5m、车速为200m/min时，水环厚度为1．2mm；车速为300 m/min时．水环厚度可达8mm；车速为400 m/min时为18．6mm；车速为500 m/min时为32．4mm；而车速为600 m/min时更高，达49mm。车速低时．水环的临界厚度较小，水环易破裂。车速愈高，水环愈厚。如果不能将冷凝水及时排出缸外，将会大大影响蒸汽对烘缸内壁的传热，等到水环破裂，又会满满地聚在烘缸下部，占据了大部分的有效干燥面积，同样也会引起下层烘缸传热的恶化。因此，要使烘缸内的冷凝水及时排出，当1270mm的烘缸转速在200m／min以上时,应采用回转式虹吸管，当转速在200m／min以下时，应采用固定式虹吸管。 




　　电动调节阀                           差压变送器

PLC模块

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　　　　　　　触摸屏控制画面 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电脑画面

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