摘要：本文对公司研发的热泵双效、热泵三效浓缩器从设备组成、热泵原理、节能节水性能进行了详细的阐述，并将其技术性能与现有的普通双效、三效浓缩技术进行对比分析，由对比结果可看出，本设备具有低温加热、低温蒸发、节能节水的显著特点。该技术可应用于对中药厂已使用的普通单效、双效浓缩器的设备改造。

关键词：热泵    浓缩器    节能    改造

1前言

在党的十七大报告中提出“深入贯彻科学发展观，提高自主创新能力，加快转变经济发展方式，加强能源资源节约”。应大力提高经济发展的质量和效益，把节约能源资源、保护环境放在更突出的位置，注重提高产品质量，增强经济竞争力和可持续发展能力。

从中药厂的蒸汽消耗比重来看，提取液的浓缩工程所消耗的蒸汽占全厂用蒸量的绝大部分，将1000kg提取液浓缩至比重为1.2的浸膏，需蒸发约980kg的水分。蒸发980kg的水分，采用不同形式的浓缩器，其耗蒸汽量、耗冷却水量分别如下：

1. 单效浓缩器：耗蒸汽量为1100kg,耗冷却水量（进水温度25℃，出水温度35℃）为56T。
2. 普通双效浓缩器：耗蒸汽量为570kg,耗冷却量为28T。
3. 热泵双效浓缩器：耗蒸汽量为390kg，耗冷却量为20T。
4. 热泵三效浓缩器，耗气量为260kg,好冷却水量15T。

由上诉比较可以看出，，热泵双效、三效浓缩器比单效浓缩器节能分别为65%。

76%，节水分别为65%、73%，比普通双效浓缩器节能分别为31%、54%，节水分别为30%、46%。

2热泵浓缩器系统组成及工作情况

热泵双效浓缩器是由蒸汽喷射式热泵，一效加热室和蒸发室，二效加热室和蒸发室。热泵三效浓缩器由热泵、一效加热室和蒸发室、二效加热室和蒸发室、三效加热室和蒸发室。各加热室冷凝水等压排水串级自蒸发装置，末效蒸发室中增加蒸汽夹套加热和刮板搅拌相结合的收膏装置，冷凝器及自动排水装置等组成。

工作情况：以热泵双效浓缩器为例，说明如下：将系统抽真空到0.086MPa以上，检查设备和管路的密封。密封合格后，在真空作用下，各效加热室分别吸入70℃左右的提取液。将锅炉蒸汽通过减压阀调至0.5~0.6MPa(表压)或（0.4~0.5）MPa（表压）进入热泵，与一效蒸发室出来的部分二次蒸汽混合后进入一效加热室作为一效的加热蒸汽，温度根据被加热提取液的热力性质不同，可在83~92℃间调节。一效加热室出来的剩余二次蒸汽进入二效加热室作为二效的加热蒸汽，二效产生的二次蒸汽进入冷凝冷却器进行冷凝，由储水罐收集自动排放或人工间歇排放。一效加热室的加热温度为83~92℃，沸点为70~75℃，二效加热室的加热温度为70~75℃，费点为55~60℃。一效加热室的凝结水由等压排水装置自动排入二效加热室进行闪蒸，产生的蒸汽量约占二效加热蒸汽量的6%，二效加热蒸汽，冷凝后进入储水罐。当一效的浸膏比重达到1.15左右时，为防止料液粘度过大和料液过少而发生一效加热管焦管现象，此时热泵停止工作，在真空作用下，将一效的浸膏全部吸入二效加热室，并在二效加热室通入蒸汽将浸膏浓缩至比重为1.20。

热泵三效浓缩器的工作情况与上述大致相同，只是将一效、二效比重为1.15的浸膏全部吸入三效加热室，浓缩至比重为1.20。

若zui终浸膏要求比重为1。40时，由于浸膏量很少，且很粘，收膏在热泵双效浓缩器和热泵三效浓缩器的末效中进行时，会造成加热管结焦，此时，在真空作用下，将浸膏全部吸入末效蒸发室中，在末效蒸发室夹套中通入0.07MPa的蒸汽，在蒸汽夹套加热和搅拌相结合的收膏装置中收膏。

3热泵工作原理

随着经济增长方式的转变和节能降耗政策的不断深入，多效浓缩器不断采用各种节能措施进行改造，其中zui为显著的节能方法是在多效浓缩器上应用热泵技术。热泵大致分两种类型，即机械压缩式热泵和蒸汽喷射式热泵。由于机械压缩式热泵相配备的离心式压缩机操作、维修复杂，要求较高，同时耗电较大，使得运行成本升高，在实验中应用较少。目前，在多效浓缩器中，应用较多的是蒸汽喷射式热泵。蒸汽喷射式热泵的效率，随着引射蒸汽压力的增加而提高，但要获得压力较高的蒸汽，对锅炉要求也相应提高。针对我国企业的实际情况，蒸汽压力采用0.5~0.6MPa时，节能在30%以上。当蒸汽压力为0.4~0.5MPa时，节能在25%左右。

工作原理：压力为0.5~0.6MPa或0.4~0.5的蒸汽通过拉瓦尔喷嘴⑶时，为绝热膨胀，绝热膨胀即为等熵过程，由此产生超音速气流，使蒸汽温度由原来的165℃降低至100℃左右，在喷嘴出口处产生超音速气流使喷嘴出口处产生真空，在此真空作用下，吸入一效蒸发室出来的二次蒸汽的一部分，吸入量由计算决定。通过喷嘴的锅炉蒸汽与75℃的一效二次蒸汽混合，混合蒸汽的温度约90℃。没有被吸入的一效二次蒸汽进入二效加热室加热用。由此可知，热泵的使用不仅降低了一效加热蒸汽的温度，而且使一效加热蒸汽中利用了一部分一效二次蒸汽，因此起到了节能作用。同时，由于一效蒸发能力变大，使二效蒸发能力减少，二效蒸汽冷凝所需要的冷却水量也相应减少，起到了节水作用。从蒸汽喷射式热泵结构图可看出，本设备结构简单，没有运动部件，不需要维护和修理。只要使蒸汽压力维持在要求的范围内，系统即可正常工作。因此，蒸汽喷射式热泵操作简单。但是，由于通过喷嘴的蒸汽流，在进入喷咀时的流速为25~35m/s的亚音速气流到流出喷嘴时成为超音速气流，使气流产生低频波,中频波和高频波，产生很大的噪音。国内厂家制造的用于乳品工业热泵噪声为90Db(A)以上，国外进口的丹曼尼罗公司用于乳品的四效浓缩器热泵噪声为85dB(A)的要求。我公司生产的蒸汽喷射式热泵采用了特殊的结构，热泵噪声经实测为≤78Db(A),不仅满足了对药厂环境噪声的要求，而且在降低噪声方面也达到了水平。

4节能节水情况

1）热泵的使用：蒸汽在热泵作用下，与一效蒸发出来的二次蒸汽的一部分混合成为混合汽，作为一效加热室的加热蒸汽使用。通过实例加以说明：以蒸发量2000kg/h双效浓缩为例：普通双效浓缩器需蒸汽量为1140kg/h，热泵双效浓缩器由于使用了部分一效二次蒸汽，需蒸汽量为780kg/h，节能为（140-780）÷1140×%=31%。以每天运行10小时计算，可节省蒸汽为3.6吨。按全年运行300天，可节省蒸汽为1080吨。

2）一效加热室凝结水显热的利用：一效加热室温度为90℃的凝结水为饱和水，由于采用了等压排水串级自蒸发技术，进入二效加热室后，其温度由90℃降为75℃，进行降温降压自蒸发，可产生占二效加热室所需加热蒸汽量的6%左右的自蒸发蒸汽作为二效热源使用，减少了二效加热蒸汽量达到了节能的目的。

3）热泵使用后，各效蒸发量的分配与普通双效、三效不同，需根据热泵原理，对双效、三效各效热平衡计算，得到各效的蒸发量。以蒸发量为2000kg/h热泵双效为例，其二效蒸发量为700kg/h，比普通双效浓缩器二效蒸发量（1000kg/h）减少了300kg/h，二次蒸汽冷凝用水量减少了（1000-700）÷1000×%=30%。所以这个系统总蒸发量不变，但冷凝用水量比普通双效大幅度减少。

5对中药厂现有双效浓缩器的技术改造

当前，在国内大量的双效浓缩装置在中药厂使用。这些设备仍可继续使用发挥其效益，同时用热泵技术对这些在役设备进行技术改造是一条经济可行的方法。经过对一套蒸发量为2000kg/h装置的热量衡量后，得到如下结果如表3所示。

表3      普通双效与改造后热泵三效浓缩器的性能比较表

• 耗气量大为减少，两者相比节能45%；
• *效加热温度和蒸发温度大为降低；
• 蒸发量略微增加，增加大约5%左右，可满足生产对蒸发量的要求；
• 冷凝面积大为减少，冷水耗量减少30%。原来普通双效冷凝器的面积，已大于超过改成热泵三效所需要的冷凝面积；
• 加热面积：原来双效浓缩器的*效、第二效面积和改造为热泵三效后的第二效、第三效面积相同；

从以上的比较可以看出，只要再增加一个加热面积为39㎡的单效、热泵、等压排水串级自蒸发装置，在原来的末效上加装收膏装置后，一台热泵三效浓缩器改造完成。此设备具有显著的节能效果，具有低温加热低温蒸发的特点，具有末效收膏比重达1.4的功能，蒸发量不变，满足生产需要。