特种纸机干燥部热泵供热系统及换热网络研究.doc

特种纸机干燥部热泵供热系统及换热网络研究 摘要：本文按蒸汽能量梯级利用原则，用于配备有热泵供热及热风导辊生产低克重特种纸机干燥部，建立换热网络，达到提高产品质量及合理用蒸汽能量的目的。 关键词：热泵供热 换热网络 特种纸机 1、概况 本台纸机为生产特种纸，长网多缸纸机，其幅宽1880mm，工作车速120m/min，烘缸直径φ1500mm。产品克重变化12g/m2~40g/m2，产量上限及下限值相差4倍以上。由热电站向本台纸机提供0.8MPa蒸汽，用做纸机干燥部热泵的工作蒸汽和热风导辊热风系统空气加热器用蒸汽。 本台纸机热力系统，应具有以下特点，首先。由于本台纸机产品克重及产量变化较大，致使纸机干燥部烘缸用汽压力及用汽数量变化范围较大，要求热泵供热系统采用变工况运行，满足纸机运行要求，其次，本台纸机热泵、烘缸、热风导辊的空气预热及加热系统等各用汽点要求用汽压力不同，即所提供的蒸汽热能品位不同，排出的冷凝水及其产生的二次蒸发汽压力也不同，本文专门研究充分利用新蒸汽的有效能，在纸机干燥部热泵、烘缸及热风导辊制备系统间，建立合理的换热网络，使蒸汽能量、品位和数量等得到合理利用。 2、能量品位及能量转换 由于纸幅经过压榨脱水后进入纸机干燥部尚含有55~60%的水份，需要通过纸机烘缸利用蒸汽的热能脱 出，所以在造纸机干燥部要消耗大量蒸汽。造纸机干燥部合理用能及节省蒸汽，已经倍受广大造纸企业重视。 蒸汽能量合理的使用，应该包括蒸汽能量品位和数量上的合理使用，减少和杜绝蒸汽能量在转换过程中的有效能的无效贬值和蒸汽冷凝水系统使用中产生的数量浪费。 蒸汽热能同各种能量其共性均是特质的其本特性参数，它表示物质所具有的做功能力。热力学第一定律说明了不同形式的能量可以转换，但在转换过程中数量守恒，热力学第二定律指出，能量除了有量的多少外，还有品位的高低，不同品位的能量转 变为功的能力不同。 物质的总能中可用能所占的比例代表了能量的品质。世界各国学者对“可用能”的理论和在各个领域中的应用进行了深入的研究和广泛的实践。 通常将能量分为可转变为技术功部（Exergic））dead state）所具有的最大做功能力。表示物质所具有的总能中，相对于环境零态，不可转变为技术功部分。 根据的定义，对于开口系物质所具的比为： e=h-h0-T0(s-s0) (1) 根据的定义，物质流的物理为： e=h-e=h0+T0(s-s0) (2) 的概念是建立在热力学第一定律和第二定律基础上的热力参数,它表示能量在给定的环境条件下(P0、T0及其它参数），所能产生的最大有用功。它既可以表示能量的数量，又可以表示能量的品位及其可利用程度，的单位与焓的单位相同。 将通常采用阀门利用其阻力特性控制调节蒸汽压力的方法均可以称为蒸汽节流减压，它是对外界不作功的熵增等焓过程，蒸汽在节流减压过程中，由于摩擦、涡流使大量有规则运动的分子变为无序运动，产生耗散功，导致熵的增加，致使蒸汽能量产生无形的损失。（见图1） 当蒸汽外管供给纸机蒸汽压力较高，将其高品位蒸汽采用调节阀减压后供给纸机用汽，其实际就是蒸汽热能无效贬值过程。从热力学第一定律观点分析，蒸汽节流减压前后，焓值相等，反应不出能量上的数量损失。但是通过热力学第二定律分析其蒸汽热能确产生了无效的贬值和可用能的浪费。 综上所述：纸机干燥部的蒸汽节能除应该减少和消除废热蒸汽排向大气或者采用冷凝器将其冷凝所造成能量数量上的浪费外，同时也必须使蒸汽能量的品位得到合理的利用。 3、纸机干燥部热泵供热系统 纸机干燥部通汽系统的任务，按造纸机生产不同产品要求，均应充分利用蒸汽能量在干燥部烘缸按纸幅特点，建立合理的温升曲线，脱水曲线及控制和满足烘缸的排水压差，并且充分利用热能的品侠和数量，使其消耗最少量蒸汽达到低耗优质运行的目的。造纸机干燥部通汽方式按其热能转换方式可以分为三段通汽和热泵供热两种基本类型。 3.1三段通汽 传统的三段通汽是采用蒸汽质量调节能量贬值方法来实现的。它首先按高温段进缸的用汽压力及用汽量要求，调节新蒸汽满足进入高温段烘缸用汽要求。高温段烘缸汽水分离罐蒸汽冷凝水产生的二次蒸发汽，供给中温段烘缸用汽依次进行，而其各段烘缸用汽压力及用汽量的不足均采用调节阀将新蒸汽经过节流减压能量贬值后，再补充各段烘缸用汽（见图2） 通过上术分析可以得出，三段通汽系统的运行，伴随着高品位蒸汽无效贬值过程运行，所以当新蒸汽和纸机烘缸用汽压力有较大的压差，即两者存在较大的能级差，采用三段通汽系统会造成蒸汽有效能没有利用，产生蒸汽能量的无效贬值，即能量的无形损失。 3.2热泵供热系统 造纸机干燥部热泵采用的蒸汽喷射式热泵，或称蒸汽压缩机（见图3）。 蒸汽喷射式热泵利用热电站或锅炉供出蒸汽压力和烘缸