热泵的工作原理

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（一）热泵供热流程简介
三十个烘缸按工艺情况分成多个加热段
低温干燥段1#-------2#缸
中温干燥段3#-------7#缸
高温干燥段8#-------22#缸
半干后干燥23#------28#缸
冷缸29#------30#缸
1、为保证干燥效率和蒸汽的合理使用，纸机烘缸分为低压段、中压段、高压段。

采用二级闪蒸、
三只热泵，各段供汽压力、供汽量等均可自动控制和调节。

2、纸机从试运行到设计车速甚至超过设计车速，负荷变化很大。

因此采用补汽方式的热泵独立循
环供热系统。

随着车速和生产负荷的增加，新鲜蒸汽的用量增加，二次蒸汽的循环量也增加，有利于提高传热效率。

另有新鲜蒸汽通过补汽阀门直接进入烘缸，满足纸机的用汽量要求。

3、29#--30#缸是最后的两个缸，纸页水分基本已经达到成纸水分。

为平衡水分，这两只缸的温度
不宜过高。

一般是试车时一次性调好，正常时不需要随时调节。

4、冷凝水系统。

是4只闪蒸罐和冷凝水箱通过一定的工艺设计和工艺条件的设置，一般均可以通
过自流，使冷凝水自流逐级闪蒸，4#罐压力最低，尤其在开机暖缸和停机时，4#闪蒸罐和冷凝水箱之间的自流不是很畅通。

因此他们之间设置了并联移液泵。

5、不凝气体通过相应的工艺管道于蒸汽冷凝水一起逐段排出，最终排出系统。

6、开机时，各闪蒸罐间的电动阀门会自动开启，各段的蒸汽压力将控制在某设定值。

7、停机时，各段蒸汽阀门自动关闭，而各闪蒸罐间的电动阀门自动打开用以尽快泄压。

（二）热泵的工作原理
热泵（引射器）的工作原理是由喷嘴、吸入室及扩压器三部分组成。

其工作过程为：工作蒸汽在高品位蒸汽压力的作用下通过喷管（拉伐尔喷管或渐缩喷管）使蒸汽速度升高，压力下降。

该流动过程属于绝热膨胀过程，由于喷管出口压力很低，因而可能抽吸压力很低的二次汽。

经过混合室使高速的工作蒸汽与二次汽均匀地混合达到喉口处使混合汽达到音速。

然后该气体经过扩压段由于断面由小变大，速度由大变小，相反压力由低升高。

该过程属于绝热压缩过程，从而使压力较低的二次汽在工作蒸汽的上述作用下，得到压力升高或压缩。

这就是引射的基本过程。

也就是说热泵的工作过程包括绝热膨胀、混合以及压缩三过程组成。

为了使热泵具有较大的抽吸能力，一般希望主喷嘴出口的压力越低越好，因此往往要求在此处工作蒸汽具有超音速。

在此情况下主喷管往往要求加工成拉伐尔喷管。

对于饱和汽而言，保证拉伐尔喷管出口处能形成超音速。

必须满足以下条件：临界压力＞喷嘴出口压力。

反之，如果喷嘴出口压力＞临界压力，在喷管中即不会出现临界断面的音速，拉伐尔喷管的工作将破坏，出口也不可能出现超音速。

此时，拉法尔喷管即变成了文丘里喷管，热泵的工作完全破坏，当然也不可能再进行压缩二次低压汽的过程了。

（三）热泵的应用特点：
热泵之所以在各行各业广泛应用，主要的是因为它有其许多优越的特性，
1、结构简单，没有运动部件。

因而成本较低，并且可靠性较高，一般可以整年甚至数年连续工
作，不需检修。

2、通过其中的工作流体可以是液体，也可以是气体。

在抽送高温液体时，很少出现汽蚀现象。

3、热泵通过进口压力以及喷射系数的变化，具有较大的负荷变化的自动调节适应能力。

4、可以抽送具有腐蚀性的流体，而且能达到可靠工作。

5、该设备适应参数变化的范围广。

进汽压力可以是数个大气压，也可以是数百个大气压，抽吸
气体真空度可高达5000-8000毫米水柱
6、热泵不需电机拖动，古在防爆要求较高的条件下，比较适用。

（四）热泵的机械特点
热泵性能与机构设计不仅要求结合热回收系统同凑考虑，认真注意热泵，热负荷，孔板，汽水分离器，冷凝水泵，不凝气体的排出系统等相互影响，进行优化匹配外，而且还应考虑到对热泵因超音速流动等的有关问题
1、超音速形成的条件
2、超音速内部冲击波的产生与消失的规律
3、超音速气流与亚音速气流混合的规律性，
4、高速气液两相气流冲击与磨损的特点规律
5、蒸汽管内流动的热力过程规律
6、气流各种阻力的特性。

7、高速震颤等问题进行全面细致的考虑，从而设计出流动合理，性能优越的结构形式。

为了确保符合设计要求对于主要部件，主喷嘴以及扩压器（混合段，喉径，扩压段），采用了强度高，抗腐蚀性能好的不锈钢等材料。

对各种部件的加工精度，表面光洁度均提出较高的要求。

设备的同心度，椭圆度，垂直度都保持在0.01mm以内。

特别对性能影响极大的喷嘴出口表面至混合室入口表面距离在结构上考虑了一定的可调度。

（五）热泵纸机供热系统的优点
由于烘缸内保证具有相变传热，烘缸温度稳定，可以确保造纸质量。

由于传热效率高。

相同条件下可以节能10-20%左右。

由于热泵不断的抽吸难以利用的二次低热汽，充分利用蒸汽的潜热，可以达到节约能源的作用。

根据对不同系统分析说明：一般节能可以达到20-30%左右
由于热泵不断的抽吸二次闪蒸汽，造成大量水大幅度汽化，使凝结水的温度变低，为凝结水的正常回收创造了良好的条件，也为锅炉的安全运行创造了较好的条件。

因为凝结水是最好的锅炉给水，这样不仅降低了锅炉产汽的成本，同时也为其安全运行奠定了基础。

因合理地设计孔板，孔径及其形状，使烘缸不积水，积水空间的对流传热由相变传热取代对流换热，传流效率大幅度提高。

另外也使烘缸的积水机械振动消失。

（六）供热系统的设计说明
引射式供热系统是一种利用喷吹原理的供热方式，即使用一部分蒸汽把烘缸内的冷凝水“吹”出来。

这种供热方式能够有效的消减供缸内的水膜厚度。

它是利用合理的供热流程，通过改善干燥部工作环境来稳定工况、提高纸机的热效率。

该系统是一种各加热段相对独立的并联供热系统。

系统以自循环方式，通过控制各段的进汽和回水之间的压力差，来控制排除烘缸积水的。

进入每段烘缸的蒸汽分两路，一路直接进入本段烘缸蒸汽主管道，由压力控制控制流量，另一路蒸汽经引射器后进入本段烘缸蒸汽主管道，由压差控制控制流量：压力控制检测本段蒸汽主管道压力，并按要求调节阀门开度，控制蒸汽流量，稳定本段烘缸的用汽压力：另一路差压控制检测本段烘缸蒸汽主管道和冷凝水主管道之间的压差，控制流经蒸汽引射器的高压蒸汽的流量，使蒸汽经过蒸汽........,,,,引射器和汽水分离罐的闪蒸汽混合形成0.3kgf/cm2左右的工作压差，保证该段烘缸的排水：冷凝水经孔板排泄至汽水分离罐，产生的闪蒸汽由蒸汽引射器抽回本段再利用，冷凝水排至下一级低温冷凝水罐，冷凝水罐有液位控制，液位稳定在要求的范围之内：不凝气体由专门设计的孔板排至低温段。

引射器只是用于抽取适量的二次蒸汽，差压控制回路通过控制引射器的抽汽量或者控制引射器低压入口端和中压出口端之间的压力差来控制对应段烘缸的排水，对应段所需其余蒸汽靠压力控制回路补充。

同时，压差控制回路和压力控制回路具有相对独立性，当对应端排水出现问题式，适当提高压力差设定值，压力设定值维持不变：当供汽量不足时，适当增加压力设定值，而压力差设定值维持不变。

当纸机在正常的工况下，系统能保证稳定的压力及排水控制，并有较低的吨纸耗汽量。

但每一段的压力压差控制是相互关联的。

为了保证纸机正常生产，在下列非正常情况下系统可能会牺牲一些蒸汽。

1、产量抵于设计产量的60%时
2、总管来的压力过低时
3、汽头或虹吸管出现故障时等等
（七）QCS控制系统简介
一、定量的测量
是利用物质对ν射线的吸收近似服从指数衰减规律的原理制造。

传感器由上、下探头组成，下探头内装放射源、校正标样以及温度传感器等：上探头装有接收射线的电离室和前置放大器，通过检测射线接收量的大小计算出定量大小，当待测纸张通过上下探头中间时，射线接受量减少，当纸张增加，射线接受量:更小，这些变化就可以线性化并换算成纸张的定量。

放射源的选择：Ke85的放射性较强，穿透能力更强，寿命较长，检测范围较宽，适用于20---1200g/m2的纸品。

二、水分的测量
水分传感器是基于红外线吸收原理而设计，红外测量的原理是当物体被红外光照射时，任何物质仅吸后一定波长的辐射光，允许其他波长的辐射光通过。

基于在近红外光谱有某些波长的红外辐射能量被水分子选择性的吸收，在中心波长外的辐射能量几乎不被水分子吸收，即使直接照射水时能量损失也很小。

所以纸张水分测量选用对水不吸收的1.81微米近红外光作为参考波长和处于吸收峰中心的1.94微米进红外光作为测量波长，利用两种波长的单色光轮流交替的透过纸张，取其辐射强度的比值来测定纸张水分。

传统传感器用硫化铅做检测元件，易受温度变化影响，因此进口传感器对硫化铅进行了优良的温控设计，能够控制在0℃±0.0001℃，从而保证传感器的检测精度，而国产传感器难以达到，从而造成检测精度受影响。