可调节热泵在工业应用的研究阎尔平、罗正芳、张晓弟（国家环境保护总局南京环境科学研究所）[内容摘要]本文专门介绍可调式蒸汽喷射热泵的研究成果。分析可调式热泵和常规热泵的构造特点，介绍了采用可调式热泵供热系统改造国外引进装置的热力流程和采用可调式热泵供热系统用于大型纸机的干燥部替代常规热泵供热运行的实例。可调式蒸汽喷射热泵可以广泛的用于供热系统和工艺流程中，替代传统的常规供热系统，替代蒸汽节流减压回收废热蒸汽，优化换热网络，使蒸汽热能数量和品位都得到充分合理的利用。一、蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵或称为蒸汽压缩机，它利用热电站或锅炉供出高品位蒸汽和热用户用汽压力差转换的能量作为热泵的工作动力，将低品位蒸汽增压提高能量品位后，一并供给热用户用汽。各种喷射式热泵均由引射室、喷嘴、混合室及扩压器构成，按蒸汽喷射式热泵调节控制方式可以分为两种类型。(一)蒸汽质量调节热泵采用调节阀调节热泵入口新蒸汽的压力和流量，通过改变工作蒸汽的质量即能量品位的方式，来满足热用户用汽参数要求，称为蒸汽质量调节热泵，其热泵本身不带调节装置，通常习惯也称为不可调式热泵（见图1）。图1不可调节热泵质量调节热泵用于供热系统中，当热用户用汽工况和新蒸汽参数发生变化时，由于蒸汽调节阀开度变化，就会相应改变进入热泵的工作蒸汽压力，从而改变了热泵进口新蒸汽做功的能力。特别是当热用户用汽负荷减少，蒸汽调节阀开度将减小，进入热泵的新蒸汽压力亦降低，新蒸汽和热用户用汽压力差随之减少，新蒸汽做功能力降低，致使热泵工作效率明显降低。通常认为蒸汽质量调节热泵适合用于工作蒸汽及热用户用汽工况相对稳定、用汽性质并非敏感的场合。（二）蒸汽流量调节热泵图2可调式热泵在热泵进口工作蒸汽干管上不设置调节阀，而由热泵本体配置调节阀门及调节机构称为蒸汽流量调节热泵，通常称为可调式热泵。当热用户用汽工况和新蒸汽参数发生变化时，通过热泵自身调节机构调节通过蒸汽的喷嘴有效断面积，通过改变新蒸汽流量来满足热用户用汽参数要求。这种型式热泵在运行工况调节过程中，热泵入口新蒸汽压力不变，即新蒸汽单位流量做功能力不变，只是改变了通过喷嘴的蒸汽流量，热泵的调节性能好、效率高。（见图2）。蒸汽流量调节热泵适合于热用户用汽工况和新蒸汽参数变化及各种可变的工艺条件下应用。二、应用实例（一）蒸发塔釜热泵供热1、蒸氨塔釜供热流程某化工生产装置全部工艺设备及工艺流程均从国外引进，其中蒸氨工段的蒸氨塔釜直接通入P=0.7MPa,t=2100C的过热蒸汽用于塔釜直接加热，塔釜压力为0.039MPa,t=1080C。由塔釜排出温度t=1080C汽水混合物进入汽水分离罐。蒸氨塔釜采用P=0.7MPa,t=2100C的过热蒸汽加热氨的水溶液，实质上只利用了蒸汽汽化潜热和新蒸汽同塔釜用汽参数的蒸汽焓降，由于供给的新蒸汽及塔釜用汽两者能级相差较大，则新蒸汽和用汽能量的品位没有得到合理匹配，新蒸汽能量品位产生了无效贬值，即新蒸汽产生了有效能损失，同时实测数据说明：由蒸氨塔釜排出的含氨汽水混合物夹带着蒸汽，其含汽量约为10~15%，又造成了用能数量上的浪费。根据蒸汽有效能的表达式计算得出：P=0.7MPa,t=2100C和P=0.039MPa,t=1080C干蒸汽有效能，分别为e1=851.594kJ/kg和e2=567.089kJ/kg，新蒸汽在加热过程中，有效能损失△e=e1-e2=284.505kJ/kg，其损失率为△e/e1=284.505/851.594=33.41%。通过上述分析得出，新蒸汽和塔釜用蒸汽的差值，即为理论计算热泵做功的动力，其含氨废水两相流中含汽量即为理论计算热泵供热的余热资源。1、蒸氨塔釜热泵供热系统利用新蒸汽和塔釜蒸汽有效能的能级差做为热泵的动力，回收塔釜排出的含氨汽水混合物中分离出的二次蒸发汽，利用热泵将其增压后，一并供给塔釜加热用汽，热泵供热系统流程请见图3。由蒸氨塔101排出的含氨废水进入汽水分离罐102，含氨废水通过专门设计的分离板103进行扩容闪蒸，产生二次蒸发汽，由热泵104将其增压后一并供塔釜加热用汽。可调式热泵是其关键设备，其控制方式，设备特性说明如下：（1）控制方式由蒸氨塔釜的工艺用汽量FICQ-101通过热泵本身的调节装置控制热泵HP...
