Выпарные установки с тепловым насосом

Использование вторичного пара возможно не только в многокорпусных установках, но и в одном и том же выпарном аппарате. В этом случае вторичный пар подвергается дополнительному сжатию для повышения его энтальпии тепловым насосом и возвращается на обогрев того же самого аппарата. В качестве тепловых насосов для сжатия пара применяют турбокомпрессоры и пароструйные компрессоры-инжекторы.

На рис. 7.15, а представлена схема однокорпусного выпарного аппарата 1 с турбокомпрессором 2. Степень сжатия вторичного пара выбирается в зависимости от необходимой разности темпе­ратур между возвращаемым вторичным паром и кипящим упариваемым раствором.

Если считать, что в греющую камеру выпарного аппарата возвращается весь вторичный пар, получаемый в однокорпусной установке, и его энтальпия после компрессора составляет i_{в. к}, то уравнения теплового баланса (7.3) и (7.4) можно переписать в

виде

Как следует из уравнения (7.5), расход первичного греющего пара на выпаривание с применением теплового насоса значительно

уменьшается по сравнению с простым выпариванием, так как второе слагаемое уменьшается на величину (i_{в. к} - i_к).

Однако реализация данного способа требует применения машин-компрессоров, а также значительных энергетических затрат на их работу.

Другим способом, получившим широкое распространение в настоящее время для повторного использования вторичного пара в тех же установках, является применение пароструйного инжектора (рис. 7.15, б).

В сопло инжектора 3 подается первичный греющий пар, который всасывает вторичный греющий пар из этого же аппарата, повышает его давление и подает назад в нагревательную камеру.

Отношение весового количества инжектируемого вторичного пара к весовому количеству первичного пара называется коэффициентом инжекции т. Общее количество конденсирующего пара составит в этом случае D*(1 + т).

Уравнения теплового баланса для случая применения в каче­стве теплового насоса пароструйного инжектора могут быть записаны в виде

Сопоставление этих выражений с уравнениями (7.3) и (7.4) для простого выпаривания показывает, что расход греющего пара при применении инжектора уменьшается в (1+ т) раз.

Обычно коэффициент инжекции для установок с тепловыми насосами выбирается в диапазоне 0,5 ... 1.

Инжектор дешев, прост и удобен в обслуживании, однако имеет низкий коэффициент полезного действия.

Экономическая целесообразность применения выпарных аппаратов с тепловым насосом определяется соотношением стоимости энергии, затрачиваемой на сжатие вторичного пара, и стоимости свежего греющего пара на данном предприятии. В одних случаях выпарной аппарат с тепловым насосом может оказаться экономичнее многокорпусной выпарной установки, в другом – наоборот. Установлено, что для средних величин стоимости энергии и пара выпарные аппараты с тепловыми насосами экономически выгодны, если температурная депрессия не превышает 8 ... 10°С. Если же температурная депрессия больше 10...15°С, то рентабельнее многокорпусная выпарка.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается сущность процесса выпаривания?

2. Какие основные свойства растворов учитываются при расчете про­цессов выпаривания?

3. Какие способы и методы выпаривания существуют?

4. По какому принципу классифицируют выпарные аппараты?

5. В чем заключается процесс простого выпаривания?

6. Каковы сущность и особенности многократного выпаривания?

7. Каким образом определяется общая и полезная разность темпера­тур для процессов выпаривания?

8. Какова область применения адиа6атных выпарных установок?

9. В чем заключаются особенности применения выпарных установок с

тепловым насосом?