高温热泵工作原理.pdf

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高温热泵工作原理
热泵是以消耗一部分低品位能源（机械能、电能或高温热能）为补偿，使
热能从低温热源向高温热源传递的装置。其实质是借助降低一定量的功的品位，
提供品位较低而数量更多的能量。由于热泵能将低温热能转换为高温热能，提高
能源的有效利用率，因此是回收低温余热、利用环境介质（地下水、地表水、土
壤和室外空气等）中储存的能量的重要途径。
1、基本组成
蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是蒸汽压缩式高温热泵制冷系统的四个必不可
少的基本部件。制冷剂（雪种）在制冷系统中循环流动，方向见图。

（1）压缩过程：低温低压的制冷剂气体被压缩机压缩成高温高压的气体。此时
压缩机所做的功转化成制冷剂气体的内能，使之温度升高、压力增高，热力学上
称为绝热过程。
（2）冷凝过程：从压缩机出来的高温高压的制冷剂气体，流经冷凝器，利用风
或水不断的向外界放热，凝结成了中温高 压制冷剂液体。液化时制冷剂温度降
低但压力不变，在热力学上称之为等压过程。
（3）节流过程：从冷凝器出来的中温高压的制冷剂液体，经过节流装置的节流，
变成了低温低压制冷剂液体。在热力学上则称为等焓过程。
（4）蒸发过程：从过节流装置出来的低温低压的制冷剂液体，流经蒸发器,用风
或水不断的向室内吸热，蒸发成了低温低压的制冷剂气体。吸收的热量变成了制
冷剂的潜热，虽然温度上升不大，但内能增加很多。由于压力变化不大，在热力
学上称为等压过程。


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2. 热泵干燥技术的特点
（1）节约能源
节约能源是热泵最初应用的出发点，也是主要的优点。热泵低温(15～45℃)干燥
木材时可节约能耗 40％～70％。干燥大米的适宜温度为 35～50℃。温度虽低，
但是需要大量的热。传统干燥器的效率只有 3％～5％，而用热泵干燥效率将明
显提高。布匹对干燥温度有严格的要求，热泵干燥机组不但能满足此要求，而且
比传统的热泵干燥机组节能 50％左右。热泵干燥技术应用在蔬菜脱水中节能高
达 90％。近年来，越来越多的研究人员也证实了热泵干燥机组的节能特性。
（2）干燥产品品质好
热泵干燥是一种温和的干燥方式，接近自然干燥。表面水分的蒸发速度与内部水
分向表面迁移速度比较接近，使被干燥物品的品质好、色泽好、产品等级高。用
普通的干燥方法得到的芳香类挥发性物质保留少、耐热性差的维生素保留低、颜
色变化较大。例如：用滚筒干燥机得到生姜的生姜素保持率仅为 20％，而用热
泵干燥得到的生姜素保持率高达 26％。Van Blarcom 和 Mason 的试验表明，即使
在 50℃下，采用热泵干燥的澳大利亚坚果也不会出现上面所说的褐变现象，能
较好地保持坚果原有的色泽、风味及营养成分。
（3）干燥参数易于控制且可调范围宽
热泵干燥过程中，循环空气的温度、湿度及循环流量可得到精确、有效的控制，
且温度调节范围为-20 ～100℃ (加辅助加热装置)，相对湿度调节范围为 1
5％～80％，适合于热敏性物料的干燥。
（4）环境友好
物料干燥不仅要求提高产品质量和节约能耗，同时必须对环境友好。基于相同的
评价标准，热泵对全球变暖的影响与电释放的 CO2 相比是很小的。对环境的友
好是热泵干燥的优点。目前，国外提倡应用热泵来减少 CO2 的排放，它必将得到
进一步应用。

烟草烘干方案 : .
传统的烟叶烘烤，燃煤型烤房占据的市场份额最多，烟农和烟草公司对这类
烤房的接受程度也很高。而这类烤房控制器主要的控制参数是烤房内干球温度，
湿球温度。干球温度的控制主要体现在热源方面，热源需要不断提供烤房除湿所
需要的热量和烤房热损失热量。同时，根据烤烟工艺要求，在烟叶烘烤定色阶段，
热源需要维持烤房最高干球温度为 68℃。
湿球温度主要采用新风排湿方式，利用烤房内循环风机形成的负压，控制新风门
开度，控制进入烤房内新风量的大小，从而控制室内湿球温度。在烘干工艺三个
阶段中，排湿量最大阶段为定色阶段。此时大量冷风进入烤房，同时大量高温高
湿热风直接排走，热源需要产生足够的热量，同时烤房保持工艺要求的干球温度
55-58℃。
与其他烘干设备相比，热泵烟草烘干具备以下有点
1、安全：原有燃煤烤房利用煤作为燃料有明火产生，有可能漏火造成烟叶燃烧，
导致烟农造成巨大损失，而 PAKA 热泵烤房主机（包括电源）装置都安装在烤房
外面，由导热管传热至烤房散热装置进行加温，故烤房内绝无明火产生而达到绝
对安全。
2、环保：原有燃煤烤房利用煤作为燃料烘烤，排放二氧化碳、二氧化硫等有
毒气体危人体健康，其排放的其他尘埃烟雾使空气净度大幅下降，堆放场地严重
影响周边环境卫生；而 PAKA 热泵烤房绝对无排放，对人体和环境地影响和危害
为零，使烟农和烟区居民彻底告别烟熏火燎的劳动和居住环境。
3、节能：
原有燃煤烤房烤一房烟叶平均成本在 600 元左右，相同面积的 PAKA 热泵烤
房只需 420 元左右，相比较 PAKA 热泵烤房成本降低了 30%，并且烤房采用智能
化自动控制，无需专人看管，劳动力成本降低 60%左右。
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烟花|炸药烘干解决方案
烟花烘干需要注意的问题：
1、采用高温热水，低压蒸汽进行烘干作业的时候，烘干房内的温度需要遵循如
下要求：产品烘干温度不超过 75 度，药剂烘干温度不超过 60 度；
2、当采用热风方式干燥的时候，只允许对成品，没有药剂裸露的半成品进行干
燥。有药半成品，成品的烘干温度不应超过 40 度；烘干房内应该设置；

3、温湿度自动控制设备，自动排湿及通风良药设施，避免阳关提高直射。带裸
露药剂的半成品晒；
4、场周围必须设置防火堤设施，防火堤顶面高于产品屏幕至少 1 米；

传统烟花|炸药烘干现状：

采用高温热泵对纸筒/纸轴进行烘干处理。烘干过程能耗低，有效减少运行成本。
烘干过程通过热风介质升温，温度分布合理。纸筒受热均匀，有效减少变形分层
等质量隐患，烘干效果良好
安全可靠，烘干过程无过热或燃烧危险
烘干过程受温湿度系统自动控制，精度高。有效避免由于热工操控而导致的烘不
干或者过度烘干的现象。降低劳动强度，减少运行成本。
热泵改造项目的总热量配置，一般以客户现有耗能总量进行等量配置即可，或者
根据“凯立信”公司的经验数据进行热理配置
凯立信解决方案

大规模的工多采用电加热烤房，运行过程耗电量大，成本高。
电加热烘干方式温度较高，容易导致纸筒/纸轴受热不均匀的现象而出现变形和
分层现场。电加热管得高温严重的会引起火灾。
电加热管寿命有限，一般的发热管寿命为五到八个月，维修更换频繁。
小规模的工厂使用自然晒干或者风干的办法。生产周期长，效率低。同时受天气
影响很大，不能连续生产。劳动强度大，烘干的质量难以有效的控制。














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煤泥烘干解决方案
随着煤炭开发机械化程度的提高，粉煤在原煤种所占的比例越来越大，这就
使得动力煤洗煤厂的原生煤泥和炼体焦煤洗煤厂的浮选尾煤量大大增加，煤泥作
为洗煤过程中产生的副产品，因粒度细、持水性强、灰分高，且含有较多粘土等
特点为，给煤泥的综合利用带来了诸多不便，目前洗煤厂的煤泥绝大部分都闲置
堆积，或者廉价售给当地农民，既污染环境又造成了资源的浪费，煤泥的价值没
有得到真正的体现。
凯立信热泵烘干煤泥干澡处理新工艺就是为了解决煤泥同于高水分（ 40%-50%）
而无法综合利用的问题，该工艺的成功运用，使得煤泥的水分从 40%-50%gh 下
降到 12%左右，可以使煤泥的烘干处理实现连续化、工业化，并保证煤泥中的燃
烧物质在烘干处理的过程中得以有效的保存，煤泥的热值约煤每公斤三千五百大
卡（单位重量燃料烧时放出的热量称为发热量，为为规定以第公斤发热量七千大
卡的煤作为标准煤，并已此标准折算耗煤量）。烘干后的煤泥可以运用在如下方
面：
o 作为原料加工煤泥型煤，供工业锅炉或居民生活使用。
o 作为电厂燃料，降低生产成本。
o 作为砖厂添加剂，提高砖的质量。
o 作为水泥厂添加剂，改善水泥性能。
o 含有某些特定成分的煤泥可以用作化工原料。

处理后污泥 处理后污泥的
处理方式 作用
的含固率 主要成分
浓缩 减少污泥体积 3~8% 与原污泥同
机械脱水 减少污泥体积 15~35% 与原污泥同
减少污泥体积、稳定污泥 少量有机物
干燥 40~93%
性质、无害化 无机灰
减少污泥体积、稳定污泥
焚烧 >99% 无机灰
性质、无害化及热能回用