基于可调热泵的蒸汽冷凝水热力系统研究-化工过程机械专业论文.docxVIP

申请 工学硕士 学位论文 论文题目：基于可调热泵的蒸汽冷凝水热力系统 研究 学 位 类 别：工学硕士 专业学位领域：化工过程机械 培 养 单 位：造纸工程学院 硕士生：李 蕊 导 师：汤 伟 2012 年 5 月 RESEARCH ON STEAM CONDENSATE THERMO- DYNAMIC SYSTEM BASED ON ADJUSTABLE THERMAL COMPRESSOR A Thesis Submitted to Shaanxi University of Science and Technology in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By (Li Rui) Thesis Supervisor: Professor (Tang Wei) May 2012 I I PAGE PAGE IV 基于可调热泵的蒸汽冷凝水热力系统研究 摘 要 造纸工业在我国是一个资金和技术密集型的“朝阳产业”，作为国家 “十一五”规划振兴产业，其主要发展方向是淘汰落后产能、走节能降耗 的“低碳经济”之路。而长期制约着纸机车速、产量以及能耗的主要问题 在于烘缸冷凝水排出不畅，为此国内外一直致力于干燥部供汽系统的研 究。传统的纸机干燥部多段供汽系统属于被动式蒸汽串联供热系统，易出 现烘缸积水，导致烘缸传热效率降低，影响纸张的干燥效率。从国外引进 的热泵系统则有效避免了烘缸积水，提高了系统传热传质效率，实现了利 用低参数品位的热源达到节能降耗的目的。但是同国外的可调节热泵相 比，目前国内所采用的常规热泵具有调节范围相对较窄、适应纸种变化的 范围不够宽等缺点。因此，研究可调热泵，利用它改造烘缸热力系统，对 提高干燥效率和干燥部的节能有重大意义。 本项目受陕西省科技型中小企业创新基金（10C26216103241）支持， 针对我国纸机干燥部蒸汽冷凝水系统存在的一些问题，消化吸收国外在可 调热泵设计方面的先进技术，并研发相配套的热力控制系统，用于对我国 新上纸机的配套或对现有纸机蒸汽冷凝水系统的改造。本文主要工作总结 如下： （1）对现有纸机干燥部各类供汽系统的优缺点分析，提出一种新式 热泵供汽系统。它结合三段供汽与热泵供汽的优点，并采用可调热泵，以 提供可靠的冷凝水排放、最大的热传递效率及最有效的蒸汽使用。总结热 力系统中各参数的计算方法，通过实例计算得出新式热泵供汽系统的热力 平衡计算方法，为合理设计供汽系统提供理论依据。 （2）充分研究热泵在纸机干燥部热力系统的应用，在学习总结前人 计算经验的基础上，通过分析常规热泵的设计方法，提出可调热泵的设计 方法。从实际工况出发对可调热泵进行结构尺寸设计，并采用流体分析软 件 CFD 对其进行数值模拟分析，判定可调热泵的性能参数的范围，并与 理论计算结果进行对比，验证设计的合理性，使可调热泵在纸机干燥部中 得到良好发挥，达到提高干燥效率、降低纸机能耗、改善成纸质量的目 的。 （3）通过分析现有常规热泵控制方式，提出适合于可调热泵的控 制。通过对可调热泵采用低选控制，配以压力与压差控制回路，并对干燥 部烘缸组采用压力分段与分程控制，不仅可以保证烘缸温升曲线的合理 性，还能充分利用热能。此控制方式是基于西门子 300PLC 控制系统来实 现的。 （4）以湖南天和纸业的涂布白板纸机所采取的热力控制系统为例， 对新式热泵供汽系统进行应用研究。 关键词：纸机干燥部，热力系统，可调热泵，数值模拟，控制方式 III III PAGE PAGE IV RESEARCH ON STEAM CONDENSATE THERMO- DYNAMIC SYSTEM BASED ON ADJUSTABLE THERMAL COMPRESSOR ABSTRACT Paper-making industry in China is a capital and technology intensive Sunrise, as one of the revitalization industry, its main development direction is to eliminate backward production capacity, energy-saving and consumption- reducing of low carbon economy road. As poor stagnant water discharged in the dryer has long-term restricted speed, yield and energy consumpt