蒸汽喷射式热泵木材干燥供热系统

    国内外木材加工工业化的程度不断提高，生产规模进一步扩大，对于优质锯材的需求量越来越多，对木材干燥的要求越来越高，木材干燥的能源消耗约占木制品生产所需总能耗的60—70%，目前仍以蒸汽干燥为主，其主要优点是工艺成熟，干燥容量大，干燥周期短，但其最大的缺点是热损失大，而且能量利用率低，一般仅为30%左右。因此如何提高木材干燥中能源的利用率、降低能源消耗，对节约能源、降低成本具有重要意义，是木材加工企业面临的一个重大课题。寻找和开发新的干燥方法和工艺，是解决节能问题的有效途径：如太阳能干燥、除湿干燥（热泵干燥）、等。除湿与太阳能干燥在节能方面都具有显著效果，但太阳能干燥由于受气候条件影响以及低成本的有效贮能问题没有解决，故单一的太阳能干燥技术发展较慢。与之相比除湿干燥则具有明显优势，近年来在我国的发展较快。除湿干燥大多是采用蒸气压缩式热泵，其供热温度仍然受到制冷剂的限制，其最高供热温度也只有70℃左右。因而木材干燥缓慢，周期较长，特别是干燥厚板材、且终含水率要求低于20%时，这个缺点就更加突出，从而限制了这种节能技术的使用范围。另外采用二次能源电作为能源，与一次能源相比存在能源转换的效率问题。同时除湿干燥没有蒸汽不能进行喷蒸处理，木材表面硬化，会引起表裂。为了节约能源，提高以蒸汽为介质的干燥窑的热效率，设计了一套蒸汽喷射式热泵的蒸汽干燥窑供热系统。

 
2 蒸汽喷射式热泵工作原理
    热泵的工作原理是从低温区（冷源）吸收热能，并使此热能拌随着某些功的输入，一并传递到高温区（热源），从而得到较高的温度的可利用的热能。喷射式热系统流程图及其基本循环的温熵图和压焓图见图1和图2。在锅炉中被定压加热后的工质（状态6）进入喷嘴，等熵膨胀至状态7，形成高速低压气流，因而能自蒸发器中吸入（状态8）工质，两者在混合器中混和（成状态2）后进入扩压器增压、升温（状态3），然后再进入冷凝器向高温热源定压排出热能，因而 被冷凝成（状态4的）液体。部分液态工质经节流阀，降温降压（至状态1）后流经蒸发器，自环境中定压吸取热能（成状态8）后重被吸入混合器；另一部分液态工质则被泵送（加压至状态5后）进入锅炉再次被定压加热（而回复至状态6）。

    对蒸汽喷射式热泵系统的工作进行分析，看出该热泵系统可以分成两个部分，第一部分是提供机械能的热机，参与运行的质量为m1的工质按正向的动力循环5-6-9-4-5工作，第二部分是消耗机械功的热泵，参与运行的质量为m2的工质按逆向的蒸汽压缩循环1-2-3-4-1工作，参与运行的工质必须是同一种工质。其质量比动力循环5-6-9-4-5与蒸汽循环1-2-3-4-1组成整个热泵系统与蒸汽喷射式热泵系统的组成形式虽然不同，而其客观效果却完全相同，即两者的制热量及热力系数完全相等。

3 蒸汽喷射式热泵的供热系统的结构
    蒸汽喷射式热泵干燥窑由干燥窑和蒸汽喷射式热泵系统组成（图3所示）。来自锅炉产生的水蒸汽被三通管分为两路，一路直接进入干燥窑与喷蒸管相连接，并由喷蒸阀控制其启闭，在需要时对窑内木材进行喷蒸处理。另一路蒸汽进入蒸汽喷射器，在蒸汽喷射器中蒸汽经过三个工作阶段：绝热膨胀阶段，混合阶段和压缩阶段。
    在绝热膨胀阶段水蒸汽通过喷嘴绝热膨胀，将其压力能转化为速度能，以很高速度喷射出去。
    在混合阶段是水蒸汽与被抽的低压气体进行混合，二股气流进行能量交换，被子抽气流的速度增加，水蒸汽携带着被抽气体进入到扩压器中。
    混合阶段在扩压器中水蒸汽与被抽气体一边继续进行能量交换，一边逐渐压缩，动能又转化为位能，到扩压器的喉部完成混合阶段，两种气流达到同一速度。再经过扩散，此时速度降低，压力进一步扩大，从而将被抽气体排出喷射器，完成蒸汽喷射器的工作过程。
    被增压的水蒸汽进入冷凝器，在冷凝器（加热器）中在近似等压的过程中冷凝为凝结水，同时放出汽化潜热。此时的凝结水压力还比较高，可以再次利用，采用减压阀对其进行减压汽化，再经过下一级的冷凝器继续凝结放热。冷凝器放出的热量在风机的引导下进入木材干燥窑对窑内的木材进行加热。

    冷凝器里的水蒸汽放出汽化潜热后的凝结水一部分流向凝结水箱，泵送至锅炉。另一部分经膨胀阀绝热降压成低压的凝结水，在蒸发器中吸收汽化潜热蒸发成低压水蒸汽，然后被喷射器引射，在混合管中与喷射蒸汽混合，成为高温高压蒸汽，流入冷凝器。