■ 向忠純

(作者向忠純單位為中船重工第719研究所)

隨著可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，然而在燃料資源儲量有限的情況下具有較高熱效率、對環(huán)境污染小的熱泵蒸發(fā)技術(shù)在蜂蜜濃縮加工工藝中應(yīng)用方面具有巨大的潛力。

傳統(tǒng)蜂蜜濃縮加工都是采用熱效率低，而且容易造成環(huán)境污染的鍋爐提供飽和蒸汽給蒸發(fā)器供熱，蜂蜜在濃縮過程中產(chǎn)生的具有潛熱的二次蒸汽都隨冷卻水排入了地溝。

采用蒸汽壓縮式熱泵蜂蜜濃縮加工工藝，能使二次蒸汽的潛熱得到充分利用，即通過給二次蒸汽補(bǔ)充一定的壓縮功（耗電），使其產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，以提供蒸發(fā)器蜂蜜濃縮所需要的熱量，從而代替了消耗大量的由鍋爐提供的飽和蒸汽（耗煤），能達(dá)到既節(jié)能又環(huán)保的目的。

工藝要求較高

通過真空濃縮的辦法加工不成熟蜂蜜是我國蜂業(yè)界普遍采用的加工方法，然而用此方法既要獲得高質(zhì)量的蜂蜜產(chǎn)品，又要節(jié)省能源，就必須要用先進(jìn)的加工工藝和先進(jìn)的供熱技術(shù)。

目前蜂業(yè)界普遍采用水力噴射冷凝器和蒸發(fā)器組成的開式真空濃縮的加工工藝，這種工藝最大的缺點(diǎn)是在濃縮過程中蜂蜜的芳香味會隨噴射冷凝器的冷卻水大量散失到大氣中。如果采用機(jī)械真空泵，通過冷凝器和蒸發(fā)器組成的閉式真空濃縮加工工藝，蜂蜜芳香味就能得到很好地保留。但是無論是哪種加工工藝，蜂蜜在蒸發(fā)器濃縮過程中均需要提供足夠的熱量維持蜂蜜中水分的蒸發(fā)。

這里以8小時(shí)濃縮25噸含水量為30%的原蜂蜜加工成含水量為18%（42波美度）的成品蜂蜜為例，需鍋爐提供的熱量如下：

8小時(shí)濃縮25噸原蜂蜜，即要求每小時(shí)將原蜂蜜中375千克的水分蒸發(fā)出來，如果進(jìn)入蒸發(fā)器的原蜂蜜溫度為45℃，蒸發(fā)器真空表讀數(shù)為-0.096Mpa，則供熱鍋爐每小時(shí)必須提供大約22萬大卡的熱量。目前我國蜂業(yè)界蜂蜜加工單位幾乎都采用鍋爐供汽的辦法提供熱源，給蒸發(fā)器供汽的參數(shù)一般為0.3～0.5Mpa的飽和蒸汽，8小時(shí)濃縮25噸原蜂蜜就必須要產(chǎn)汽量為0.5噸/時(shí)的鍋爐不斷供熱，無論是以常規(guī)的燃煤方法，還是以燃油或燒天然氣的方法提供熱源，均需消耗可觀的能源。不僅如此，鍋爐效率較低，易造成污染，既浪費(fèi)資源，又會對環(huán)境造成破壞。當(dāng)前能源價(jià)格不斷上漲以及人們對能源需求量的日益增長，節(jié)省能源成為當(dāng)務(wù)之急。

隨著可持續(xù)發(fā)展理念日益深入人心，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，然而在燃料資源儲量有限的情況下具有較高熱效率、對環(huán)境污染小的熱泵蒸發(fā)技術(shù)在蜂蜜濃縮加工工藝中應(yīng)用方面具有巨大的潛力。熱泵能把還沒有完全做完功（有潛熱）的低溫?zé)崮堋氨谩被氐礁邷匚粺崮苤校蛊渑c其他高溫位熱能一起做功，在完成這輪功的同時(shí)，還會有低溫位熱能產(chǎn)生，熱泵再次將其“泵”回到高溫?zé)崮苤惺蛊湓僮龉?，如此反?fù)，這就大大提高了能源有效利用率，而且熱泵的這個(gè)功能完全可以用到蜂蜜濃縮的工藝過程。

“二次蒸汽”收集利器

蒸汽壓縮式熱泵按其工作原理可分為蒸汽壓縮式熱泵，吸收式熱泵和化學(xué)式熱泵三大類，其中蒸汽壓縮式熱泵按壓縮方式不一樣又分為機(jī)械壓縮式熱泵和蒸汽噴射壓縮式兩種。

本文主要介紹機(jī)械蒸汽壓縮式熱泵用于蜂蜜蒸發(fā)濃縮的工藝流程。

熱泵蒸發(fā)原理用于稀溶液濃縮時(shí)，其低溫的稀溶液經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)器被濃縮的同時(shí)產(chǎn)生二次蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮式熱泵壓縮（耗電）提高了壓力、溫度和焓值，然后送回蒸發(fā)器的加熱室中，作為加熱蒸汽用于蒸發(fā)稀溶液；被加熱的稀溶液吸收其泛熱后又產(chǎn)生二次蒸汽再進(jìn)入蒸汽壓縮式熱泵壓縮。如此不斷循環(huán)，稀溶液就逐漸被濃縮成所要求的濃溶液。由于蜂蜜濃縮的全過程也是由稀濃度經(jīng)不斷蒸發(fā)逐漸變成高濃度的過程，整個(gè)過程也都是通過外界不斷提供熱量維持蜂蜜中水分蒸發(fā)生成二次蒸汽，故蒸汽壓縮式熱泵蒸發(fā)原理與我國普遍采用的用蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮獲得高濃度蜂蜜的工藝過程相結(jié)合，就可以得到一個(gè)如下圖所示的先進(jìn)的蜂蜜濃縮工藝流程：

原蜂蜜經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱，進(jìn)入外加熱式蒸發(fā)器加熱室管程后被殼程的加熱蒸汽加熱而沸騰產(chǎn)生二次蒸汽；從蒸發(fā)器出來的二次蒸汽進(jìn)入機(jī)械蒸汽壓縮式熱泵經(jīng)絕熱壓縮（耗電），溫度、壓力升高后（溫度一般可升高20℃左右），進(jìn)入蒸發(fā)器加熱室殼程與管程內(nèi)沸騰的蜂蜜形成足夠的傳熱溫差，從而使蒸發(fā)器內(nèi)蜂蜜濃縮的過程得到維持，這過程只須補(bǔ)充一定量的壓縮功便可利用二次蒸汽的大量潛熱。壓縮后的二次蒸汽經(jīng)蒸發(fā)器加熱室冷凝后作為預(yù)熱器的加熱介質(zhì)，使其經(jīng)壓縮后的二次蒸汽的泛熱得到完全的利用。即以少量高質(zhì)能機(jī)械功，電能等，通過熱泵蒸發(fā)裝置把大量的低溫位熱能轉(zhuǎn)化為有用的高溫位熱能加以利用，從而節(jié)省了大量的鍋爐產(chǎn)生的新蒸汽。

工藝流程效益高

由此可以看出，機(jī)械蒸汽壓縮式熱泵組成的蜂蜜濃縮工藝流程顯著優(yōu)點(diǎn)是：雖然機(jī)械蒸汽壓縮式熱泵蒸發(fā)是用補(bǔ)充一定的壓縮功（耗電）代替了消耗大量的加熱蒸汽（耗煤或天然氣），但由于前者的熱效率高，故節(jié)省能源。然而電煤比價(jià)，電天然氣比價(jià)是決定機(jī)械壓縮式熱泵蒸發(fā)技術(shù)用于蜂蜜濃縮加工經(jīng)濟(jì)效益高低的關(guān)鍵因素。無疑，在目前我國電煤比價(jià)偏高的情況下，機(jī)械壓縮式熱泵對于蜂蜜濃縮時(shí)沸點(diǎn)升高不大的物料來說，不僅合適而且能耗小、經(jīng)濟(jì)效益高。

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)介紹，采用MVR羅茨壓縮機(jī)系統(tǒng)的熱泵，蒸發(fā)一噸水能耗大約是傳統(tǒng)蒸汽濃縮工藝流程的1/6到1/5，運(yùn)行成本只是傳統(tǒng)工藝的1/3到1/2。

值得提出的是，由于蜂蜜呈弱酸性，濃縮過程中產(chǎn)生的二次蒸汽也必然呈弱酸性，濃縮時(shí)如果分離效果不好，二次蒸汽里也必然含有一定量的呈弱酸性的蜂蜜，這樣就要求凡與二次蒸汽接觸的設(shè)備包括蒸汽壓縮式熱泵、蒸發(fā)器和預(yù)熱器的選材就必須要求用抗腐蝕能力強(qiáng)的奧氏體不銹鋼，不過這就增加了熱泵蒸發(fā)技術(shù)用于蜂蜜濃縮工藝過程的成本。