蒸汽噴射泵的原理及在節(jié)能中的應(yīng)用

【摘要】：介紹了蒸汽噴射泵原理以及有效利用高品位蒸汽的裕壓，回收低壓蒸汽，起到節(jié)能的作用。

【關(guān)鍵詞】：蒸汽噴射泵；蒸汽壓力匹配；低壓蒸汽利用；節(jié)能

1 引言

蒸汽噴射泵是射流技術(shù)在傳熱領(lǐng)域的應(yīng)用。該技術(shù)從20世紀(jì)80年代傳入我國，近幾年開始應(yīng)用于工程。蒸汽噴射泵結(jié)構(gòu)簡單，投資小，運(yùn)行可靠，能合理匹配蒸汽的壓力等級，回收低品位蒸汽，提高蒸汽的利用效率，是節(jié)能的重要途徑。

2 蒸汽噴射泵

2.1 結(jié)構(gòu)

蒸汽噴射泵主要由噴嘴、接受室、混合室、擴(kuò)壓室等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。

2.2 工作原理

蒸汽噴射泵的工作原理是高壓蒸汽通過噴嘴時(shí)產(chǎn)生高速氣流，在噴嘴出口處產(chǎn)生低壓區(qū)，在此區(qū)域?qū)⒌蛪赫羝耄邏赫羝谂蛎浀耐瑫r(shí)壓縮低壓蒸汽，用高壓蒸汽的裕壓提高低壓蒸汽的品位，然后通過混合室進(jìn)行良好混合，混合后的蒸汽再通過擴(kuò)壓室恢復(fù)部分壓力，達(dá)到要求的蒸汽壓力后供給熱用戶使用。根據(jù)高、低壓蒸汽的參數(shù)可以進(jìn)行不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得到各種壓力等級的蒸汽，滿足不同熱用戶的要求。吸入的低壓蒸汽既可以是放散的廢蒸汽，也可以是凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸蒸汽，使低焓熱能得到充分利用，，達(dá)到節(jié)約能源的目的。蒸汽噴射泵的節(jié)能率可以達(dá)到35%左右，具有很好的實(shí)用性。

2.3 噴射泵的分類

根據(jù)流體的相位不同，通常可將噴射裝置分為三種：

水—水噴射泵，工作流體和被引射流體均為水，又稱水噴射器或混水器；汽—水噴射泵，工作流體為蒸汽，被引射流體為水；以上兩種常用于采暖通風(fēng)系統(tǒng)中。汽—汽噴射器，工作流體和被引射流體均為蒸汽，又稱為蒸汽噴射泵。

蒸汽噴射泵和水噴射泵的原理是一樣的，由于水噴射泵的工質(zhì)為液態(tài)，僅需考慮其不可壓縮這一特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)計(jì)算更為簡單，但就用途而論，蒸汽噴射更為廣泛。

3 蒸汽噴射泵的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循以下三個(gè)基本定律:

3.1 質(zhì)量守恒定律

Gg=Gp+Gh(1)

或Gg=(1+u)Gp(2)

式中:

Gp—引射蒸汽的質(zhì)量流量，kg/s;

Gh—被引射蒸汽的質(zhì)量流量，kg/s;

Gg—混合蒸汽的質(zhì)量流量，kg/s;

u----噴射系數(shù)，u=Gh/Gp.

3.2能量守恒定律

ip+uih=(1+u)ig(3)

式中:

ip—引射蒸汽的焓，kJ/kg;

ih—被引射蒸汽的焓，kJ/kg;

ig—混合蒸汽的焓，kJ/kg.

3.3 動(dòng)量守恒定律

對于流體在圓筒形混合室中的工作過程的動(dòng)量方程式:

（4）

式中：

φ2—混合室速度系數(shù)；

W2—引射流體在噴管出口處的實(shí)際速度，m/s；

W3—混合流體在混合室終點(diǎn)處的實(shí)際速度，m/s；

W4—被引射流體在混合室入口處的實(shí)際速度，m/s；

g—自由落體重力加速度，m/s2；

f3—混合室的截面積，m2；

P3—混合流體在混合室終點(diǎn)處的壓力，Pa；

P4—混合流體在混合室入口處的壓力，Pa。

4 蒸汽噴射泵的調(diào)節(jié)

當(dāng)蒸汽噴射泵在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，其噴射系數(shù)要下降，效率降低。

在實(shí)際運(yùn)行中最常見到的工況是混合蒸汽量Gg隨用戶需求而變化.當(dāng)Gg減小時(shí)，如不進(jìn)行調(diào)節(jié)，即引射蒸汽量Gp不變，此時(shí)噴射系數(shù)u下降。顯然，當(dāng)混合蒸汽量減少到引射蒸汽量時(shí)，Gg=Gp，此時(shí)u=0，噴射泵變成單純的減壓節(jié)流器，效率最低。

當(dāng)所需的混合蒸汽量改變時(shí)，噴射泵的效率可以借助人工調(diào)節(jié)而大大提高，這種調(diào)節(jié)可以質(zhì)調(diào)節(jié)或量調(diào)節(jié)。質(zhì)調(diào)節(jié)是降低噴射泵前的引射蒸汽壓力，這可以簡單地用引射蒸汽入口的閥門節(jié)流來實(shí)現(xiàn)，而量調(diào)節(jié)是保持引射蒸汽的壓力不變，借助于噴管中移動(dòng)的閥針來改變噴管的截面積。從動(dòng)力觀點(diǎn)看，量調(diào)比質(zhì)調(diào)好，量調(diào)節(jié)不降低引射蒸汽的有效能，而質(zhì)調(diào)節(jié)增加了節(jié)流損失。在量調(diào)情況下，噴射泵在射蒸汽量最小而噴射系數(shù)變化時(shí)的工作范圍最大。

當(dāng)然，要想在混合蒸汽需要下降時(shí)仍保持噴射泵的設(shè)計(jì)噴射系數(shù)，只有同時(shí)改變混合室和工作噴管喉部尺寸，使它們截面積的比值保持不變，這在結(jié)構(gòu)上是有困難的。

若需要噴射升壓的余汽量很大，且需求量變化幅度也大時(shí)，可以安裝幾臺(tái)并聯(lián)工作的噴射泵，這樣可基本保持量調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，由于噴射泵設(shè)計(jì)制造容易，一般無需維修，多裝幾臺(tái)是合算的，使用中可按負(fù)荷變化決定運(yùn)行的臺(tái)數(shù)。從調(diào)節(jié)觀點(diǎn)出發(fā)，采用數(shù)臺(tái)泵并聯(lián)，可以做到在全部工作范圍內(nèi)均可使噴射泵在設(shè)計(jì)噴射系數(shù)附近運(yùn)行，以提高效率。

5 蒸汽噴射泵的應(yīng)用舉例

5.1 某年產(chǎn)6000噸涂料的中型化工企業(yè)，某工藝需要蒸汽參數(shù)壓力為0.1—0.15MPa，溫度90—110℃。蒸汽在管間，管內(nèi)是被加熱、蒸發(fā)、濃縮的溶液。原來使用的蒸汽為0.8MPa，溫度為170℃，經(jīng)減壓降溫后供給此設(shè)備。現(xiàn)采用蒸汽噴射泵，用部分新蒸汽來引射該設(shè)備濃縮器出來的二次蒸汽和冷凝水的二次蒸汽，使二次蒸汽回收利用，每天回收廢熱水1000噸，不僅節(jié)省了新蒸汽，還可節(jié)省二臺(tái)37kw水泵，日節(jié)電1700kWh。全年節(jié)約電費(fèi)30萬元左右，加上節(jié)省的新蒸汽，全年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)50萬元以上。

5.2 某年產(chǎn)5000噸酒精的酒廠，利用酒精蒸餾產(chǎn)生的蒸汽被新蒸汽引射，每日可節(jié)約新蒸汽30噸，使酒精的煤耗從每噸酒精1040kg標(biāo)煤降至600kg標(biāo)煤，全年可獲直接經(jīng)濟(jì)效益43萬多元。

蒸汽噴射泵除用作提高廢汽壓力以節(jié)約新蒸汽外，還廣泛用于真空技術(shù)，可以代替真空泵進(jìn)行真空蒸餾、真空干燥、真空脫氣、真空結(jié)晶以及真空煉鋼、制冷等方面。

6 結(jié)語

從節(jié)約能源的觀點(diǎn)出發(fā)，既要考慮蒸汽量的匹配，也要考慮蒸汽質(zhì)的匹配，按蒸汽的品位分級供熱，同時(shí)盡可能回收余熱，把熱能損失降到最小，這是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。蒸汽噴射泵構(gòu)造簡單，工作性能可靠，價(jià)格低廉，能簡便地解決提高廢汽壓力，是一種重要的節(jié)能和余熱利用裝置，也是回收二次蒸汽和高溫凝結(jié)水的一種有效裝置。蒸汽噴射泵具有很大的節(jié)能潛力，應(yīng)該得到各方面的大力推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]閻爾平.蒸汽噴射式熱泵供熱的研究及節(jié)能評價(jià)[J].制冷學(xué)報(bào)，1988，(3)9—13

[2]董樹屏，李天鐸.熱能轉(zhuǎn)換及利用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985

[3]楊乃恒.真空獲得設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1986.

[4]廖國進(jìn).水蒸汽噴射泵抽氣理論及噴射泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的研究[D].東北大學(xué)，2002.

[5]李光祺等.水蒸汽噴射泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].真空，1992，(3).

[6]魏仕英.濕蒸汽氣動(dòng)和熱力參數(shù)計(jì)算[J].真空與低溫，1988，(2).

[7]魏仕英，王建國.水蒸汽引射器尺寸的計(jì)算方法[J].真空與低溫，1988，(4)

[8]泵的選用與管線設(shè)計(jì).王洪鎧編譯.臺(tái)北:徐氏基金會(huì)出版，1982.

[9]陸宏圻.射流泵技術(shù)的理論及應(yīng)用北京:水利電力出版社，1989.

[10]張琪，彭順龍，李兆敏.噴射泵用于斜直水平井舉升稠油技術(shù)研究.1997—10

[11]陳之航，等.蒸汽蓄熱器降壓自蒸發(fā)試驗(yàn)研究[J].上海機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1985，(2):17～28.

[12]程祖虞.蒸汽蓄熱器的應(yīng)用和設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[13]魏仕英.水蒸汽引射器一維疏的計(jì)算方法真空與低溫，1988，7(1):25～36

[14]流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)中國建筑工業(yè)出版社