蒸汽喷射泵供热节能应用

蒸汽喷射泵与热的有效利用[摘要]：节流减压式供热造成热能的无效贬值和浪费。蒸汽喷射泵技术能有效利用高品位蒸汽的热，进行供热蒸汽的压力匹配，回收废蒸汽，使蒸汽热能得到充分利用，起到节能的作用。关键词：节流减压式供热损失蒸汽喷射泵概述在工业生产过程中，经常需要数种不同压力等级的蒸汽作为生产用汽，但是热源能提供的蒸汽压力一般比较单一。目前普遍采用的供热方式是对蒸汽进行节流减压的方式。蒸汽经过节流减压后，会产生能量的无效贬值和损失，使蒸汽的质量降低。一般来说，节流减压前后蒸汽的压差越大，产生的损失也就越大。热损失是衡量蒸汽利用合理性的尺度。1.1蒸汽和的基本概念我们把环境温度下蒸汽热能在理论上能够转变为有用功的那部分能量称为蒸汽的热。从可用能的角度分析，蒸汽热能在高温段转变为有用功的能力较大，在低温段转变为有用功的能力较小，当蒸汽温度低到一定程度时，甚至完全不能转变为有用功。我们把蒸汽热能中不能转变为有用功的那部分能量称为蒸汽的。在蒸汽热能成分中，所占的比例越大，蒸汽的品质越高；反之，则蒸汽的品质越低。蒸汽的品质可以用能质系数来评价，能质系数等于单位蒸汽能量中热所占的比例。能质系数越高，说明蒸汽的质量越高。有了和的概念，热力学第一定律可以表述为：在任何能量转换过程中，和的总和保持不变。而热力学第二定律可以表述为：高品位能量总是能够自发地转变为低品位能量，而低品位能量一定不能自发地转变为高品位能量。上述热力学理论可以用于评价热力过程的经济性与合理性。蒸汽节流减压的热力过程分析下面用热力学理论来分析蒸汽节流减压的热力过程。利用阀门或节流孔板的阻力特性控制和调节蒸汽流量，使之在突然缩小的截面上产生压力降的现象称为节流减压。节流减压过程是典型的不可逆过程。当蒸汽通过缩小截面时，在缩孔处产生强烈摩擦，使一部分动能用于克服摩擦阻力，然后转变为热能被蒸汽本身所吸收。尽管节流前后蒸汽的焓值没有发生变化，但蒸汽在节流减压过程中，由于涡流作用使大量规则运动的分子变为无序运动，产生耗散功，导致熵的增加。也就是蒸汽的质量发生了变化，蒸汽的一部分变成了，产生了能量的无效贬值。所以，节流减压式供热是一种极不合理的供热方式。蒸汽节流减压过程的温熵图如图1所示。假设蒸汽节流减压在绝状态下进行（散热损失可以忽略不计），则单位流体稳态流动的能量方程式为：式中：q-蒸汽的热流量，kg/h；h1、h2－节流前、后蒸汽的焓值，KJ/kg；c1、c2－节流前、后蒸汽的流速，m/s；g－重力加速度，m/s2；Z1、Z2－蒸汽管道中心高度，m；Ｗah－蒸汽所做的机械功。因为是绝热流动，所以q＝0；而且节流前后适当距离处管内截面蒸汽流速的变化很小，其总动能变化与焓值变化相比可以忽略不计，即；节流前后蒸汽管道中心标高没有变化，即Z2-Z1＝O；节流过程中蒸汽也没有作功，即Wah＝0。由此可以得出蒸汽节流减压的能量方程式为：h1＝h2用热力学第一定律分析节流过程，得出的结果是焓值守衡，反映不出蒸汽的能量损失。但从热力学第二定律来看，熵的增加反映了蒸汽质量的变化，由于蒸汽中的部分转变成，使蒸汽做功的能力降低，导致能量的无效贬值。蒸汽节流减压后的损失可以表述为：式中：△ex—蒸汽的损失，KJ/kg；ex1、ex2—节流减压前、后蒸汽的值，KJ/kg；T0—节流减压后蒸汽的温度，℃；s1、s2—节流减压前、后蒸汽的熵值，KJ/kg。2．蒸汽喷射泵技术与热的有效利用2.1．蒸汽喷射泵的工作原理蒸汽喷射泵是一种热力设备，它可以通过蒸汽射流作用，充分利用高压蒸汽的裕压能量，提高低压蒸汽的能量，达到回收废热蒸汽，节约能源的目的。蒸汽喷射泵由喷嘴、接受室、混合室和扩压管等部件组成，其结构和热力过程如图2所示。蒸汽喷射泵在工作时以减压前后蒸汽的压差作为动力。当高压蒸汽通过喷嘴时，由于流速增加、压力降低而在出口处形成低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，然后进入混合室混合，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，最后使其热达到平衡。蒸汽经过良好混合后再进入扩压管，使蒸汽恢复一部分压力损失。达到要求的蒸汽参数后，供给热用户使用。蒸汽喷射泵出口的蒸汽参数可以进行控制，通过泵的结构设计满足用户的使用要求。为了精确控制蒸汽参数，还可以采用自动控制装置进行调节。2.2、蒸汽喷射泵应用热力系统简介2.2.1压力匹配系统在供汽汽源单一的情况下，为了满足用户对蒸汽不同压力参数的要求，可以采用蒸汽喷射泵压力匹配系统。该系统通过高压蒸汽引射低压蒸汽，在降低高压蒸汽压力的同时，提高低压蒸汽的压力，产生介于高、低压蒸汽压力之间各种压力的蒸汽，这在热电厂背压汽轮机排汽供热和热网供热方面已有了很好的应用。其热力系统如图3所示。2.2.2、凝结水闪蒸汽回收系统在需要用蒸汽加热或换热的生产工艺中，伴随有大量的凝结水产生，而凝结水的排放过程会产生部分闪蒸汽，这部分闪蒸汽因为回收成本高，经济性差，一般情况下是排放掉。采用蒸汽喷射泵式蒸汽回收系统可以回收这部分闪蒸汽，提高其压力后重新使用，在节约能源的同时也扩大了热源的供热能力。其热力系统如图4所示。3．工程实例某石蜡化工企业在生产过程中产生大量的凝结水，其中加热工艺过程中产生的凝结水为4.5t/h，压力为0.5MPa；蒸汽管网疏水量为1.2t/h，压力为0.8MPa。两者均为汽水混合物，含汽量约为30%。在凝结水送入凝结水箱回收过程中产生部分闪蒸汽，经实测，产汽量约为2t/h。以前没有回收措施，直接排入大气，即浪费能源，又污染环境。为了降低生产成本，提高企业在市场中的竞争力，该企业决定采用蒸汽喷射泵技术回收这部分废蒸汽，重复利用以提高经济效益。技术方案在锅炉房内设置集汽缸，集汽缸定压为0.1MPa。首先将生产过程中凝结水产生的闪蒸汽和蒸汽管网疏水产生的闪蒸汽汇合后引入集汽缸，然后再引至蒸汽喷射泵的低压蒸汽入口。从厂区内蒸汽管网引出1.0MPa的新蒸汽作为驱动蒸汽，通过蒸汽喷射泵将0.1MPa的闪蒸汽提压到0.2MPa，供给热力除氧器作为除氧用汽。经计算，约需要1.0MPa的新蒸汽4.2t/h。蒸汽喷射泵的总供汽量为6.2t/h。经济效益分析该节能项目的总投资为34.2万元，包括集汽缸、蒸汽喷射泵、阀门、管道、保温及自动控制系统等内容。年总运行时间为8000小时，生产蒸汽的实际成本为100元/吨，则节约蒸汽的价值为：2×8000×100=160万元投资回收期为：分析结果说明，该项目的经济效益显著。4．结束语从合理用能角度来看，既应注重节能的数量，也应注重节能的质量，而节能的质量就是尽可能减少热损失，抑制向的转化。对于某些供热项目来说，从节能数量方面似乎已经无潜力可挖，但若从用能质量的角度分析，仍有较大的节能潜力。在满足能量数量匹配的同时，应力求达到能量质的匹配。蒸汽喷射泵热力系统在满足蒸汽减压供热的同时，充分利用了节流减压式