喷射式混合加热器在供热系统中的应用与节能

喷射式混合加热器在供热系统中的应用与节能摘要：本文介绍了喷射式混合加热器的使用性能，在蒸汽供热系统中的应用，以及在节能方面的一些应用。关键词：喷射式混合加热器供热节能前言在我国北方地区，由于气候寒冷，每年的采暖期达到5个月以上。采暖质量的好坏直接关系到千家万户居民的生活质量。在蒸汽供热的采暖系统中，供热过程是利用蒸汽锅炉生产出蒸汽，或由热电厂供给蒸汽，然后通过换热器进行汽—水换热和水—水换热，制取高温热水后送入热网，以输送热水的方式供用户采暖。对于这种供热方式，汽—水换热器就成为制备热水的关键设备。传统的汽—水换热方式多采用表面式间接换热，以采用板式汽—水换热器或管式汽—水换热器作为加热水的换热设备者居多。但是，喷射式混合加热器与表面式汽—水换热器相比较，具有更大的使用优势。喷射式混合加热器喷射式混合加热器是射流技术在传热领域的应用，它是通过汽、水两相流体的直接混合来生产热水的设备。喷射式混合加热器具有传换效率高，噪音低（可达到65dB以下），体积小，安装简单，运行可靠，投资少（在相同供热能力的条件下，喷射式混合加热器的造价仅为管式换热器的1/5）等优点。大量实践证明，它的使用性能在多方面超过传统的表面式换热器。喷射式混合加热器除上述优点外，还具有节能的作用。在有些需要精确控制热水温度的场合（如生产工艺的要求等），可以通过安装自动调节装置实现这一目的，通过调节进汽量来控制被加热水的温度，保持热水温度恒定。喷射式混合加热器按照驱动介质不同分为射汽带水式与射水带汽式两种。射汽带水式是指蒸汽通过喷嘴射流，水作为被引射流体；射水带汽式是指水通过喷嘴射流，蒸汽作为被引射流体。在热水供暖系统中采用射汽带水式喷射式混合加热器，可以代替表面式汽水加热器和循环水泵，起到节煤、节电、节省设备投资的作用。但是其使用条件较严，要求蒸汽达到一定压力，而且流量必须稳定，使这种加热器的应用受到一定的限制。在蒸汽压力高于水压力0.3MPa以上时，可以考虑采用射汽带水式喷射式混合加热器。而射水带汽式喷射式混合加热器不受蒸汽压力和流量的限制，使用的范围较宽，只是不能取代系统中循环水泵的作用。下面以射水带汽式喷射式混合加热器为例，介绍其工作原理与应用。2.1喷射式汽水混合加热器的工作原理当被加热水通过喷射式混合加热器的喷嘴时，压力降低，流速增加，在喷嘴的出口处形成低压区，蒸汽在此区域进入加热器内，与被加热水进行混合，蒸汽在水中凝结放热，汽、水之间进行能量、动量和质量的交换，然后汽水混合物进入混合室进一步均匀混合，最后进入扩压室使水的流速降低，压力升高，完成加热水的过程。作为热媒介质的蒸汽，可以使用新蒸汽，也可以使用回收的废蒸汽，进入喷射式混合加热器的蒸汽压力可以高于进口水的压力，也可以低于进口水的压力。如果采用凝结水产生的二次蒸汽或回收的废蒸汽作为加热热源，节能效益更为显著。2.2热能利用率对比分析下面通过一个计算示例比较表面式换热器与喷射式混合加热器的热能利用率。（1）已知条件：饱和蒸汽压力：0.3Mpa，汽化潜热：510.2kcal，饱和蒸汽焓：653.9kcal/kg，饱和水焓：143.7kcal/kg。（2）表面式汽水换热器的热能利用率疏水器的热损失按5%计算，凝结水全部回收利用，则：（3）喷射式混合加热器的热能利用率由于在喷射式混合加热器内汽水直接混合，加热器的散热损失很小，可以忽略不计，故可以认为：热能利用率=100%喷射式混合加热器的热效率之所以高于表面式加热器，根本原因是两种换热器的换热机理不同。表面式换热器的换热过程是蒸汽与被加热水不直接接触，通过金属表面传热，蒸汽凝结放热，被加热水吸收蒸汽的汽化潜热。蒸汽热焓中的汽化潜热所含热量可以得到利用，但饱和水焓的热量却无法被利用。而喷射式混合加热器与表面式加热器的换热过程不同之处在于蒸汽与水直接混合，蒸汽热焓中的汽化潜热和饱和水焓的热量全部可以被水吸收利用，所以热能利用率高。2.3喷射式混合加热器的安装与调试喷射式混合加热器的安装方式比较灵活，可以水平安装，也可以垂直安装。可以布置成推式安装，也可以布置成拉式安装。所谓推式安装，是指水泵布置在加热器前，即低温水先经过水泵加压，然后再进入加热器加热。拉式安装方式是指水泵布置在加热器后，低温水先经过加热器加热，然后再进入水泵加压。对于射水带汽式喷射式混合加热器，在进汽压力低于进水压力时，采用拉式安装方式布置；在进汽压力不低于进水压力0.2MPa时，也可以采用推式安装方式布置。而对于射汽带水式喷射式混合加热器，因为其本身具有增压效果，建议采用拉式安装方式布置。具体的安装方式如图1所示。喷射式混合加热器的阻力损失一般不超过0.15MPa，具体数值与进入加热器的蒸汽和水之间的压差有关。压差越大，阻力损失就越小。但是，其前提是必须保证加热器的正常工作。在安装使用喷射式混合加热器时应注意如下问题：在蒸汽入口管道上必须安装逆止阀，以防止停蒸汽时被加热水进入蒸汽管道。在加热器的冷水入口前和热水出口后均应保证有10倍管径长度的直管段。与加热器相连接的供水管道应安装旁通阀。在加热器启动时，要先开出口水阀，再开入口水阀，最后缓慢开启蒸汽入口阀。关闭加热器时的操作程序与开启时相反。3.喷射式混合加热器的应用3.1加热采暖循环水喷射式混合加热器特别适合于在供热面积不超过6万平方米的中小型供暖系统中使用，取代表面式加热器的功能。根据热源的条件不同，加热水的温度可以提高20℃～50℃。如果要求水的温升较大，也可以采用两级喷射式混合加热器串联布置使用。3.1.1直接供热式采暖系统用蒸汽加热采暖循环水后直接向用户供热，这种供热方式称为直接供热。直接供热方式的供水压力较低，一般不超过0.6MPa，这种方式适用于供热面积较小的采暖系统。采用喷射式汽水混合加热器供暖的直接供热式热力系统如图2所示。3.1.2间接供热式采暖系统间接供热式采暖系统是将供热系统分为两个循环回路，分别称为一次网和二次网，通过换热站内的表面式换热器将两个循环回路联系在一起。高温水在一次网中循环，低温水在二次网中循环，高温水通过表面式换热器加热低温水。喷射式混合加热器的主要作用是代替表面式汽—水换热器，完成蒸汽加热水的换热过程。这样可以省去一套管理麻烦的凝结水回收系统，而且占用空间小，不需要维护，投资仅为表面式汽水换热器的1/5，所以具有明显的使用优势。其热力系统如图3所示。3.2回收凝结水产生的闪蒸汽在需要蒸汽加热的工业生产过程中，经常会产生大量的凝结水，凝结水在冷却过程中，又会产生一定量的闪蒸汽。以前这部分低压蒸汽因为回收困难或回收成本高，经常是放散，浪费了大量的能源。在能源日益短缺的形势下，节能越来越受到企业的重视。对于生产企业来说，节流比开源更重要，节能就是创造效益，采用喷射式汽水混合加热器技术可以回收这部分废蒸汽。尽管目前回收废蒸汽的方法不止一种，但此方法投资小，热能利用率高，应用比较广泛。此方法是用废蒸汽来加热水，然后供给工业生产或生活使用。采用喷射式汽水混合加热器回收废蒸汽的热力系统如图4所示。3.3利用定排、连排水产生的二次蒸汽加热除氧水在热力发电厂或生产蒸汽的工业锅炉房热力系统中，连续排污扩容器和定期排污扩容器是必不可少的热力设备。连续排污的作用是排除锅水中的盐分杂质，控制锅水的含盐浓度；而定期排污的作用主要是排除锅水中的松散沉淀物。排污水量因锅炉的吨位而异，一般连续排污水量不超过锅炉蒸发量的5%，定期排污水量不超过锅炉蒸发量的2%。这些排污水中含有大量的热量，但是因为排污水中的含盐浓度过高，无法再利用，只能排放掉。当排污水进入排污扩容器后，由于扩容降压作用，会产生大量的二次蒸汽，这部分蒸汽是纯净的，可以回收利用。采用喷射式混合加热器技术可以回收这部分蒸汽。通过计算可知，回收这部分蒸汽的节能效益还是十分可观的。其热力系统如图5所示。3.4工程实例3.4.1某供热有限公司有一采暖面积为4000m2的热用户，距离供热公司较远，而且周围暂时没有其他的热用户，如果从厂区向热用户敷设热水管网明显不经济。但在热用户附近有现成的途经蒸汽管线，蒸汽参数为P=0.7MPa，t=200℃。该公司经过研究决定，采用喷射式混合加热器技术进行供热，热力系统采用直接供热式系统。从蒸汽管线上引出一部分蒸汽作为喷射式混合加热器的热源，通过减压阀将蒸汽压力由0.7MPa减至0.3MPa，用于加热采暖循环水，进水压力为0.4MPa。该系统于2003年11月投入使用，运行后工作性能稳定，从未出现过任何故障，而且无需专人维护，工程总投资为3.5万元，取得了良好的经济效益。对于同等条件，如果采用表面式换热器，工程投资至少需要10万元。3.4.2某热电有限公司有3台75t/h蒸汽锅炉，在锅炉运行时定期排污和连续排污系统有大约2t/h的乏汽排放，即污染环境又浪费能源。为了深入挖潜，向节能要效益，该公司采用了喷射式混合加热器技术回收这部分废蒸汽。冬季用于加热采暖循环水，用压力为0.05MPa，流量为2t/h的低压蒸汽将流量为60t/h，温度为45℃的采暖循环水加热到60℃。夏季用于加热洗浴用水，可将36t/h15℃的水加热到45℃。低压乏汽按照50元/t计算，每小时可回收2吨，全年运行7200小时，节能效益为72万元。设备投资3万元，工程投资1.5万元，合计4.5万元，投资回收期为：