淺析噴射技術與蒸汽錘節(jié)能

1、淺析噴射技術與蒸汽錘節(jié)能    摘要：本文分析了蒸汽的熱能分布及蒸汽錘排放廢蒸汽的剩余熱能，介紹了噴射器的工作原理，從理論上分析了廢蒸汽熱態(tài)增壓予以重新利用的途徑及經濟價值。要害詞：蒸汽錘，蒸汽，噴射器，節(jié)能蒸汽錘是一種耗能極高的，古老的鍛壓設備。由于它尚有一些其它鍛壓設備難以替代的特點：（無下死點，結構簡單，打擊能量易調節(jié)等）因而現(xiàn)階段在我國的大多數(shù)中小型企業(yè)里仍在廣泛應用。但是，無法回避的一個事實是：蒸汽錘最多只能將蒸汽所攜帶的5的熱能轉換為有用功，而如何利用那剩余的95的熱能？顯然這是一個十分有趣而又棘手的課題。目前有的部門將此廢氣通過冷卻管交換熱

2、能于溫水中（水溫可達80°C）使之用于職工福利。本文所要探討的則是利用噴射技術將此廢氣簡單增壓后，再予利用的另一種途徑。一，蒸汽的熱能分布鍋爐設備中，水的受熱沸騰與蒸發(fā)過程都是在定壓下進行的。在不同的壓力下，水的沸點溫度不同；而在不同的壓力下，蒸汽（飽和蒸汽）所攜帶的熱能（含汽化熱和比熱兩部分）也是不同的。茲列表如下加以比較。飽和蒸汽性質表一絕對壓力Kg/cm2沸點（飽和溫度）°C汽化熱千卡/公斤水含熱能千卡/公斤蒸氣總熱能千卡/公斤2119.62526.4119.94646.3414292510.2143.7653.9816961489.9171.461.21017904

3、482.1181.3663.32021138452.6215.9668.52522290440.7228.6669.3有上表可以看出，將水加熱成不同壓力的飽和蒸汽，大部分熱能（4/52/3）被用于水的汽化。而且，絕對壓力為3kg/cm2的蒸汽與25kg/cm2的蒸汽所攜帶的能量相差并不多。由表一可知，此差值為20千卡/公斤。但是，若將水由0°C加熱成3kg/cm2(絕對大氣壓)的蒸汽，則需要消耗651千卡/公斤的熱能。由此可以推知，將蒸汽錘排出的廢汽（約23kg/cm2）直接排入空中，將是多么嚴重的浪費！當然，僅從表一分析是不全面的。因為蒸汽錘的進汽是飽和蒸汽，而排出則為濕飽和蒸汽；

4、即廢汽中含有一定量的水份，但是理論和實驗證實：誤差（濕度）不超過3。二，蒸汽錘的排汽壓力及溫度由前所述，循環(huán)使用蒸汽，將蒸汽錘排出之廢汽回收再用，能大幅度提高熱能利用率。問題在于，此廢汽的壓力究竟有多大？此壓力值與哪些因素有關？增壓回用此蒸汽后，蒸汽錘的作功是否受到損失或損失有多大？得失想當否？為此，必須進行理論上的計算和實際測量。根據有關標準，茲以一噸和三噸蒸汽錘為例加以分析。（1）一噸蒸汽錘：當鍛件高度為Hm=0.0053G4=9.3cm(G的單位為公斤），落下部分重量G=1000公斤，蒸汽錘應具有不少于3530kg2050(kg%26#8226;m)。（2）三噸錘：當鍛件高度為Hm=0.

5、0054G4=20cm落下部分重量G=3000kg，則應具有不少于15220kg2.25×3915(kg%26#8226;m)。取一噸錘的完全單次打擊能L=3530kg%26#8226;m，三噸錘為15220kg%26#8226;m作為計算根據，可以滿足上述兩種蒸汽錘的設計技術指標，即可認為不損害蒸汽錘的正常工作。經計算列表如下：P進與P01的關系。（表二）GKgP進kg/cm2P1kg/cm2P013kg/cm2Tk1000792.855.251.93.51181383000792.44.51.63112133注：G-落下部分重量；P進-上部氣缸進汽壓力；P1-下部氣缸排汽壓力；P

6、01-排汽管壓力（取P1P0=2 3 1.5）；Tk-排汽管溫度。由表二可以看出，在滿足一定打擊能量的前提下，排汽管廢汽壓力P01與蒸汽錘進汽壓力P進成正比。一般認為P01在絕對大氣壓以下，故不易利用。若將進汽壓力P進適當提高（如達9絕對大氣壓），則P01可達34大氣壓。但P進不宜提高過多（以不超過12大氣壓為宜），以免因密封性能不佳而引起泄漏。改善氣缸與排汽管間的連接方式，減小彎頭及排汽管的壓降損失，也可以適當提高P01。此外，也許損害一部分打擊功也可提高P01。此法影響了蒸汽錘的正常工作，不宜提倡。需要指出的是，蒸汽錘在氣缸內作功的過程是相當復雜的，他雖然近似的復合絕熱過程，但還與其它一些

7、因素相關。一般來說，蒸汽作功后，蒸汽濕度將降低，其排汽管溫度基本上符合表二，性質上接近飽和蒸汽。三，P01的噴射增壓近年來，噴射壓縮器（亦有稱熱增壓器）已逐漸被許多部門采用，取得了良好的技術經濟效益。此一技術也使得蒸汽錘廢汽的增壓回用有了良好的發(fā)展前景。有關噴射技術的報道已有很多，這里僅將與本文有關的動作原理作一簡單說明。在噴射壓縮器里（簡稱噴射器，以下同）。首先，工作流體（高壓蒸汽，見圖一）的勢能（壓力能）或熱能轉變?yōu)閯幽埽藙幽艿囊徊糠謧鹘o引射流體（低壓蒸汽）。在沿噴射器流動的過程中，溫合流體的速度漸趨均勻，然后進入擴散器，動能再變?yōu)閯菽芑驘崮埽吹蛪赫羝鸓01被增壓）。圖一：噴射器工作原

8、理圖注：A-工作噴嘴；B-接受室；C-混合室；D-擴散器；前述，蒸汽錘排出的廢汽P1或P01約34大氣壓?，F(xiàn)取引射流體P01為3大氣壓，工作流體P0為30大氣壓，則噴射系數(shù)（指引射流體與工作流體的流量比）U與輸出流體（壓縮流體）Pc的關系如表三。U與Pc的關系（表三）U0.20.50.71.0Pckg/cm27.96.055.44.7上述數(shù)據源于較保守的計算方法，實際情況Pc會高出以上數(shù)值。若取噴射系數(shù)U為0.5（常量）。引射流體P01為3大氣壓，則工作流體的壓力Pp與輸出流體壓力Pc的關系如表四。Pp與Pc的關系（表四）Ppkg/cm2202530Pckg/cm25760261總之，提高噴射

9、器的輸出流體Pc的壓力，不外乎采用三種可能的途徑：一是提高引射流體壓力P01（效果較明顯）。二是提高工作流體壓力P0（效果較差），三是減小噴射系數(shù)。假如采取某種技術措施使蒸汽錘排汽管廢汽P01提高到4個大氣壓（這個是可以辦到的）。適量減小噴射系數(shù)或采用多級增壓，則噴射器的輸出壓力Pc將完全能達到910個大氣壓。此壓力即蒸汽錘的進汽壓力。這樣，蒸汽錘排出的廢汽即可循環(huán)使用，從而大大節(jié)省能源。具體設計框圖如下。圖二蒸汽錘廢汽增壓回收工作原理注：SH-噴射壓縮器；F-蒸汽錘S-穩(wěn)壓儲汽罐；UV-其它用汽設備當鍛錘工作時，開啟閥1閥2，噴射器進入工作狀態(tài)。調節(jié)閥2可同時改變工作蒸汽的壓力和流量。調節(jié)閥

10、1，可改變P01的壓力和流量，從而可保證輸出流體Pc為910大氣壓。若鍛錘停止工作，則P01流量為零。閉合閥1，工作蒸汽（30大氣壓）可直接經噴射器降壓后送往其它用汽設備。此時噴射器可作減壓閥使用之，但伴隨有少量能量損失。為消除這一降壓損失，可關閉閥1及2，改3 工作流體壓力Pp與910大氣壓經閥3送往其它用汽設備。四、經濟效益及其前景利用噴射技術增壓，幾乎沒有熱能損失（噴射器內）。與其它增壓方式（如機械的）相比，投資大大節(jié)省。噴射器的結構極為簡單，一般有機加工能力的工廠均可自行制造。具體投資額主要取決于所需管道的數(shù)量，即取決于蒸汽鍋爐及蒸汽錘與其它用汽設備間的輸送距離。一般來說，一年內收回投資是可能的。P01經噴射增壓后循環(huán)使用，能大大提高能源利用率、降低生產成本。一臺三噸蒸汽錘每小時可排廢汽約2000公斤，一晝夜約50噸。則將一臺工作任務飽滿的三噸蒸汽錘每年排出的廢汽完全收集加以重新利用，可達到