噴射式混合加熱器在供熱系統(tǒng)中的應用與節(jié)能

噴射式混合加熱器在供熱系統(tǒng)中的應用與節(jié)能摘要：本文介紹了噴射式混合加熱器的使用性能，在蒸汽供熱系統(tǒng)中的應用，以及在節(jié)能方面的一些應用。關鍵詞：噴射式混合加熱器供熱節(jié)能前言在我國北方地區(qū)，由于氣候寒冷，每年的采暖期達到5個月以上。采暖質(zhì)量的好壞直接關系到千家萬戶居民的生活質(zhì)量。在蒸汽供熱的采暖系統(tǒng)中，供熱過程是利用蒸汽鍋爐生產(chǎn)出蒸汽，或由熱電廠供給蒸汽，然后通過換熱器進行汽—水換熱和水—水換熱，制取高溫熱水后送入熱網(wǎng)，以輸送熱水的方式供用戶采暖。對于這種供熱方式，汽—水換熱器就成為制備熱水的關鍵設備。傳統(tǒng)的汽—水換熱方式多采用表面式間接換熱，以采用板式汽—水換熱器或管式汽—水換熱器作為加熱水的換熱設備者居多。但是，噴射式混合加熱器與表面式汽—水換熱器相比較，具有更大的使用優(yōu)勢。噴射式混合加熱器噴射式混合加熱器是射流技術在傳熱領域的應用，它是通過汽、水兩相流體的直接混合來生產(chǎn)熱水的設備。噴射式混合加熱器具有傳換效率高，噪音低（可達到65dB以下），體積小，安裝簡單，運行可靠，投資少（在相同供熱能力的條件下，噴射式混合加熱器的造價僅為管式換熱器的1/5）等優(yōu)點。大量實踐證明，它的使用性能在多方面超過傳統(tǒng)的表面式換熱器。噴射式混合加熱器除上述優(yōu)點外，還具有節(jié)能的作用。在有些需要精確控制熱水溫度的場合（如生產(chǎn)工藝的要求等），可以通過安裝自動調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)這一目的，通過調(diào)節(jié)進汽量來控制被加熱水的溫度，保持熱水溫度恒定。噴射式混合加熱器按照驅(qū)動介質(zhì)不同分為射汽帶水式與射水帶汽式兩種。射汽帶水式是指蒸汽通過噴嘴射流，水作為被引射流體；射水帶汽式是指水通過噴嘴射流，蒸汽作為被引射流體。在熱水供暖系統(tǒng)中采用射汽帶水式噴射式混合加熱器，可以代替表面式汽水加熱器和循環(huán)水泵，起到節(jié)煤、節(jié)電、節(jié)省設備投資的作用。但是其使用條件較嚴，要求蒸汽達到一定壓力，而且流量必須穩(wěn)定，使這種加熱器的應用受到一定的限制。在蒸汽壓力高于水壓力0.3MPa以上時，可以考慮采用射汽帶水式噴射式混合加熱器。而射水帶汽式噴射式混合加熱器不受蒸汽壓力和流量的限制，使用的范圍較寬，只是不能取代系統(tǒng)中循環(huán)水泵的作用。下面以射水帶汽式噴射式混合加熱器為例，介紹其工作原理與應用。2.1噴射式汽水混合加熱器的工作原理當被加熱水通過噴射式混合加熱器的噴嘴時，壓力降低，流速增加，在噴嘴的出口處形成低壓區(qū)，蒸汽在此區(qū)域進入加熱器內(nèi)，與被加熱水進行混合，蒸汽在水中凝結(jié)放熱，汽、水之間進行能量、動量和質(zhì)量的交換，然后汽水混合物進入混合室進一步均勻混合，最后進入擴壓室使水的流速降低，壓力升高，完成加熱水的過程。作為熱媒介質(zhì)的蒸汽，可以使用新蒸汽，也可以使用回收的廢蒸汽，進入噴射式混合加熱器的蒸汽壓力可以高于進口水的壓力，也可以低于進口水的壓力。如果采用凝結(jié)水產(chǎn)生的二次蒸汽或回收的廢蒸汽作為加熱熱源，節(jié)能效益更為顯著。2.2熱能利用率對比分析下面通過一個計算示例比較表面式換熱器與噴射式混合加熱器的熱能利用率。（1）已知條件：飽和蒸汽壓力：0.3Mpa，汽化潛熱：510.2kcal，飽和蒸汽焓：653.9kcal/kg，飽和水焓：143.7kcal/kg。（2）表面式汽水換熱器的熱能利用率疏水器的熱損失按5%計算，凝結(jié)水全部回收利用，則：（3）噴射式混合加熱器的熱能利用率由于在噴射式混合加熱器內(nèi)汽水直接混合，加熱器的散熱損失很小，可以忽略不計，故可以認為：熱能利用率=100%噴射式混合加熱器的熱效率之所以高于表面式加熱器，根本原因是兩種換熱器的換熱機理不同。表面式換熱器的換熱過程是蒸汽與被加熱水不直接接觸，通過金屬表面?zhèn)鳠?，蒸汽凝結(jié)放熱，被加熱水吸收蒸汽的汽化潛熱。蒸汽熱焓中的汽化潛熱所含熱量可以得到利用，但飽和水焓的熱量卻無法被利用。而噴射式混合加熱器與表面式加熱器的換熱過程不同之處在于蒸汽與水直接混合，蒸汽熱焓中的汽化潛熱和飽和水焓的熱量全部可以被水吸收利用，所以熱能利用率高。2.3噴射式混合加熱器的安裝與調(diào)試噴射式混合加熱器的安裝方式比較靈活，可以水平安裝，也可以垂直安裝?？梢圆贾贸赏剖桨惭b，也可以布置成拉式安裝。所謂推式安裝，是指水泵布置在加熱器前，即低溫水先經(jīng)過水泵加壓，然后再進入加熱器加熱。拉式安裝方式是指水泵布置在加熱器后，低溫水先經(jīng)過加熱器加熱，然后再進入水泵加壓。對于射水帶汽式噴射式混合加熱器，在進汽壓力低于進水壓力時，采用拉式安裝方式布置；在進汽壓力不低于進水壓力0.2MPa時，也可以采用推式安裝方式布置。而對于射汽帶水式噴射式混合加熱器，因為其本身具有增壓效果，建議采用拉式安裝方式布置。具體的安裝方式如圖1所示。噴射式混合加熱器的阻力損失一般不超過0.15MPa，具體數(shù)值與進入加熱器的蒸汽和水之間的壓差有關。壓差越大，阻力損失就越小。但是，其前提是必須保證加熱器的正常工作。在安裝使用噴射式混合加熱器時應注意如下問題：在蒸汽入口管道上必須安裝逆止閥，以防止停蒸汽時被加熱水進入蒸汽管道。在加熱器的冷水入口前和熱水出口后均應保證有10倍管徑長度的直管段。與加熱器相連接的供水管道應安裝旁通閥。在加熱器啟動時，要先開出口水閥，再開入口水閥，最后緩慢開啟蒸汽入口閥。關閉加熱器時的操作程序與開啟時相反。3.噴射式混合加熱器的應用3.1加熱采暖循環(huán)水噴射式混合加熱器特別適合于在供熱面積不超過6萬平方米的中小型供暖系統(tǒng)中使用，取代表面式加熱器的功能。根據(jù)熱源的條件不同，加熱水的溫度可以提高20℃～50℃。如果要求水的溫升較大，也可以采用兩級噴射式混合加熱器串聯(lián)布置使用。3.1.1直接供熱式采暖系統(tǒng)用蒸汽加熱采暖循環(huán)水后直接向用戶供熱，這種供熱方式稱為直接供熱。直接供熱方式的供水壓力較低，一般不超過0.6MPa，這種方式適用于供熱面積較小的采暖系統(tǒng)。采用噴射式汽水混合加熱器供暖的直接供熱式熱力系統(tǒng)如圖2所示。3.1.2間接供熱式采暖系統(tǒng)間接供熱式采暖系統(tǒng)是將供熱系統(tǒng)分為兩個循環(huán)回路，分別稱為一次網(wǎng)和二次網(wǎng)，通過換熱站內(nèi)的表面式換熱器將兩個循環(huán)回路聯(lián)系在一起。高溫水在一次網(wǎng)中循環(huán)，低溫水在二次網(wǎng)中循環(huán)，高溫水通過表面式換熱器加熱低溫水。噴射式混合加熱器的主要作用是代替表面式汽—水換熱器，完成蒸汽加熱水的換熱過程。這樣可以省去一套管理麻煩的凝結(jié)水回收系統(tǒng)，而且占用空間小，不需要維護，投資僅為表面式汽水換熱器的1/5，所以具有明顯的使用優(yōu)勢。其熱力系統(tǒng)如圖3所示。3.2回收凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽在需要蒸汽加熱的工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，凝結(jié)水在冷卻過程中，又會產(chǎn)生一定量的閃蒸汽。以前這部分低壓蒸汽因為回收困難或回收成本高，經(jīng)常是放散，浪費了大量的能源。在能源日益短缺的形勢下，節(jié)能越來越受到企業(yè)的重視。對于生產(chǎn)企業(yè)來說，節(jié)流比開源更重要，節(jié)能就是創(chuàng)造效益，采用噴射式汽水混合加熱器技術可以回收這部分廢蒸汽。盡管目前回收廢蒸汽的方法不止一種，但此方法投資小，熱能利用率高，應用比較廣泛。此方法是用廢蒸汽來加熱水，然后供給工業(yè)生產(chǎn)或生活使用。采用噴射式汽水混合加熱器回收廢蒸汽的熱力系統(tǒng)如圖4所示。3.3利用定排、連排水產(chǎn)生的二次蒸汽加熱除氧水在熱力發(fā)電廠或生產(chǎn)蒸汽的工業(yè)鍋爐房熱力系統(tǒng)中，連續(xù)排污擴容器和定期排污擴容器是必不可少的熱力設備。連續(xù)排污的作用是排除鍋水中的鹽分雜質(zhì)，控制鍋水的含鹽濃度；而定期排污的作用主要是排除鍋水中的松散沉淀物。排污水量因鍋爐的噸位而異，一般連續(xù)排污水量不超過鍋爐蒸發(fā)量的5%，定期排污水量不超過鍋爐蒸發(fā)量的2%。這些排污水中含有大量的熱量，但是因為排污水中的含鹽濃度過高，無法再利用，只能排放掉。當排污水進入排污擴容器后，由于擴容降壓作用，會產(chǎn)生大量的二次蒸汽，這部分蒸汽是純凈的，可以回收利用。采用噴射式混合加熱器技術可以回收這部分蒸汽。通過計算可知，回收這部分蒸汽的節(jié)能效益還是十分可觀的。其熱力系統(tǒng)如圖5所示。3.4工程實例3.4.1某供熱有限公司有一采暖面積為4000m2的熱用戶，距離供熱公司較遠，而且周圍暫時沒有其他的熱用戶，如果從廠區(qū)向熱用戶敷設熱水管網(wǎng)明顯不經(jīng)濟。但在熱用戶附近有現(xiàn)成的途經(jīng)蒸汽管線，蒸汽參數(shù)為P=0.7MPa，t=200℃。該公司經(jīng)過研究決定，采用噴射式混合加熱器技術進行供熱，熱力系統(tǒng)采用直接供熱式系統(tǒng)。從蒸汽管線上引出一部分蒸汽作為噴射式混合加熱器的熱源，通過減壓閥將蒸汽壓力由0.7MPa減至0.3MPa，用于加熱采暖循環(huán)水，進水壓力為0.4MPa。該系統(tǒng)于2003年11月投入使用，運行后工作性能穩(wěn)定，從未出現(xiàn)過任何故障，而且無需專人維護，工程總投資為3.5萬元，取得了良好的經(jīng)濟效益。對于同等條件，如果采用表面式換熱器，工程投資至少需要10萬元。3.4.2某熱電有限公司有3臺75t/h蒸汽鍋爐，在鍋爐運行時定期排污和連續(xù)排污系統(tǒng)有大約2t/h的乏汽排放，即污染環(huán)境又浪費能源。為了深入挖潛，向節(jié)能要效益，該公司采用了噴射式混合加熱器技術回收這部分廢蒸汽。冬季用于加熱采暖循環(huán)水，用壓力為0.05MPa，流量為2t/h的低壓蒸汽將流量為60t/h，溫度為45℃的采暖循環(huán)水加熱到60℃。夏季用于加熱洗浴用水，可將36t/h15℃的水加熱到45℃。低壓乏汽按照50元/t計算，每小時可回收2噸，全年運行7200小時，節(jié)能效益為72萬元。設備投資3萬元，工程投資1.5萬元，合計4.5萬元，投資回收期為：