蒸汽噴射泵供熱節(jié)能應(yīng)用

蒸汽噴射泵與熱的有效利用[摘要]：節(jié)流減壓式供熱造成熱能的無效貶值和浪費。蒸汽噴射泵技術(shù)能有效利用高品位蒸汽的熱，進行供熱蒸汽的壓力匹配，回收廢蒸汽，使蒸汽熱能得到充分利用，起到節(jié)能的作用。關(guān)鍵詞：節(jié)流減壓式供熱損失蒸汽噴射泵概述在工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要數(shù)種不同壓力等級的蒸汽作為生產(chǎn)用汽，但是熱源能提供的蒸汽壓力一般比較單一。目前普遍采用的供熱方式是對蒸汽進行節(jié)流減壓的方式。蒸汽經(jīng)過節(jié)流減壓后，會產(chǎn)生能量的無效貶值和損失，使蒸汽的質(zhì)量降低。一般來說，節(jié)流減壓前后蒸汽的壓差越大，產(chǎn)生的損失也就越大。熱損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們把環(huán)境溫度下蒸汽熱能在理論上能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為蒸汽的熱。從可用能的角度分析，蒸汽熱能在高溫段轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰^大，在低溫段轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰^小，當(dāng)蒸汽溫度低到一定程度時，甚至完全不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉?。我們把蒸汽熱能中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰糠Q為蒸汽的。在蒸汽熱能成分中，所占的比例越大，蒸汽的品質(zhì)越高；反之，則蒸汽的品質(zhì)越低。蒸汽的品質(zhì)可以用能質(zhì)系數(shù)來評價，能質(zhì)系數(shù)等于單位蒸汽能量中熱所占的比例。能質(zhì)系數(shù)越高，說明蒸汽的質(zhì)量越高。有了和的概念，熱力學(xué)第一定律可以表述為：在任何能量轉(zhuǎn)換過程中，和的總和保持不變。而熱力學(xué)第二定律可以表述為：高品位能量總是能夠自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榈推肺荒芰浚推肺荒芰恳欢ú荒茏园l(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺荒芰?。上述熱力學(xué)理論可以用于評價熱力過程的經(jīng)濟性與合理性。蒸汽節(jié)流減壓的熱力過程分析下面用熱力學(xué)理論來分析蒸汽節(jié)流減壓的熱力過程。利用閥門或節(jié)流孔板的阻力特性控制和調(diào)節(jié)蒸汽流量，使之在突然縮小的截面上產(chǎn)生壓力降的現(xiàn)象稱為節(jié)流減壓。節(jié)流減壓過程是典型的不可逆過程。當(dāng)蒸汽通過縮小截面時，在縮孔處產(chǎn)生強烈摩擦，使一部分動能用于克服摩擦阻力，然后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮鼙徽羝旧硭?。盡管節(jié)流前后蒸汽的焓值沒有發(fā)生變化，但蒸汽在節(jié)流減壓過程中，由于渦流作用使大量規(guī)則運動的分子變?yōu)闊o序運動，產(chǎn)生耗散功，導(dǎo)致熵的增加。也就是蒸汽的質(zhì)量發(fā)生了變化，蒸汽的一部分變成了，產(chǎn)生了能量的無效貶值。所以，節(jié)流減壓式供熱是一種極不合理的供熱方式。蒸汽節(jié)流減壓過程的溫熵圖如圖1所示。假設(shè)蒸汽節(jié)流減壓在絕狀態(tài)下進行（散熱損失可以忽略不計），則單位流體穩(wěn)態(tài)流動的能量方程式為：式中：q-蒸汽的熱流量，kg/h；h1、h2－節(jié)流前、后蒸汽的焓值，KJ/kg；c1、c2－節(jié)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－蒸汽所做的機械功。因為是絕熱流動，所以q＝0；而且節(jié)流前后適當(dāng)距離處管內(nèi)截面蒸汽流速的變化很小，其總動能變化與焓值變化相比可以忽略不計，即；節(jié)流前后蒸汽管道中心標高沒有變化，即Z2-Z1＝O；節(jié)流過程中蒸汽也沒有作功，即Wah＝0。由此可以得出蒸汽節(jié)流減壓的能量方程式為：h1＝h2用熱力學(xué)第一定律分析節(jié)流過程，得出的結(jié)果是焓值守衡，反映不出蒸汽的能量損失。但從熱力學(xué)第二定律來看，熵的增加反映了蒸汽質(zhì)量的變化，由于蒸汽中的部分轉(zhuǎn)變成，使蒸汽做功的能力降低，導(dǎo)致能量的無效貶值。蒸汽節(jié)流減壓后的損失可以表述為：式中：△ex—蒸汽的損失，KJ/kg；ex1、ex2—節(jié)流減壓前、后蒸汽的值，KJ/kg；T0—節(jié)流減壓后蒸汽的溫度，℃；s1、s2—節(jié)流減壓前、后蒸汽的熵值，KJ/kg。2．蒸汽噴射泵技術(shù)與熱的有效利用2.1．蒸汽噴射泵的工作原理蒸汽噴射泵是一種熱力設(shè)備，它可以通過蒸汽射流作用，充分利用高壓蒸汽的裕壓能量，提高低壓蒸汽的能量，達到回收廢熱蒸汽，節(jié)約能源的目的。蒸汽噴射泵由噴嘴、接受室、混合室和擴壓管等部件組成，其結(jié)構(gòu)和熱力過程如圖2所示。蒸汽噴射泵在工作時以減壓前后蒸汽的壓差作為動力。當(dāng)高壓蒸汽通過噴嘴時，由于流速增加、壓力降低而在出口處形成低壓區(qū)，在此區(qū)域?qū)⒌蛪赫羝朐O(shè)備，然后進入混合室混合，高壓蒸汽在膨脹的同時壓縮低壓蒸汽，最后使其熱達到平衡。蒸汽經(jīng)過良好混合后再進入擴壓管，使蒸汽恢復(fù)一部分壓力損失。達到要求的蒸汽參數(shù)后，供給熱用戶使用。蒸汽噴射泵出口的蒸汽參數(shù)可以進行控制，通過泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足用戶的使用要求。為了精確控制蒸汽參數(shù)，還可以采用自動控制裝置進行調(diào)節(jié)。2.2、蒸汽噴射泵應(yīng)用熱力系統(tǒng)簡介2.2.1壓力匹配系統(tǒng)在供汽汽源單一的情況下，為了滿足用戶對蒸汽不同壓力參數(shù)的要求，可以采用蒸汽噴射泵壓力匹配系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過高壓蒸汽引射低壓蒸汽，在降低高壓蒸汽壓力的同時，提高低壓蒸汽的壓力，產(chǎn)生介于高、低壓蒸汽壓力之間各種壓力的蒸汽，這在熱電廠背壓汽輪機排汽供熱和熱網(wǎng)供熱方面已有了很好的應(yīng)用。其熱力系統(tǒng)如圖3所示。2.2.2、凝結(jié)水閃蒸汽回收系統(tǒng)在需要用蒸汽加熱或換熱的生產(chǎn)工藝中，伴隨有大量的凝結(jié)水產(chǎn)生，而凝結(jié)水的排放過程會產(chǎn)生部分閃蒸汽，這部分閃蒸汽因為回收成本高，經(jīng)濟性差，一般情況下是排放掉。采用蒸汽噴射泵式蒸汽回收系統(tǒng)可以回收這部分閃蒸汽，提高其壓力后重新使用，在節(jié)約能源的同時也擴大了熱源的供熱能力。其熱力系統(tǒng)如圖4所示。3．工程實例某石蠟化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的凝結(jié)水，其中加熱工藝過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水為4.5t/h，壓力為0.5MPa；蒸汽管網(wǎng)疏水量為1.2t/h，壓力為0.8MPa。兩者均為汽水混合物，含汽量約為30%。在凝結(jié)水送入凝結(jié)水箱回收過程中產(chǎn)生部分閃蒸汽，經(jīng)實測，產(chǎn)汽量約為2t/h。以前沒有回收措施，直接排入大氣，即浪費能源，又污染環(huán)境。為了降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)在市場中的競爭力，該企業(yè)決定采用蒸汽噴射泵技術(shù)回收這部分廢蒸汽，重復(fù)利用以提高經(jīng)濟效益。技術(shù)方案在鍋爐房內(nèi)設(shè)置集汽缸，集汽缸定壓為0.1MPa。首先將生產(chǎn)過程中凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽和蒸汽管網(wǎng)疏水產(chǎn)生的閃蒸汽匯合后引入集汽缸，然后再引至蒸汽噴射泵的低壓蒸汽入口。從廠區(qū)內(nèi)蒸汽管網(wǎng)引出1.0MPa的新蒸汽作為驅(qū)動蒸汽，通過蒸汽噴射泵將0.1MPa的閃蒸汽提壓到0.2MPa，供給熱力除氧器作為除氧用汽。經(jīng)計算，約需要1.0MPa的新蒸汽4.2t/h。蒸汽噴射泵的總供汽量為6.2t/h。經(jīng)濟效益分析該節(jié)能項目的總投資為34.2萬元，包括集汽缸、蒸汽噴射泵、閥門、管道、保溫及自動控制系統(tǒng)等內(nèi)容。年總運行時間為8000小時，生產(chǎn)蒸汽的實際成本為100元/噸，則節(jié)約蒸汽的價值為：2×8000×100=160萬元投資回收期為：分析結(jié)果說明，該項目的經(jīng)濟效益顯著。4．結(jié)束語從合理用能角度來看，既應(yīng)注重節(jié)能的數(shù)量，也應(yīng)注重節(jié)能的質(zhì)量，而節(jié)能的質(zhì)量就是盡可能減少熱損失，抑制向的轉(zhuǎn)化。對于某些供熱項目來說，從節(jié)能數(shù)量方面似乎已經(jīng)無潛力可挖，但若從用能質(zhì)量的角度分析，仍有較大的節(jié)能潛力。在滿足能量數(shù)量匹配的同時，應(yīng)力求達到能量質(zhì)的匹配。蒸汽噴射泵熱力系統(tǒng)在滿足蒸汽減壓供熱的同時，充分利用了節(jié)流減壓式