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蒸汽喷射热泵

蒸汽喷射热泵


详细介绍:

  蒸汽热泵,又称蒸汽喷射压缩器、蒸汽喷射引射器、压力匹配器等。其结构主要由吸入室、混合室、扩压室、喷咀等部分组成。在应用实践中,除了对喷射系数等参数进行详细设计之外,还要结合工况的变化区间进行其他可变参数区间的设计,以提升蒸汽热泵在实际应用的适用范围。

  1、蒸汽升压

  在工业实践中,某个环节产生了某种压力的蒸汽,但这种蒸汽的压力可能远低于应用的要求,这时候就需要对蒸汽进行升压,以达到使用的要求。

  2、蒸汽热泵原理

  热泵,一个通俗易懂的叫法。主要是指将能量由低温处传送到高温处的装置,就好比水泵能将水从低处提升到高处一样,因为传递的是热能,所以简称为"热"泵。蒸汽热泵就是以蒸汽作为动力源和介质的热泵,以区别于机械式热泵、地源热泵、空气源热泵等。蒸汽热泵也被称为蒸汽喷射式热泵、蒸汽喷射压缩器、蒸汽喷射引射器、压力匹配器等名称,其主要工作原理是利用高压蒸汽高速喷射引射要升压的低压蒸汽,进行能量交换后形成满足需要的中压蒸汽。工作介质高压蒸汽也可称为工作蒸汽,被引射的低压蒸汽也可被称为引射蒸汽,混合后的中压蒸汽可被称为混合蒸汽。低压蒸汽变为混合蒸汽的过程,就是蒸汽升压的过程。

  3、蒸汽热泵的主要技术参数

  压缩比,为混合蒸汽绝对压力与引射蒸汽绝对压力的比值。即:压缩比=Pc/Ph。Pc为混合蒸汽的绝对压力,Ph为引射蒸汽绝对压力。不同的压缩比区间需要不同的参数设计,如压缩比若小于2.5,则采用喷射压缩器的设计规则,而压缩比大于2.5时,则需采用喷射引射器的设计规则,喷射压缩器和喷射引射器在设计时存在较大的差异。

  喷射系数,是指单位时间内被引射蒸汽质量与工作蒸汽的比值。

  u=Gh/Gp

  u为喷射系数

  Gh为引射蒸汽重量

  Gp为工作蒸汽重量

  喷射系数为根据工作蒸汽压力、引射蒸汽压力、混合蒸汽压力、气体常数、气体动力函数等参数计算所得,计算过程较为复杂。在技术条件允许的条件下,较高的喷射系数对应较高的转化效率。

  4、蒸汽热泵的技术优势

  蒸汽热泵结构简单,没有机械部件,工作稳定,基本没有检修量。

  两项蒸汽直接混合,较少其他能量损失,蒸汽升压效率高。

  蒸汽为驱动力,耗能远小于机械式增压所用电能,节能效果显著。

  5、蒸汽热泵蒸汽升压的应用领域

  电厂:许多大中型企业都有自备热电厂,由汽轮机的抽、背压供汽。但有时候汽轮机的抽汽压力(背压压力)低于工业上用热设备的使用要求,应用蒸汽热泵将锅炉新汽作为工作蒸汽,引射汽轮机的抽汽或排汽,混合后蒸汽升压到满足要求的数值。

  化工:化工领域中,往往在不同的工艺中分别使用不同压力的蒸汽,而热源又不能全部满足,这时可用蒸汽热泵将高压蒸汽引射低压蒸汽并有效混合实现蒸汽升压,获得需求压力的蒸汽。

  6、可调喷咀热泵

  可调式蒸汽热泵常用两种调节方式,即:质调和量调。所谓质调,就是指通过调节蒸汽热泵的进口蒸汽压力值,来实现对蒸汽热泵出口压力的控制的方法。而量调是通过对喷咀截面积的调节,来实现对热泵出口压力的调节的方法。两种方法各有长短,质调方法较为直接,热泵出口压力变化显著,但对热泵本身的喷射系数影响不大;量调方法能够在相同的入口压力下,对流量、流速、喷射系数进行调整,但出口压力变化较缓慢且数值调整有限,喷射系数的调整空间,也受到极限值的制约。所以,在应用中往往采用以质调为主,量调为辅的方法,能够实现对热泵适用工况的尽可能大的扩展,但要注意,蒸汽热泵的调节是有区间限制的。若超出正常的区间,则会带来喷射性能的急剧恶化,直至工作失效。

  7、蒸汽回收

  在工业用热设备的应用中,饱和蒸汽被作为理想的传热介质,饱和蒸汽的相变,由蒸汽凝结成冷凝水放出潜热的过程是工业生产用热的基本过程。伴随工业生产的加热过程,必然产生等量的冷凝水,冷凝水经过疏水阀疏水后,由于压降的原因,会产生一定量的闪蒸汽,另外,疏水阀的损坏和性能下降等原因也会导致一部分乏汽的泄露,乏汽、闪蒸汽、冷凝水的汽水两项混合,给回收造成一定的难度。传统的开放式冷凝水回收,会造成大量的闪蒸汽浪费;封闭式冷凝水回收,则要解决好闪蒸汽的压力堵塞易造成疏水阀背压升高影响用热设备排水的问题。而应用蒸汽喷射技术实现蒸汽回收、冷凝水回收是最直接、最有效的技术。

  7.1蒸汽热泵在蒸汽回收系统中应用原理

  蒸汽热泵,也称为蒸汽喷射式热泵、蒸汽喷射压缩器、蒸汽喷射引射器等,其原理是应用拉法尔管喷射原理,用相对高压的工作蒸汽引射低压的蒸汽,并混合升压。一般情况下,闪蒸汽和乏汽热值品位较低,不容易直接应用在用热设备上,而通过蒸汽热泵进行蒸汽回收升压形成混合蒸汽后,更容易为用热设备所用。

  同时,大多数的用热设备所用蒸汽压力往往小于锅炉或电厂提供的可用蒸汽压力,通常采用调节阀截流降压的方法,对主蒸汽进行降压处理后,再为用热设备所用。但阀门截流会造成热能的截流损失,应用蒸汽热泵技术在回收闪蒸汽的同时产生了比闪蒸汽压力高、比主蒸汽压力低的混合中压蒸汽,正好满足了用热设备的压力要求,可以说是一举两得。

  7.2蒸汽热泵用于蒸汽回收的优势

  蒸汽热泵可根据不同的用热要求,形成不同的混合蒸汽压力,调节灵活方便。

  蒸汽热泵在回收闪蒸汽、乏汽的同时,降低了疏水设备的背压,利于疏水,能够有效防止积水现象,提升用热效率。

  蒸汽热泵回收蒸汽可达到10-25%,日积月累,节能效果显著。

  蒸汽热泵没有机械部件,结构简单,易于维护,运行周期长达10年以上。


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