蒸汽噴射式熱泵概述
蒸汽節(jié)流減壓造成的能量損失
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要不同壓力等級的蒸汽，傳統(tǒng)的方法是采用節(jié)流減壓的方式供熱。但是，蒸汽節(jié)流減壓后會產(chǎn)生能量的無效貶值，使蒸汽質(zhì)量降低，造成熱能的浪費。
節(jié)流減壓是一種典型的不可逆過程。蒸汽在流道中流過突然縮小截面產(chǎn)生壓力降的現(xiàn)象稱為節(jié)流。由于被節(jié)流的蒸汽在縮孔處產(chǎn)生強烈摩擦，使一部分動能用來克服摩擦阻力，這部分動能又轉(zhuǎn)變成為熱能被蒸汽本身所吸收。雖然節(jié)流前后蒸汽的焓值沒有變化，但渦流使大量分子由規(guī)則運動變?yōu)闊o序運動，產(chǎn)生耗散功，導(dǎo)致熵的增加，使蒸汽的做功能力降低，質(zhì)量變差
蒸汽噴射式熱泵
蒸汽噴射式熱泵
。
低壓廢蒸汽造成的熱損失
工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都離不開使用蒸汽，如化工，橡膠，印染，制藥，火力發(fā)電，集中供熱等等。在蒸汽的使用過程中，都不可避免地會產(chǎn)生大量的低壓蒸汽。低壓蒸汽的特點是壓力低、焓值低，回收起來投資大，經(jīng)濟性差，過去的做法往往是排入大氣，直接放散。這樣既污染環(huán)境，不利于環(huán)保，又造成大量能源的浪費。但是，由于低壓蒸汽的特點，使其很難找到合理的用途。
產(chǎn)生低壓蒸汽的另一個途徑是高溫冷凝水
新蒸汽在完成做功過程或加熱過程，放出汽化潛熱后，會形成高溫冷凝水。冷凝水在排放過程中，由于壓力降低，再次產(chǎn)生閃蒸汽，其數(shù)量約占凝結(jié)水量的10%左右。這部分閃蒸汽也是低壓蒸汽，回收難度大，又不經(jīng)濟，所以一般都排放掉了。這部分閃蒸汽的數(shù)量可觀，造成的能源浪費是不容忽視的。
合理使用蒸汽是節(jié)約用能
提高企業(yè)經(jīng)濟效益的重要措施之一，它既包括蒸汽量的節(jié)約，也包括蒸汽質(zhì)的節(jié)約。所以，合理匹配蒸汽的壓力等級，提高蒸汽的使用效率，回收低品位蒸汽，尋求節(jié)能的新途徑，成為節(jié)能工作研究的新課題。
蒸汽噴射式熱泵的結(jié)構(gòu)及工作原理編輯
蒸汽噴射式熱泵是射流技術(shù)在傳熱領(lǐng)域的應(yīng)用。蒸汽噴射式熱泵技術(shù)起源于俄羅斯，從二十世紀(jì)八十年代開始傳入中國，但基本上停留在學(xué)術(shù)研究方面，近幾年才開始應(yīng)用于工程領(lǐng)域。蒸汽噴射式熱泵具有結(jié)構(gòu)簡單，投資小，運行可靠，熱效率高，節(jié)約能源，有利于環(huán)保等特點。蒸汽噴射式熱泵主要由噴嘴、接受室、混合室、擴壓室等幾部分組成。
噴射式熱泵的工作原理是以蒸汽減壓前后的能量差為動力，高壓蒸汽通過噴嘴時產(chǎn)生高速氣流，在噴嘴出口處產(chǎn)生低壓區(qū)，在此區(qū)域?qū)⒌蛪赫羝朐O(shè)備，高壓蒸汽在膨脹的同時壓縮低壓蒸汽，用高壓蒸汽的裕壓提高低壓蒸汽的品位，然后通過混合室進(jìn)行良好混合，混合后的蒸汽再通過擴壓室恢復(fù)部分壓力損失，達(dá)到要求的蒸汽壓力后供給熱用戶使用。根據(jù)高、低壓蒸汽的參數(shù)可以對設(shè)備進(jìn)行不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，得各種壓力等級的蒸汽，滿足不同熱用戶的要求。通過蒸汽噴射式熱泵吸入的低壓蒸汽既可以是放散的廢蒸汽，也可以是凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽，使低焓熱能得充分利用，達(dá)到節(jié)約能源的目的。蒸汽噴射式熱泵的節(jié)能率可以達(dá)到35%左右，具有很好的實用性。
蒸汽噴射式熱泵的性能評價
引射系數(shù)
引射系數(shù)等于被引射蒸汽與引射蒸汽的重量比，用μ表示。它表明高壓蒸汽引射低壓蒸汽的能力。即：
式中 : Gl—低壓蒸汽流量，t/h；
μ == ————————————
Gp—高壓蒸汽流量，t/h；
供熱系數(shù)
以高品位工作蒸汽減壓前后的能量差為動力，通過蒸汽噴射式熱泵循環(huán)供給熱用戶的熱量與所消耗的工作蒸汽熱量之比，稱為供熱系數(shù)，用COP表示。即：
hg+u hl
COP = -------------
hg
式中：hg—低壓蒸汽的焓，kJ/kg；hl—高壓蒸汽的焓，kJ/kg。
COP的數(shù)值越大，說明熱泵的工作效率越高。
用途
蒸汽噴射式熱泵可用于以下幾方面：
低壓蒸汽升壓再利用 某些工廠企業(yè)同時使用幾種不同壓力的蒸汽，而熱源又不能全部滿足，這時可用蒸汽噴射式熱泵將部分低壓蒸汽升壓，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
設(shè)備排汽循環(huán)再利用 某些使用蒸汽的設(shè)備，由于其排汽壓力低，不能再利用?？捎谜羝麌娚涫綗岜脤⑴牌龎汉蟛⑷牍┢芫W(wǎng)，可實現(xiàn)排汽循環(huán)再利用。
閃蒸汽的回收利用 閃蒸汽的回收系統(tǒng)如圖2所示，凝結(jié)水進(jìn)入閃蒸罐后產(chǎn)生的閃蒸汽，由熱泵吸走并將其升壓，供給生產(chǎn)或生活使用。
蒸汽噴射式熱泵的應(yīng)用方法
噴射式熱泵的使用方法很多，應(yīng)用也很廣泛，下面介紹幾種蒸汽噴射式熱泵經(jīng)常使用的方法。
蒸汽噴射式熱泵式減溫減壓器
噴射式熱泵式減溫減壓器采用蒸汽噴射式熱泵作為蒸汽減壓器的主體，同時增加減溫裝置，組合成為噴射式減溫減壓裝置。它是一種新型的能夠同時調(diào)節(jié)蒸汽壓力和溫度，回收廢熱蒸汽的節(jié)能設(shè)備。蒸汽噴射式熱泵式減溫減壓器與常規(guī)的減溫減壓器不同，常規(guī)減壓器的熱力過程是新蒸汽的有效能降低，能量貶值的過程；蒸汽噴射式熱泵式減溫減壓器能使工作蒸汽的有效能得合理利用。
蒸汽壓力匹配器
汽壓力匹配器是滿足熱用戶對蒸汽不同壓力要求的理想設(shè)備，它通過用高壓蒸汽引射低壓蒸汽，在降低高壓蒸汽品位的同時提高低壓蒸汽的品位，產(chǎn)生介于高、低壓蒸汽壓力之間各種壓力的蒸汽。蒸汽壓力匹配器在為熱電廠汽輪機中間抽汽供熱做壓力匹配方面已得很好的應(yīng)用。
蒸汽噴射式熱泵式凝結(jié)水回收裝置
水在排放過程中產(chǎn)生大量的閃蒸汽，由于找不到合適的用途，加之回收成本高，長期以來一直是放空，既浪費能源，又污染環(huán)境。利用蒸汽噴射式熱泵式凝結(jié)水回收裝置可以回收凝結(jié)水產(chǎn)生的閃蒸汽，提高蒸汽品位后重新加以利用，帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
低壓蒸汽升壓再利用
對與使用幾種不同壓力蒸汽的企業(yè)，而熱源又不能全部滿足，可用蒸汽噴射式熱泵將部分低壓蒸汽升壓，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。
設(shè)備排汽循環(huán)再利用
某些使用蒸汽的設(shè)備，由于其排汽壓力低不能再利用，可用蒸汽噴射式熱泵將排汽升壓后并入供汽管網(wǎng)，可實現(xiàn)排汽循環(huán)再利用。
蒸汽噴射式熱泵技術(shù)特點
1、操作簡便，維修容易，可保證供汽壓力穩(wěn)定。
2、節(jié)能效益顯著，在回收企業(yè)的不能利用的低壓蒸汽、閃蒸汽，以回收蒸汽價格計算，年節(jié)汽價值再數(shù)十萬到上百萬以上。
3、自動控制系統(tǒng)可以保證用汽壓力在流量30－100%范圍內(nèi)不變，解決了熱用戶有限波動的對設(shè)備效率的影響。
蒸汽噴射式熱泵應(yīng)用工程實例
蒸汽噴射式熱泵供熱方案實例
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某熱電公司新增熱用戶要求用汽參數(shù)為1.0MPa、300℃、25t/h，原供汽參數(shù)為0.55MPa、250℃，不能滿足要求。有兩種供汽方案可供選擇，一方案是利用鍋爐新汽經(jīng)減溫減壓器供熱方案；二方案用蒸汽噴射熱泵(壓力匹配器)，將0.55MPa的蒸汽用部分新蒸汽噴射升壓至1.0MPa、300℃方案。二方案有明顯的優(yōu)點，減少了節(jié)流不可逆損失，節(jié)約了鍋爐新汽量，增加了0.55MPa供熱抽汽，增加了熱化發(fā)電量，提高了熱能利用率。
經(jīng)設(shè)計計算可減少鍋爐3.5MPa、435℃新汽量8.3t/h，同時增加0.55MPa抽汽量8.3t/h，減溫水1.2t/h，工質(zhì)合計為25t/h。因而減少燃煤量1018.96kg，年節(jié)標(biāo)煤：7126.7t。
增加了熱化發(fā)電量：524.35×10?4kWh/年，
耗電按200g/kWh，
2000年我國平均供電煤耗為 400g/kWh，
則每度電節(jié)煤0.2kg，
則年節(jié)標(biāo)煤為：0.2×524.35×104=1048.7t
總節(jié)標(biāo)煤量：7126.7+1038.7=8175.4t
如標(biāo)煤價400元/噸，則年節(jié)人民幣：
400×8175.4≈327萬元/年，投資不到二個月就可回收，經(jīng)濟效益十分顯著。
蒸汽壓力匹配器在某石化公司的應(yīng)用
化公司生產(chǎn)用蒸汽有3.5Pa、1.6 MPa、1.0MPa、0.5MPa等多個等級，其中1.6 MPa蒸汽原來是利用3.5MPa新蒸汽減溫減壓后獲得的。為了節(jié)約能源，提高熱能利用率，1998年該廠對供熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造，用熱泵式蒸汽壓力匹配器取代傳統(tǒng)的減溫減壓器，以3.5MPa新蒸汽為驅(qū)動蒸汽，引射0.9 MPa的汽輪機排汽，兩種蒸汽混合后達(dá)到1.6 MPa。工藝要求提供的蒸汽溫度為220℃，蒸汽壓力匹配器輸出的蒸汽溫度為380℃，后接噴水減溫器進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)和保證蒸汽參數(shù)穩(wěn)定，該系統(tǒng)還安裝了自動控制系統(tǒng)。投入運行后，工作可靠，經(jīng)濟效益明顯。
在設(shè)計工況下，引射系數(shù)可以達(dá)到0.3，在輸出汽量為18t/h時，可以引射0.9 MPa蒸汽4.15t/h。在正常生產(chǎn)情況下，蒸汽用量為8t/h，按引射比1∶0.3計算，每年可利用排汽總量為1.71萬噸。按發(fā)電汽耗14.83kg/kwh計算，每年可多發(fā)電115萬度，增加效益37.72萬元。設(shè)備總投資為14萬元，投資回收期為4個月。
熱泵式凝結(jié)水回收裝置在某食品廠的應(yīng)用
在生產(chǎn)方便面過程中，，需用0.2 MPa蒸汽蒸煮面絲，0.2 MPa蒸汽利用0.9 MPa新蒸汽減壓減溫后制得。蒸煮后的面絲再用油炸，油需要加熱到165℃。原工藝過程是用0.9 MPa蒸汽加熱油，蒸汽用后產(chǎn)生的高溫凝結(jié)水和閃蒸汽直接排入地溝，估計熱能總損耗在30%以上。該廠于1997年對供熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造，采用蒸汽噴射式熱泵式凝結(jié)水回收裝置回收凝結(jié)水和閃蒸汽，通過蒸汽噴射式熱泵用0.9 MPa新蒸汽引射凝結(jié)水閃蒸汽，使之提高到0.2 MPa，供蒸煮面絲用汽。降壓后的凝結(jié)水供給浴室使用。
該系統(tǒng)投入運行后，回收凝結(jié)水量為2t/h，回收閃蒸汽量為1.23t/h。以年運行7000小時計算，年節(jié)約價值為：
（1）回收閃蒸汽價值
1.23×7000×87=74.91萬元 （當(dāng)?shù)卣羝麅r格為87元/噸）
（2）回收凝結(jié)水的熱價值
年回收凝結(jié)水熱量約折合2000噸蒸汽，其價值為：
2000×87=17.4萬元
（3）回收凝結(jié)水的水價值
2×7000×1=1.4萬元 （水價按1元/噸計算）
(4)總回收價值
74.91+174+1.4=93.71萬元
工程總投資為13萬元，投資回收期約為2個月。
蒸汽噴射式熱泵運行問題編輯
1.蒸汽噴射式熱泵原理與汽輪機凝汽器射汽抽氣器原理相同，因設(shè)備簡單，無轉(zhuǎn)動元件，運行可靠。
?
2.在蒸汽噴射式熱泵引入蒸汽(低壓)抽汽管道上裝有逆止閥，加上汽輪機抽汽管道上的止回閥及速關(guān)閥，足能保證蒸汽噴射式熱泵汽不會倒流入汽輪機。?
3.蒸汽噴射式熱泵可以根據(jù)需要配有溫度和壓力自控裝置，裝有智能Ⅲ型儀表，可以和計算機聯(lián)網(wǎng)。溫度和壓力的自控，通過PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)，與一般減溫減壓器自動控制原理相同。出口壓力和溫度都非常穩(wěn)定。在蒸汽噴射式熱泵出口，裝有安.全閥，保證事故時，管道安、全減壓。
蒸汽噴射式熱泵優(yōu)點編輯
蒸汽噴射式熱泵具有如下優(yōu)點：
可靠性高，免維護
無機械活動部件、無氣動、電動控制系統(tǒng)，設(shè)計原理xj****，可靠性高，具有免維護的突出特點。
無泄漏，安.全性高
本裝置全密閉結(jié)構(gòu)，無任何活動泄漏點，出廠前嚴(yán)格按******標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打壓和探傷等檢驗過程。
壽命長
內(nèi)芯采用不銹鋼材料，能滿足設(shè)備長期運行的要求，設(shè)計使用壽命10年。
緩解汽蝕現(xiàn)象
液位控制穩(wěn)定，大大緩解了管道內(nèi)汽蝕和振動現(xiàn)象。
穩(wěn)定性
方便、維修容易、自動調(diào)節(jié)、保證出口壓力穩(wěn)定。
能效果顯著
裝方便，可水平安裝或垂直安裝，與管路連接均為法蘭連接，拆卸方便。
蒸汽噴射式熱泵主要性能指標(biāo)及參數(shù)編輯
噴射式熱泵的性能指標(biāo)是引射系數(shù)。引射系數(shù)μ=吸入蒸汽流量/驅(qū)動蒸汽流量；引射系數(shù)的數(shù)值與蒸汽噴射式熱泵的主要參數(shù)有關(guān)。
主要參數(shù)膨脹比=PP/PH；壓縮比= PC/PH；
PP—驅(qū)動蒸汽壓力 PH—引射蒸汽壓力 PC—混合蒸汽壓力
熱泵的結(jié)構(gòu)尺寸需根據(jù)用戶的蒸汽參數(shù)單獨進(jìn)行設(shè)計制造。
十一、蒸汽噴射式熱泵安裝及使用注意事項編輯
1、 按設(shè)備安裝圖紙正確安裝各部件，并緊固各標(biāo)準(zhǔn)件。
2、 開機前先用蒸汽預(yù)熱管道及熱泵，先開引射蒸汽閥門，然后開驅(qū)動蒸汽閥門。
3、 停機時，應(yīng)先關(guān)閉驅(qū)動蒸汽閥門，再依次關(guān)閉被引射蒸汽閥門和出口混合蒸汽閥門。
訂貨需知
1、 簽訂合同時應(yīng)提供下列相關(guān)工藝參數(shù)，驅(qū)動蒸汽壓力、溫度、流量；引射蒸汽壓力、溫度、流量；混合出口壓力、溫度、流量。
2、 控制方式：按需要選擇手動或自動控制裝置。
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