蒸汽噴射式熱泵

蒸汽噴射式熱泵具有結構簡單，投資小，運行可靠，熱效率高，節約能源，有利於環保等特點。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。

基本介紹

• 中文名：蒸汽噴射式熱泵
• 特點：結構簡單，投資小
• 結構：噴嘴、接受室
• 套用範圍：化工，橡膠，印染

蒸汽噴射式熱泵概述

蒸汽節流減壓造成的能量損失

在工業生產過程中，經常需要不同壓力等級的蒸汽，傳統的方法是採用節流減壓的方式供熱。但是，蒸汽節流減壓後會產生能量的無效貶值，使蒸汽質量降低，造成熱能的浪費。

節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生壓力降的現象稱為節流。由於被節流的蒸汽在縮孔處產生強烈摩擦，使一部分動能用來克服摩擦阻力，這部分動能最後又轉變成為熱能被蒸汽本身所吸收。雖然節流前後蒸汽的焓值沒有變化，但渦流使大量分子由規則運動變為無序運動，產生耗散功，導致熵的增加，使蒸汽的做功能力降低，質量變差。

蒸汽噴射式熱泵

低壓廢蒸汽造成的熱損失

工業生產領域都離不開使用蒸汽，如化工，橡膠，印染，製藥，火力發電，集中供熱等等。在蒸汽的使用過程中，都不可避免地會產生大量的低壓蒸汽。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。這樣既污染環境，不利於環保，又造成大量能源的浪費。但是，由於低壓蒸汽的特點，使其很難找到合理的用途。

產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，放出汽化潛熱後，會形成高溫冷凝水。冷凝水在排放過程中，由於壓力降低，再次產生閃蒸汽，其數量約占凝結水量的10%左右。這部分閃蒸汽也是低壓蒸汽，回收難度大，又不經濟，所以一般都排放掉了。這部分閃蒸汽的數量可觀，造成的能源浪費是不容忽視的。

合理使用蒸汽是節約用能

提高企業經濟效益的重要措施之一，它既包括蒸汽量的節約，也包括蒸汽質的節約。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，尋求節能的新途徑，成為節能工作研究的新課題。

蒸汽噴射式熱泵的結構及工作原理

蒸汽噴射式熱泵是射流技術在傳熱領域的套用。蒸汽噴射式熱泵技術起源於俄羅斯，從二十世紀八十年代開始傳入中國，但基本上停留在學術研究方面，近幾年才開始套用於工程領域。蒸汽噴射式熱泵具有結構簡單，投資小，運行可靠，熱效率高，節約能源，有利於環保等特點。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後的能量差為動力，高壓蒸汽通過噴嘴時產生高速氣流，在噴嘴出口處產生低壓區，在此區域將低壓蒸汽吸入設備，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，然後通過混合室進行良好混合，混合後的蒸汽再通過擴壓室恢復部分壓力損失，達到要求的蒸汽壓力後供給熱用戶使用。根據高、低壓蒸汽的參數可以對設備進行不同的結構設計，得到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，也可以是凝結水產生的閃蒸汽，使低焓熱能得到充分利用，達到節約能源的目的。蒸汽噴射式熱泵的節能率可以達到35%左右，具有很好的實用性。

蒸汽噴射式熱泵的性能評價

引射係數

引射係數等於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；

供熱係數

以高品位工作蒸汽減壓前後的能量差為動力，通過蒸汽噴射式熱泵循環供給熱用戶的熱量與所消耗的工作蒸汽熱量之比，稱為供熱係數，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於以下幾方面：

低壓蒸汽升壓再利用 某些工廠企業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，以滿足工業生產的需要。

設備排汽循環再利用 某些使用蒸汽的設備，由於其排汽壓力低，不能再利用。可用蒸汽噴射式熱泵將排汽升壓後併入供汽管網，可實現排汽循環再利用。

閃蒸汽的回收利用 閃蒸汽的回收系統如圖2所示，凝結水進入閃蒸罐後產生的閃蒸汽，由熱泵吸走並將其升壓，供給生產或生活使用。

蒸汽噴射式熱泵的套用方法

噴射式熱泵的使用方法很多，套用也很廣泛，下面介紹幾種蒸汽噴射式熱泵經常使用的方法。

蒸汽噴射式熱泵式減溫減壓器

噴射式熱泵式減溫減壓器採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節蒸汽壓力和溫度，回收廢熱蒸汽的高效節能設備。蒸汽噴射式熱泵式減溫減壓器與常規的減溫減壓器不同，常規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到合理利用。

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，產生介於高、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到很好的套用。

蒸汽噴射式熱泵式凝結水回收裝置

水在排放過程中產生大量的閃蒸汽，由於找不到合適的用途，加之回收成本高，長期以來一直是放空，既浪費能源，又污染環境。利用蒸汽噴射式熱泵式凝結水回收裝置可以回收凝結水產生的閃蒸汽，提高蒸汽品位後重新加以利用，帶來良好的經濟效益和社會效益。

低壓蒸汽升壓再利用

對與使用幾種不同壓力蒸汽的企業，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，以滿足工業生產的需要。

設備排汽循環再利用

某些使用蒸汽的設備，由於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後併入供汽管網，可實現排汽循環再利用。

蒸汽噴射式熱泵技術特點

1、操作簡便，維修容易，可保證供汽壓力穩定。

2、節能效益顯著，在回收企業的不能利用的低壓蒸汽、閃蒸汽，以回收蒸汽價格計算，年節汽價值再數十萬到上百萬以上。

3、自動控制系統可以保證用汽壓力在流量30－100%範圍內不變，解決了熱用戶有限波動的對設備效率的影響。

蒸汽噴射式熱泵套用工程實例

蒸汽噴射式熱泵供熱方案實例

??

某熱電公司新增熱用戶要求用汽參數為1.0MPa、300℃、25t/h，原供汽參數為0.55MPa、250℃，不能滿足要求。有兩種供汽方案可供選擇，第一方案是利用鍋爐新汽經減溫減壓器供熱方案；第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。第二方案有明顯的優點，減少了節流不可逆損失，節約了鍋爐新汽量，增加了0.55MPa供熱抽汽，增加了熱化發電量，提高了熱能利用率。?

經設計計算可減少鍋爐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，工質合計為25t/h。因而減少燃煤量1018.96kg，年節標煤：7126.7t。?

增加了熱化發電量：524.35×10?4kW?h/年，

耗電按200g/kW?h，

2000年我國平均供電煤耗為 400g/kW?h，

則每度電節煤0.2kg，

則年節標煤為：?0.2×524.35×104=1048.7t?

總節標煤量：7126.7+1038.7=8175.4t?

如標煤價400元/噸，則年節人民幣：?

400×8175.4≈327萬元/年，投資不到二個月就可回收，經濟效益十分顯著。

蒸汽壓力匹配器在某石化公司的套用

化公司生產用蒸汽有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新蒸汽減溫減壓後獲得的。為了節約能源，提高熱能利用率，1998年該廠對供熱系統進行了改造，用熱泵式蒸汽壓力匹配器取代傳統的減溫減壓器，以3.5MPa新蒸汽為驅動蒸汽，引射0.9 MPa的汽輪機排汽，兩種蒸汽混合後達到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℃，後接噴水減溫器進行溫度調節。為了實現自動調節和保證蒸汽參數穩定，該系統還安裝了自動控制系統。投入運行後，工作可靠，經濟效益明顯。

在設計工況下，引射係數可以達到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。按發電汽耗14.83kg/kwh計算，每年可多發電115萬度，增加效益37.72萬元。設備總投資為14萬元，投資回收期為4個月。

熱泵式凝結水回收裝置在某食品廠的套用

在生產速食麵過程中，，需用0.2 MPa蒸汽蒸煮麵絲，0.2 MPa蒸汽利用0.9 MPa新蒸汽減壓減溫後製得。蒸煮後的面絲再用油炸，油需要加熱到165℃。原工藝過程是用0.9 MPa蒸汽加熱油，蒸汽用後產生的高溫凝結水和閃蒸汽直接排入地溝，估計熱能總損耗在30%以上。該廠於1997年對供熱系統進行了改造，採用蒸汽噴射式熱泵式凝結水回收裝置回收凝結水和閃蒸汽，通過蒸汽噴射式熱泵用0.9 MPa新蒸汽引射凝結水閃蒸汽，使之提高到0.2 MPa，供蒸煮麵絲用汽。降壓後的凝結水供給浴室使用。

該系統投入運行後，回收凝結水量為2t/h，回收閃蒸汽量為1.23t/h。以年運行7000小時計算，年節約價值為：

（1）回收閃蒸汽價值

1.23×7000×87=74.91萬元 （當地蒸汽價格為87元/噸）

（2）回收凝結水的熱價值

年回收凝結水熱量約折合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。

蒸汽噴射式熱泵安全運行問題

??

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，因設備簡單，無轉動元件，運行安全可靠。

?

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需要配有溫度和壓力自控裝置，裝有智慧型Ⅲ型儀表，可以和計算機聯網。溫度和壓力的自控，通過PI調節器實現，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。

蒸汽噴射式熱泵優點

蒸汽噴射式熱泵具有如下優點：

可靠性高，免維護

無機械活動部件、無氣動、電動控制系統，設計原理先進，可靠性高，具有免維護的突出特點。

無泄漏，安全性高

本裝置全密閉結構，無任何活動泄漏點，出廠前嚴格按國家標準進行打壓和探傷等檢驗過程。

壽命長

內芯採用優質不鏽鋼材料，能滿足設備長期運行的要求，設計使用壽命10年。

緩解汽蝕現象

液位控制穩定，大大緩解了管道內汽蝕和振動現象。

穩定性

方便、維修容易、自動調節、保證出口壓力穩定。

能效果顯著

裝方便，可水平安裝或垂直安裝，與管路連線均為法蘭連線，拆卸方便。

蒸汽噴射式熱泵主要性能指標及參數

噴射式熱泵的性能指標是引射係數。引射係數μ=吸入蒸汽流量/驅動蒸汽流量；引射係數的數值與蒸汽噴射式熱泵的主要參數有關。

主要參數膨脹比=PP/PH；壓縮比= PC/PH；

PP—驅動蒸汽壓力 PH—引射蒸汽壓力 PC—混合蒸汽壓力

熱泵的結構尺寸需根據用戶的蒸汽參數單獨進行設計製造。

十一、蒸汽噴射式熱泵安裝及使用注意事項

1、 按設備安裝圖紙正確安裝各部件，並緊固各標準件。

2、 開機前先用蒸汽預熱管道及熱泵，先開引射蒸汽閥門，然後開驅動蒸汽閥門。

3、 停機時，應先關閉驅動蒸汽閥門，再依次關閉被引射蒸汽閥門和出口混合蒸汽閥門。

訂貨需知

1、 簽訂契約時應提供下列相關工藝參數，驅動蒸汽壓力、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。

結束語

約能源的觀點出發，既要考慮蒸汽量的匹配，也要考慮蒸汽質的匹配，按蒸汽的品位分級供熱，同時儘可能回收餘熱，把熱能損失降到最小，這是提高企業經濟效益的重要途徑。蒸汽噴射式熱泵是一種可用性很強的節能設備，具有很大的節能潛力，應該得到大力推廣使用。