蒸汽凝結水密閉式回收系統中水抽汽噴射器的應用

摘 要：介紹了密閉式蒸汽凝結水回收節能技術，及采用抽汽噴射器的新技術來回收乏汽分析了此類噴射器的工作特點和節能意義，介紹了此類噴射器在實際中的使用情況。

1.蒸汽凝結水密閉式回收節能技術簡介

在各工業行業，廣泛使用蒸汽作為熱媒進行加熱、濃縮、結晶或干燥等工藝過程。蒸汽在間接加熱設備中釋放出潛熱，給物料提供熱量以后，形成的蒸汽凝結水需要盡快排出。作為重要的余熱資源，蒸汽凝結水不僅含有相當的熱量（約占蒸汽熱值的20%～30%），而異本身也是優質的水資源。因此，在能源和水資源都緊缺，且價格日益攀升的形勢下，科學合理且高效地回收蒸汽凝結水，具有重要的經濟效益和社會效益。

目前在各企業中普遍使用的是一種開放式的回收方法。在開式回收系統中，某些環節（主要是回收點的集水罐、回收管道）是對大氣開放的，目的是方便凝結水的回流二但是，這不僅使水質被污染，相當多的一部分熱量還通過排放乏汽丟失以及通過壁面散失。在實踐中可以看到，乏汽在排放中還夾帶走一部分水分；更為嚴重的是，由于水溫很高而造成普通離心泵產生帶氣蝕運行，無法正常輸送；很多高溫凝結水在實際上是溢流排放的。因此，開放式回收系統對余熱的回收量十分有限。

密閉式回收技術可以有效地提高蒸汽凝結水的余熱回收率。從理論上的分析可以看到，提高高溫冷凝水回收的溫度，回收熱量增加的不僅是冷凝水的顯熱，還包括減少以至消除閃蒸汽排放損失的潛熱。

在實踐中，疏水器的漏汽在開放式回收中也是很難解決的問題（除非大量噴淋冷水），而在密閉式回收中漏汽卻可以得到有效的回收利用。這就使得密閉式的回收技術在實際上得到了成倍于開放式回收的經濟效益，在工廠企業中受到極大的歡迎。

采用密閉式回收，可以正常輸送高達150℃的高溫冷凝水，但回收系統中不可避免地存在一些“乏汽”。所謂乏汽，是飽和狀態的冷凝水在減壓時產生的閃蒸汽和疏水器（或疏水設備）的漏汽的混合體。不少企業可以實現余熱零排放的目標，經常采用的回收余熱的節能措施有幾種：

(1)適當提高回收冷凝水的品位。但這可能造成用汽生產設備排放冷凝水背壓增加，在有些行業就比較難以解決。

(2)用增加換熱設備吸取利用部分熱量。但由于受到地理位置、生產流程、費用增加等方面因素的影響，對不少單位來說也可能顯得不現實

(3)采用高效的噴淋撲霧設備來達到既吸收利用部分余熱，又可以得到數量可觀的高溫熱水。但是，限于冷態軟化水和回收的高溫冷凝水在質量和熱量上的平衡問題，其應用面也有限

(4)采用汽抽汽噴射器。即使用高壓新鮮蒸汽抽吸低壓閃蒸汽，形成壓力適中的蒸汽，并供應用汽設備使用（在一些資料中稱為“熱泵”）。但是，往往這些壓力適中的蒸汽也很難恰好有合適的設備與之匹配使用。從能量平衡的角度看，需要的較高壓蒸汽量很大（不是簡單的算術平均值），生成的混合氣體也可能太多，反而成為一種新的負擔。

通過上面的一些分析，我們設計并在實際中使用了一種水抽汽噴射器，從而成為有實際意義且很有效的節能手段。

2.抽汽噴射器是處理乏汽的有效工具

在密閉式蒸汽冷凝水回收系統中，抽汽噴射器設置在高溫冷凝水回收泵裝置的后部，它使用已經提升壓力后的凝結水作為工作流體，來抽吸集水罐內經過自力式壓力調節閥門排出的壓力較低的乏汽，經過噴射器的工作作用，乏汽被裹吸混合到高溫高壓凝結水中，一起輸送到目的地。在這個過程中，一部分乏汽發生相變以凝結水形式溶入，另一部分在到達輸送目的地（如除氧器等）以后會析出，得到很好的回收利用。

通過加裝抽汽噴射器，可以將相當一部分乏汽的熱量回收利用，同時也在一定程度上降低集水罐的壓力，方便了冷凝水的回流，提高了回收系統的可靠性，擴大了回收技術的應用范圍。

抽汽噴射器與一定的自控手段相結合，可以更好地發揮其作用。在實踐中選用適用的壓力自控閥門，高溫回收泵裝置采用PLC邏輯編程器和電機變頻運行技術，節省了電能的同時也使得噴射器的運行更為穩定可靠。

抽汽噴射器的設計和運行，一定要與生產工藝和實際密切地聯系和結合起來合理的設計和運行，更加有利于生產的正常進行；生產中一般難免的工藝參數的變動，也應該在設計的運籌中得到充分的考慮和應對。

3.抽汽噴射器理論和分析

抽汽噴射器是水抽氣類型噴射器中的一種另類。圖1為該類噴射器的簡單結構原理圖。

工作流體Qo是高溫冷凝水（雖然高溫，但由于回收裝置的加壓，它已經處于一種過冷狀態）；被吸流體Qs是冷凝水回收系統中的乏汽；經過其工作過程，出口的混合流體為Qc。根據抽汽噴射器的基本理論，在其工作過程中，工作流體從過冷狀態過渡到接近飽和狀態，不應有相變發生；而被吸流體則經歷了：稍有減壓（體積稍有膨脹）一增壓（受高壓工作流體引射、裹吸和混合）一相變（凝結成冷凝水的一部分）。正因為有相變的發生，被吸乏汽的數量得以較大幅度的增加。事實也證明了這一判斷。

抽汽噴射器的工作能力集中體現到流量比q這個性能參數上，因為Qo在噴射器工作中是恒定的，提高q值就等于增加了Qs，亦即可以抽吸更多的乏汽，達到更好的節能效果。

噴射器的臨界流量比公式：

式中：m為噴射器的面積比；h為噴射器的臨界壓力比。本式適用γs =1的場合。

從公式可以看到，優選噴射器的最佳面積比，成為設計實際性能良好的抽汽噴射器的關鍵。合適的面積比具有最好的抽吸能力和混合裹吸能力。否則，就會造成抽汽能力差、抽汽量少的后果。

我們通過理論分析和實驗室的數據，得到一組最佳面積比的參數。在實際中的使用，得到了不錯的效果。

4.抽汽噴射器在實際中應用的實例

在實際使用中，抽汽噴射器根據不同的需要和工藝流程，具有幾種應用模式。圖2顯示了一個典型的應用工藝流程。

(1)在山東德州一家大型合成氨化肥企業的應用。抽氣噴射器選行正常，雖然由于實際現場的背壓值與原來提供的預計值有一些差別而影響到噴射器的效率，但是通過對比試驗，仍有較好的抽汽效果（降低集水罐壓力0.03～0.05MPa），抽汽量在1t/h左右。

(2)在遼寧盤錦一家造紙企業的實際應用。

抽氣噴射器運行正常，盡管實際背壓值（0.05～0.1MPa）與原來提供的預計值（0.15～0.25MPa）相差較大而一定程度上影響到噴射器的效率，但是通過對比試驗，仍有較好的抽汽效果，基本上消除了乏汽的排放量。

5.抽汽噴射器節能效益的分析

抽汽噴射器的節能效益，集中體現在增加回收了一部分原來可能要排放的乏汽的熱量。應該承認，噴射器本身就是一種效率比較低的流體設備，再加上水和水蒸氣在比容方面的巨大差別，使得噴射器的抽汽能力突出到工作流體抽吸乏汽并盡可能地促使凝結的過程上面。蒸汽熱工性能見表1。

通過表1以及噴射器的能量和動量定律，結合實際的數據，可以分析計算得到設計合理高效的抽汽噴射器，可以凝結工作流體質量3%～5%的乏汽，再加上裹吸混合的乏汽量，總體可以消化回收冷凝水量5%～8%的乏汽量。這樣，對于質量較好的疏水器（漏汽率控制在2％以內）以及控制較好的閃蒸量（比如在5%～8%），該抽汽噴射器就可以完全吸收和消化全部乏汽。

6結語

水抽汽噴射器的成功設計和使用，在很多場合可以消化、吸收相當一部分乏汽，進一步完善了密閉式蒸汽冷凝水回收節能技術。如果再結合其他輔助手段，可以在整個回收系統中實現余熱的“零排放”的最佳目標。這為我國節約能源事業、為蒸汽余熱回收這個課題，開創了一個新的局面。