摘　要：對蒸汽噴射泵基本系統(tǒng)、優(yōu)化系統(tǒng)的流程進(jìn)行探討，分析了蒸汽噴射泵優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：蒸汽噴射泵  凝結(jié)水  閃蒸汽  防汽蝕  余熱利用

Optimization Design of Steam Jet Pump System

Abstract：The technological processes of basic system and optimization system for steam jet pump are discussed．The advantages of optimization system of steam jet pump are analyzed．

Key words：steam jet pump；condensate；flash steam；cavitation prevention；residual heat utilization

1　概述

蒸汽作為一種能源形式，大量應(yīng)用于電力、紡織、印染、化工、冶金、造紙等工業(yè)、商業(yè)和居民生活領(lǐng)域。目前，全國在用工業(yè)蒸汽鍋爐約52×10⁴臺，總裝機(jī)容量約l25×10⁴MW^[1]，但目前我國蒸汽系統(tǒng)的熱能利用率僅為國際先進(jìn)水平的50％。我國蒸汽系統(tǒng)熱能利用效率比較低的主要原因為：蒸汽管網(wǎng)中疏水閥的蒸汽泄漏比較嚴(yán)熏，年漏汽總量達(dá)2.8×10⁸t，約合4200×10⁴t標(biāo)準(zhǔn)煤^[2]。大量凝結(jié)水未回收利用，約70％的凝結(jié)水未被回收而直接排放。大量閃蒸汽未回收利用，據(jù)統(tǒng)計，凝結(jié)水收集器基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目(51178482)放空管排放的閃蒸汽熱量約占蒸汽總熱量的20％～30％^[3]。

蒸汽噴射泵是射流技術(shù)在傳熱領(lǐng)域的應(yīng)用，該技術(shù)從20世紀(jì)80年代引入我國，近年來開始應(yīng)用于工程。蒸汽噴射泵結(jié)構(gòu)簡單，造價低，運(yùn)行可靠，能合理匹配蒸汽的壓力等級，回收低品位蒸汽，提高蒸汽的利用效率，是節(jié)能的重要途徑^[4-6]。本文對蒸汽噴射泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行探討。

2　蒸汽噴射泵的工作原緩

蒸汽噴射泵主要由噴嘴、吸入段、混合段、擴(kuò)壓段等部分組成，結(jié)構(gòu)見圖1。蒸汽噴射泵是利用拉伐爾噴管原理，利用較高壓力的蒸汽高速流經(jīng)噴嘴產(chǎn)生絕熱膨脹，在噴嘴出口處將形成超聲速，出口周圍的壓力降低，在吸入段形成負(fù)壓，抽引閃蒸汽。高壓蒸汽與閃蒸汽在混合段充分混合均勻后，經(jīng)擴(kuò)壓段喉管達(dá)到一定壓力，流速接近聲速，然后進(jìn)入擴(kuò)壓段。在擴(kuò)壓段出口處得到要求壓力等級的工作蒸汽^[7]。

3　蒸汽噴射泵系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

3.1　蒸汽噴射泵基本系統(tǒng)

蒸汽噴射泵基本系統(tǒng)流程見圖2。用汽設(shè)備出口高溫凝結(jié)水經(jīng)過疏水閥，進(jìn)入閃蒸罐內(nèi)進(jìn)行閃蒸，閃蒸汽被抽引到蒸汽噴射泵內(nèi)與高壓蒸汽混合，產(chǎn)生用汽設(shè)備所需壓力等級的工作蒸汽。在閃蒸罐內(nèi)沒有汽化的凝結(jié)水由閃蒸罐下部排出，被送回鍋爐房軟水箱，由于溫度較高，需配備防汽蝕泵。閃蒸罐配有液位計，當(dāng)閃蒸罐內(nèi)的凝結(jié)水位高于設(shè)定液位時，控制箱將啟動防汽蝕泵。

由于未配備自動控制裝置，當(dāng)用汽設(shè)備負(fù)荷改變時，無法通過測量蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的變化，自動調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。當(dāng)用汽設(shè)備負(fù)荷改變時，需要手動調(diào)節(jié)降低高壓蒸汽的流量，以穩(wěn)定工作蒸汽壓力。受閃蒸汽壓力影響，對于用汽壓力較高的用汽設(shè)備，往往需要將高壓蒸汽減壓后與蒸汽噴射泵出口工作蒸汽進(jìn)行混合，從而滿足用汽壓力要求。

蒸汽噴射泵基本系統(tǒng)的凝結(jié)水排水溫度仍比較高，存在汽化危險，必須采用價格較高的防汽蝕泵。對于用汽壓力較高的用汽設(shè)備，需要將高壓蒸汽減壓后作為補(bǔ)充，造成了高品位蒸汽浪費(fèi)，余熱利用效果不理想。

3.2　蒸汽噴射泵優(yōu)化系統(tǒng)

蒸汽噴射泵優(yōu)化系統(tǒng)流程見圖3。優(yōu)化系統(tǒng)由一級蒸汽噴射泵、二級蒸汽噴射泵、節(jié)流孔板、閃蒸罐、換熱水箱、液位控制器、凝結(jié)水泵等組成。

一二級蒸汽噴射泵分別為用汽設(shè)備1、2制備壓力為P3、P4的工作蒸汽，用汽設(shè)備出口的高溫凝結(jié)水經(jīng)節(jié)流孔板后分別進(jìn)入閃蒸罐，在閃蒸罐內(nèi)汽化生成閃蒸汽，未汽化的凝結(jié)水降溫。閃蒸汽的壓力為P2，被一級蒸汽噴射泵抽引，與高壓蒸汽混合后形成壓力為P3的工作蒸汽，一部分進(jìn)入用汽設(shè)備l，一部分被二級蒸汽噴射泵抽引，提升為壓力為P4的工作蒸汽，進(jìn)入用汽設(shè)備2。優(yōu)化系統(tǒng)采用第二級蒸汽噴射泵提供較高壓力蒸汽，與基本系統(tǒng)比較，避免了高品位蒸汽的浪費(fèi)。閃蒸罐內(nèi)溫度較低的凝結(jié)水進(jìn)入換熱水箱內(nèi)進(jìn)行再次降溫，由于換熱后凝結(jié)水溫度較低，因此凝結(jié)水泵不必選用防汽蝕泵。

在自動控制方面，當(dāng)用汽設(shè)備負(fù)荷變動時，控制器根據(jù)各級蒸汽噴射泵出口的壓力信號，調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，以保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。為保證閃蒸罐內(nèi)凝結(jié)水及時排出和生活熱水供應(yīng)，控制箱根據(jù)液位傳感器、溫度傳感器的反饋信號控制進(jìn)入換熱水箱的凝結(jié)水流量。當(dāng)閃蒸罐排出的凝結(jié)水量不足時，控制箱打開相應(yīng)的電動調(diào)節(jié)閥，不經(jīng)過閃蒸罐直接將高溫凝結(jié)水引至換熱水箱。

4　優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)勢

4.1　改進(jìn)措施

優(yōu)化系統(tǒng)與基本系統(tǒng)比較，采取了以下改進(jìn)措施：增加了二級蒸汽噴射泵，滿足不同壓力等級用汽設(shè)備的需求。利用凝結(jié)水余熱加熱生活熱水。采用節(jié)流孔板代替疏水閥。完善了自動控制系統(tǒng)，可適應(yīng)用汽設(shè)備變負(fù)荷工況需求。

4.2　優(yōu)化系統(tǒng)的優(yōu)勢

由于采用兩級蒸汽噴射泵，可以滿足不同壓力等級用汽設(shè)備的需求，提高了系統(tǒng)的適用性。

對凝結(jié)水進(jìn)行了熱量再次回收，通過換熱水箱加熱生活用水，實現(xiàn)了凝結(jié)水梯級利用，提高熱能的綜合利用率^[8]?？蓪Σ煌闷麎毫Φ挠闷O(shè)備的凝結(jié)水進(jìn)行回收，提高了系統(tǒng)兼容性^[9]。

采用節(jié)流孔板替代疏水閥，既可以保證用氣設(shè)備內(nèi)的蒸汽壓力，又可以將用汽設(shè)備內(nèi)的凝結(jié)水迅速排出。由于節(jié)流孔板沒有機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，只要根據(jù)現(xiàn)有的穩(wěn)定的工況條件設(shè)定好孔板的開孔尺寸，即可獲得穩(wěn)定的運(yùn)行性能，有效降低了故障率。

當(dāng)用氣設(shè)備負(fù)荷改變時，控制器可根據(jù)蒸汽噴射泵出口的蒸汽壓力，自動調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，從而保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩(wěn)定。

自動控制功能更加完善，綜合考慮了生活熱水供應(yīng)與閃蒸汽回收的協(xié)調(diào)控制，在保證用汽設(shè)備的蒸汽供應(yīng)和生活熱水供應(yīng)的同時，最大限度地對閃蒸汽及凝結(jié)水余熱進(jìn)行回收利用。

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本文作者：馮志明  肖益民

作者單位：重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院