二次压缩供汽系统状况及存在的问题

上海氯碱化工股份有限公司是一家大型氯碱生产企业，年耗各种压力等级的蒸汽 200 万吨，占公司总能耗的 18%。公司蒸汽减压系统中，普遍采用阀门进行节流，将高压（高品位）蒸汽节流后，向工业生产中的用热部位供汽。 换热设备换热后的蒸汽冷凝水大多只进行简单的回收利用，冷凝水平均温度大于 100℃。 由于蒸汽的使用压力大于大气压力，所以凝结水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%-30%，且压力、 温度越高，凝结水具有的热量就越多，占蒸汽总热量的比例也就越大。

由于工艺条件的要求，送达终端的蒸汽所需的压力等级各不相同，需要进行一定的减压。常规的阀门节流减压造成了能量的无效贬值，使高品位（压力） 的蒸汽在没有对外做功的情况下转化为低品位（压力）的蒸汽，属于用能质量上的浪费。供汽系统产生的二次蒸发气（或副产蒸汽）以及疏水系统产生的泄漏蒸汽，通常直接对空排放，或者没有进行合理的回收利用，属于用能数量上的浪费。常规的阀门节流供汽系统从用能质量和用能数量上，都存在着用能不合理和未能综合利用能量的问题。如何降低减压过程中的能量损失和实现对换热后的低品位副产蒸汽和冷凝水系统产生的二次蒸发气进行充分的回收利用，蒸汽喷射二次压缩技术能解决这个问题，它可以实现：

1） 最大限度的减少蒸汽减压过程中的能量损失，实现蒸汽能量的梯级利用，实现对蒸汽所含值（即对外作功能力）进行合理和充分的使用；

2）可以增加换热设备的排水压差，实现换热设备畅通排出蒸汽冷凝水，充分挖掘换热设备的换热能力，提高换热效果，以利于产品产量和生产率的提高。

二次压缩能量的品位及节流减压过程中的能量损失

（1）能量的品位

能量是物质的基本特性参数，它表示物质所具有的做功能力，热力学第一定律指出不同形式的能量可以相互转换，在转换的过程中数量守恒。热力学第二定律指出能量除了有数量上的多少外，还有品位的高低，不同品位的能量转变为功的能力不同。物质的总能量中，可用能所占的比例代表了能量的品质，能量中可转变为技术功的部分称为㶲（ Exergic）。

（2）节流过程中的能量损失

蒸汽截流通常是利用阀门的阻力特性，控制阀后蒸汽流量，达到蒸汽减压的目的。 这种减压方式，是对外界不作功的等焓熵增过程，是典型的不可逆过程。蒸汽在截流减压过程中，由于摩擦、 涡流等，使大量有规则热运动的分子转变为无序运动，产生耗散功，导致在没有对外做功的情况下产生熵的增加，降低了蒸汽对外做功的能力，致使蒸汽产生了无形的能量损失。

二次压缩蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统的工作机理

蒸汽喷射二次压缩技术，利用热平衡、 㶲平衡和能级平衡理论，在工业生产中，利用新型的蒸汽二次压缩供汽系统替代常规的阀门节流供汽系统，使蒸汽中的能量在品位和数量上都能够得到充分合理的使用。

（1）喷射压缩系统工作机理

利用蒸汽喷射二次压缩技术组成引射式减压系统，按蒸汽喷射二次压缩技术制作引射减压设备，利用蒸汽减压前后的能量差为动力，提升低品位蒸汽的 值，将高品位蒸汽和低品位蒸汽在蒸汽喷射二次压缩过程中进行速度均衡和能量均衡，扩压后进入热力管网供用户使用。 采用蒸汽喷射二次压缩技术引射式减压系统，可以避免蒸汽节流减压过程中产生的㶲值损失，同时利用蒸汽减压前后的能量差作为动力，提升低品位蒸汽的压力等级，在避免蒸汽减压损失的同时，实现对低品位蒸汽的回收利用，实现对能量从数量和质量上都进行充分和合理的使用。

蒸汽喷射二次压缩技术由喷嘴、 接受室、 混合室和扩压室共四个部分组成，高品位蒸汽称为工作蒸汽 P_P，低品位蒸汽称为引射蒸汽P_H，混合后的蒸汽称为压缩蒸汽 P_C(参见图 1）。

工作蒸汽在喷嘴内， 由于流通截面逐渐变小，工作蒸汽流速逐渐增加，蒸汽的压力势能逐渐转化为动能，压力逐渐降低。 当工作蒸汽通过喷嘴后，在喷嘴出口达到极高的速度（超音速），大部分压力势能转化为动能，使蒸汽压力降低到引射蒸汽压力以下，形成局部相对负压，将引射蒸汽抽吸到接受室。两股共轴流体在混合室内进行充分混合并使速度与能量均衡，在混合室的出口截面，建立起均匀速度场和能量场，形成稳定均一的高速度蒸汽流。蒸汽流进入扩压室后，随着流通截面面积的逐渐扩大，蒸汽流速逐渐降低，蒸汽动能逐渐转化为势能，压力逐渐得到恢复，当达到扩压室末端时，压力得到完全恢复，达到工艺所要求的压力，供工业生产中的换热设备使用。

（2）蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统的基本流程

基本的蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统由蒸汽喷射二次压缩技术、 高效扩容闪蒸罐、 压差疏水器、 换热器、 自动控制系统等组成(见图 2）。

（3）蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统的运行

蒸汽喷射二次压缩技术供汽系统全部采用自动化控制技术，各压力、 温度、 液位等参数的采集均使用相应的变送传感器，控制执行机构为气动或电动调节阀门，控制中心为工控机或可编程控制器（ PLC）。系统设定好各个参数后，自动稳定运行。

二次压缩研究结论

利用蒸汽二次压缩技术对高品位蒸汽进行引射式节流替代传统的阀门节流，向用汽系统提供所需要品位和数量的蒸汽，即可以实现蒸汽无损耗节流，又可以利用高品位蒸汽节流后的压力差为动力，回收工业废热蒸汽（或冷凝水系统产生的二次蒸发汽或副产低品位蒸汽） 并回用到工业生产，可以灵活地实现能级的梯级利用和能量平衡，从而实现热力系统用汽数量上和质量上的平衡，达到优化工业生产用汽网络，实现废热资源化，提高能源利用率，降低单位产品能耗，节约能源和保护自然环境的目的。

二次压缩研究背景

棉纤维细度 、成熟度是棉花的重要几何特征，影响着棉纱棉布质量和纺纱工艺，是棉纺配棉的主要依据马克隆值是细度、成熟度的综合指标，在国际棉花贸易中是计价指标之一。细度和成熟度是表征棉花物理性能的重要指标，对纺纱工艺和织物质量有着重要的影响。棉纤维的细度对纱线条干、强力及捻度影响很大；纤维的成熟度越高，纱线和织物的色泽、吸色能力和染色均匀度越高，弹性也越好。

中段称重法( GB/T 6100 -2007)、排列法( GB/T 17686 -1999) 用于测量棉纤维细度，中腔胞壁对比法 ( GB/T 6099 . 1 -1985)、显微镜法 ( GB/ T13777 -2006)、偏光仪法( GB/T 6099.2 -1992) 用于测量棉纤维成熟度。这些方法有几个共同点：一是测试指标单一，只能单独测量成熟度或线密度一个指标；二是速度很慢，这在讲究效率和人工成本日益提高的社会背景下显得很不合时宜，限制了其实用性；三是重复性比较差，原因是这些方法几乎都是人工、半人工测量，受人为因素影响较大。气流法能测试马克隆效率和重复性，但测试出的马克隆值反映的是棉花成熟度和细度的综合效果，无法测量纺织企业十分关心的成熟度和细度指标。基于上述背景，二次压缩气流法测试棉纤维成熟度、细度就显得十分必要，它克服了上述测试方法指标单一、速度慢和重复性差的缺陷，能快速、全面、准确地测量棉花的马克隆、细度 、成熟度。

二次压缩气流法测量棉纤维马克隆 、成熟度和细度

气流法测试棉花马克隆值 、细度和成熟度，具有自动快速、效率高、重复性好等优点。气流法又可分为一次压缩气流法(用于测量马克隆值)和二次压缩气流法(用于测试马克隆值、成熟度和细度)。气流法的理论基础是苛仁纳( Kozeny) 公式。

（1）一次压缩气流法的应用

根据以上原理，测量棉纤维马克隆值有定流量式气流仪和定压式气流仪。定压式气流仪需要测试通过纤维塞的流量Q，根据相关数学模型得到马克隆值。主要仪器为Y145C 型马克隆值测定仪。定流量式气流仪需要测试纤维塞两端的压力差 Δp，根据相关数学模型得到马克隆值。主要仪器有多家仪器公司生产的 175 型便携式棉纤维气流仪和 M C 型棉纤维马克隆仪。其中，陕西华斯特仪器公司的产品 SJ175 棉纤维气流仪的特点为电子称重、气压传感器测定马克隆值、数字显示、语音报数、标准棉样自动校正、马克隆值自动分级、智能剔除异常数据等功能；苏州市光华电测技术研究所研制的MC型棉纤维马克隆仪，利用全数字化的测试系统，微电脑完成测量的自动控制和数据处理，具有对马克隆值校准棉样的自动校正功能。

（2）二次压缩气流法的应用

二次压缩气流法主要采用固定气流流量，测试2 次压缩的压力差，根据相关数学模型得到棉纤维的马克隆值、细度和成熟度。具体测试流程为：试样筒内放入开松良好、清洁、调湿(置于大气中)、无规则取向的指定质量的棉纤维试样，先后压缩成2种不同的固定体积，形成纤维多孔塞。测量试样在不同压缩状态下的透气性。在每一种压缩状态下，气流以指定的流量通过试样，在压力计上指示出试样上的压力降(以 mm H₂O 水柱高度表示)，得到2个压力降：一个松压纤维塞的压力降(用 PL 表示)，另一个紧压纤维塞的压力降(用PH表示)。用相应的计算模型和公式可以得到棉纤维的马克隆值Mic、细度LD、成熟度比M、成熟纤维百分率PM。

当前国内市场上采用二次压缩气流法测试棉纤维细度、成熟度的主要有以下4个生产厂家：英国锡莱(SDL)、英国维拉( WIRA)、常州第一纺织设备有限公司、长岭纺电公司。这些采用二次压缩气流法则试棉纤维细度、成熟度的仪器均能同时测试棉纤维的马克隆值、细度、成熟度比和成熟纤维百分率指标，同时它们各有其特点，详细对比见表1。采用二次压缩气流法的棉纤维细度、成熟度测试仪相对于传统测试方法来说，具有测试指标全、适

合纺织厂使用，测试速度快、适合棉花的大容量测试，测试质量大、代表性强等优点。同时，细度、成熟度比、成熟纤维百分率的测试与传统测试方法在理论上存在差异，同时温湿度对测试指标有一定的影响，但通过软件修正、棉花校正能达到测试数据的准确要求；马克隆值的测量也一样，需要软件修正，才能使其测试指标与国际指标统一。

二次压缩研究结论

在阐述气流法测试棉纤维马克隆值、细度、成熟度的原理和一次压缩气流法、二次压缩气流法的实际应用基础上，应用二次压缩气流法测试了棉纤维细度、成熟度 ，从系统组成、工作原理方面与传统测试方法测试数据进行详细对比。实验结果表明，二次压缩气流法测试棉纤维细度、成熟度和马克隆值与传统测试方法结果相当。二次压缩气流法测试棉纤维细度、成熟度的指标全、速度快、质量大、代表性强。这项技术可应用于棉花科研领域、生产、收购、贸易、加工等各部门，对纺织行业有重大意义。 2100433B

空压机制气过程是：吸气 → 压缩 → 排气。因此当空压机吸气压缩排气后空压机中还有部分空气未完全排尽，这部分空气会参与空压机的第二次压缩。因此被称为“ 二次压缩 ”。可以实现对换热后的低品位副产蒸汽和冷

凝水系统产生的二次蒸发气进行充分的回收，并回用到工业生产中，实现蒸汽能量在数量上的充分利用，以及在使用方式和部位上的最佳利用。

氢气压缩机根据原理可分容积型和速度型两类，其中容积式是最为普遍的。 容积型压缩机又分为往复式活塞式和回转式两种。 1、往复活塞式是通过活塞在气缸内做往复运动改变气体工作容积；活塞式压缩机历史悠久，生产技术成熟。 2、回转式压缩机包括刮片（滑片）旋转式压缩机、螺杆式压缩机，国内生产的空调器多数采用旋转式压缩机；螺杆式压缩机主要用于大型制冷设备,一些大型商场办公楼内也有很多采用螺杆式压缩机。

和其他气体一样，氢气可以通过往复式或离心式压缩机提高压力以满足工艺操作的要求，在每一典型应用条件中，应根据氢气的流量、需提高的压力来决定采用何种形式的压缩机。对大、中型加氢裂化装置，新氢压缩机采用往复式压缩机，循环氢压缩机采用离心式压缩机。

容积式压缩机是利用容积的改变使气体受到压缩，在往复式压缩机中就是利用活塞在气缸中的运动来实现的，氢气在往复式压缩机中的压缩，一般具有以下特点：

(1)可通过多级压缩实现较大的压力比。往复式压缩机对被压缩气体的分子量不敏感，可以在每一压缩级中达到2～3的压力比，适合用于新氢的压缩。

(2)要限制每一压缩级的出口温度不超过135℃。氢气和空气相比具有较大的滑移位数，在压缩过程中，易通过活塞环泄漏，造成温度的升高，亦降低了容积效率，同时较低的气体出口温度亦有利于气阀的寿命和可靠性，还减少了氢气在材料中的渗透。

1、在绘制压缩图（CAN）的时候，通常情况下，会用宽度来表示成交量的大小。反映在图上的时候，就是成交量越大的时候，K线也就会越宽。反之，成交量越小，其K线的宽度也就越小。

2、压缩图（CAN）在绘制的时候，假定在横向宽度不发生改变的情况之下，K线会随着成交量的变大而变大，从而是一些成交量比较小的小K线被覆盖。换句话说，就是压缩图中的一些成交量比较小的K线，没有实际的参考价值，会被忽略掉。

线性二次控制简介

二次型，quadratic form。n个变量的二次多项式称为二次型，即在一个多项式中，未知数的个数为任意多个，但每一项的次数都为2的多项式。线性代数的重要内容之一，它起源于几何学中二次曲线方程和二次曲面方程化为标准形问题的研究。二次型理论与域的特征有关。

线性二次控制二次型函数的定义

定义设z是n维列向量，称标量函数

为二次型函数，并将P称为二次型的矩阵。上式是二次型函数的矩阵表达式，该式又可展开为

由式2可知，二次型函数v( x)实质上是关于xi和xj的二次多项式。由于多项式中，同类项合并后可再平分系数，因此可以整理成对称系数。也就是说，一个二次型函数总可以化成二次型矩阵P为实对称矩阵的二次型函数。