蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵供热方案实例

"para" label-module="para">

某热电公司新增热用户要求用汽参数为1.0MPa、300℃、25t/h，原供汽参数为0.55MPa、250℃，不能满足要求。有两种供汽方案可供选择，第一方案是利用锅炉新汽经减温减压器供热方案；第二方案用蒸汽喷射热泵(压力匹配器)，将0.55MPa的蒸汽用部分新蒸汽喷射升压至1.0MPa、300℃方案。第二方案有明显的优点，减少了节流不可逆损失，节约了锅炉新汽量，增加了0.55MPa供热抽汽，增加了热化发电量，提高了热能利用率。"para" label-module="para">

经设计计算可减少锅炉3.5MPa、435℃新汽量8.3t/h，同时增加0.55MPa抽汽量8.3t/h，减温水1.2t/h，工质合计为25t/h。因而减少燃煤量1018.96kg，年节标煤：7126.7t。"para" label-module="para">

增加了热化发电量：524.35×10"para" label-module="para">

耗电按200g/kW"para" label-module="para">

2000年我国平均供电煤耗为 400g/kW"para" label-module="para">

则每度电节煤0.2kg，

则年节标煤为："para" label-module="para">

总节标煤量：7126.7 1038.7=8175.4t"para" label-module="para">

如标煤价400元/吨，则年节人民币："para" label-module="para">

400×8175.4≈327万元/年，投资不到二个月就可回收，经济效益十分显著。

蒸汽喷射式热泵蒸汽压力匹配器在某石化公司的应用

化公司生产用蒸汽有3.5Pa、1.6 MPa、1.0MPa、0.5MPa等多个等级，其中1.6 MPa蒸汽原来是利用3.5MPa新蒸汽减温减压后获得的。为了节约能源，提高热能利用率，1998年该厂对供热系统进行了改造，用热泵式蒸汽压力匹配器取代传统的减温减压器，以3.5MPa新蒸汽为驱动蒸汽，引射0.9 MPa的汽轮机排汽，两种蒸汽混合后达到1.6 MPa。工艺要求提供的蒸汽温度为220℃，蒸汽压力匹配器输出的蒸汽温度为380℃，后接喷水减温器进行温度调节。为了实现自动调节和保证蒸汽参数稳定，该系统还安装了自动控制系统。投入运行后，工作可靠，经济效益明显。

在设计工况下，引射系数可以达到0.3，在输出汽量为18t/h时，可以引射0.9 MPa蒸汽4.15t/h。在正常生产情况下，蒸汽用量为8t/h，按引射比1∶0.3计算，每年可利用排汽总量为1.71万吨。按发电汽耗14.83kg/kwh计算，每年可多发电115万度，增加效益37.72万元。设备总投资为14万元，投资回收期为4个月。

蒸汽喷射式热泵热泵式凝结水回收装置在某食品厂的应用

在生产方便面过程中，，需用0.2 MPa蒸汽蒸煮面丝，0.2 MPa蒸汽利用0.9 MPa新蒸汽减压减温后制得。蒸煮后的面丝再用油炸，油需要加热到165℃。原工艺过程是用0.9 MPa蒸汽加热油，蒸汽用后产生的高温凝结水和闪蒸汽直接排入地沟，估计热能总损耗在30%以上。该厂于1997年对供热系统进行了改造，采用蒸汽喷射式热泵式凝结水回收装置回收凝结水和闪蒸汽，通过蒸汽喷射式热泵用0.9 MPa新蒸汽引射凝结水闪蒸汽，使之提高到0.2 MPa，供蒸煮面丝用汽。降压后的凝结水供给浴室使用。

该系统投入运行后，回收凝结水量为2t/h，回收闪蒸汽量为1.23t/h。以年运行7000小时计算，年节约价值为：

（1）回收闪蒸汽价值

1.23×7000×87=74.91万元 （当地蒸汽价格为87元/吨）

（2）回收凝结水的热价值

年回收凝结水热量约折合2000吨蒸汽，其价值为：

2000×87=17.4万元

（3）回收凝结水的水价值

2×7000×1=1.4万元 （水价按1元/吨计算）

(4)总回收价值

74.91 174 1.4=93.71万元

工程总投资为13万元，投资回收期约为2个月。

1、操作简便，维修容易，可保证供汽压力稳定。

2、节能效益显著，在回收企业的不能利用的低压蒸汽、闪蒸汽，以回收蒸汽价格计算，年节汽价值再数十万到上百万以上。

3、自动控制系统可以保证用汽压力在流量30－100%范围内不变，解决了热用户有限波动的对设备效率的影响。

喷射式热泵的使用方法很多，应用也很广泛，下面介绍几种蒸汽喷射式热泵经常使用的方法。

蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵式减温减压器

喷射式热泵式减温减压器采用蒸汽喷射式热泵作为蒸汽减压器的主体，同时增加减温装置，组合成为喷射式减温减压装置。它是一种新型的能够同时调节蒸汽压力和温度，回收废热蒸汽的高效节能设备。蒸汽喷射式热泵式减温减压器与常规的减温减压器不同，常规减压器的热力过程是新蒸汽的有效能降低，能量贬值的过程；蒸汽喷射式热泵式减温减压器能使工作蒸汽的有效能得到合理利用。

蒸汽喷射式热泵蒸汽压力匹配器

汽压力匹配器是满足热用户对蒸汽不同压力要求的理想设备，它通过用高压蒸汽引射低压蒸汽，在降低高压蒸汽品位的同时提高低压蒸汽的品位，产生介于高、低压蒸汽压力之间各种压力的蒸汽。蒸汽压力匹配器在为热电厂汽轮机中间抽汽供热做压力匹配方面已得到很好的应用。

蒸汽喷射式热泵蒸汽喷射式热泵式凝结水回收装置

水在排放过程中产生大量的闪蒸汽，由于找不到合适的用途，加之回收成本高，长期以来一直是放空，既浪费能源，又污染环境。利用蒸汽喷射式热泵式凝结水回收装置可以回收凝结水产生的闪蒸汽，提高蒸汽品位后重新加以利用，带来良好的经济效益和社会效益。

蒸汽喷射式热泵低压蒸汽升压再利用

对与使用几种不同压力蒸汽的企业，而热源又不能全部满足，可用蒸汽喷射式热泵将部分低压蒸汽升压，以满足工业生产的需要。

蒸汽喷射式热泵设备排汽循环再利用

某些使用蒸汽的设备，由于其排汽压力低不能再利用，可用蒸汽喷射式热泵将排汽升压后并入供汽管网，可实现排汽循环再利用。

蒸汽喷射式热泵引射系数

引射系数等于被引射蒸汽与引射蒸汽的重量比，用μ表示。它表明高压蒸汽引射低压蒸汽的能力。即：

式中 : Gl—低压蒸汽流量，t/h；

μ == ————————————

Gp—高压蒸汽流量，t/h；

蒸汽喷射式热泵供热系数

以高品位工作蒸汽减压前后的能量差为动力，通过蒸汽喷射式热泵循环供给热用户的热量与所消耗的工作蒸汽热量之比，称为供热系数，用COP表示。即：

hg u hl

COP = -------------

hg

式中：hg—低压蒸汽的焓，kJ/kg；hl—高压蒸汽的焓，kJ/kg。

COP的数值越大，说明热泵的工作效率越高。

蒸汽喷射式热泵可用于以下几方面：

低压蒸汽升压再利用 某些工厂企业同时使用几种不同压力的蒸汽，而热源又不能全部满足，这时可用蒸汽喷射式热泵将部分低压蒸汽升压，以满足工业生产的需要。

设备排汽循环再利用 某些使用蒸汽的设备，由于其排汽压力低，不能再利用。可用蒸汽喷射式热泵将排汽升压后并入供汽管网，可实现排汽循环再利用。

闪蒸汽的回收利用 闪蒸汽的回收系统如图2所示，凝结水进入闪蒸罐后产生的闪蒸汽，由热泵吸走并将其升压，供给生产或生活使用。

蒸汽喷射式热泵是射流技术在传热领域的应用。蒸汽喷射式热泵技术起源于俄罗斯，从二十世纪八十年代开始传入中国，但基本上停留在学术研究方面，近几年才开始应用于工程领域。蒸汽喷射式热泵具有结构简单，投资小，运行可靠，热效率高，节约能源，有利于环保等特点。蒸汽喷射式热泵主要由喷嘴、接受室、混合室、扩压室等几部分组成。

喷射式热泵的工作原理是以蒸汽减压前后的能量差为动力，高压蒸汽通过喷嘴时产生高速气流，在喷嘴出口处产生低压区，在此区域将低压蒸汽吸入设备，高压蒸汽在膨胀的同时压缩低压蒸汽，用高压蒸汽的裕压提高低压蒸汽的品位，然后通过混合室进行良好混合，混合后的蒸汽再通过扩压室恢复部分压力损失，达到要求的蒸汽压力后供给热用户使用。根据高、低压蒸汽的参数可以对设备进行不同的结构设计，得到各种压力等级的蒸汽，满足不同热用户的要求。通过蒸汽喷射式热泵吸入的低压蒸汽既可以是放散的废蒸汽，也可以是凝结水产生的闪蒸汽，使低焓热能得到充分利用，达到节约能源的目的。蒸汽喷射式热泵的节能率可以达到35%左右，具有很好的实用性。

蒸汽喷射式热泵蒸汽节流减压造成的能量损失

在工业生产过程中，经常需要不同压力等级的蒸汽，传统的方法是采用节流减压的方式供热。但是，蒸汽节流减压后会产生能量的无效贬值，使蒸汽质量降低，造成热能的浪费。

节流减压是一种典型的不可逆过程。蒸汽在流道中流过突然缩小截面产生压力降的现象称为节流。由于被节流的蒸汽在缩孔处产生强烈摩擦，使一部分动能用来克服摩擦阻力，这部分动能最后又转变成为热能被蒸汽本身所吸收。虽然节流前后蒸汽的焓值没有变化，但涡流使大量分子由规则运动变为无序运动，产生耗散功，导致熵的增加，使蒸汽的做功能力降低，质量变差。

蒸汽喷射式热泵低压废蒸汽造成的热损失

工业生产领域都离不开使用蒸汽，如化工，橡胶，印染，制药，火力发电，集中供热等等。在蒸汽的使用过程中，都不可避免地会产生大量的低压蒸汽。低压蒸汽的特点是压力低、焓值低，回收起来投资大，经济性差，过去的做法往往是排入大气，直接放散。这样既污染环境，不利于环保，又造成大量能源的浪费。但是，由于低压蒸汽的特点，使其很难找到合理的用途。

蒸汽喷射式热泵产生低压蒸汽的另一个途径是高温冷凝水

新蒸汽在完成做功过程或加热过程，放出汽化潜热后，会形成高温冷凝水。冷凝水在排放过程中，由于压力降低，再次产生闪蒸汽，其数量约占凝结水量的10%左右。这部分闪蒸汽也是低压蒸汽，回收难度大，又不经济，所以一般都排放掉了。这部分闪蒸汽的数量可观，造成的能源浪费是不容忽视的。

蒸汽喷射式热泵合理使用蒸汽是节约用能

提高企业经济效益的重要措施之一，它既包括蒸汽量的节约，也包括蒸汽质的节约。所以，合理匹配蒸汽的压力等级，提高蒸汽的使用效率，回收低品位蒸汽，寻求节能的新途径，成为节能工作研究的新课题。

"para" label-module="para">

1.蒸汽喷射式热泵原理与汽轮机凝汽器射汽抽气器原理相同，因设备简单，无转动元件，运行安全可靠。

"para" label-module="para">

2.在蒸汽喷射式热泵引入蒸汽(低压)抽汽管道上装有逆止阀，加上汽轮机抽汽管道上的止回阀及速关阀，足能保证蒸汽喷射式热泵汽不会倒流入汽轮机。"para" label-module="para">

3.蒸汽喷射式热泵可以根据需要配有温度和压力自控装置，装有智能Ⅲ型仪表，可以和计算机联网。温度和压力的自控，通过PI调节器实现，与一般减温减压器自动控制原理相同。出口压力和温度都非常稳定。在蒸汽喷射式热泵出口，装有安全阀，保证事故时，管道安全减压。

蒸汽喷射式热泵具有如下优点：

蒸汽喷射式热泵可靠性高，免维护

无机械活动部件、无气动、电动控制系统，设计原理先进，可靠性高，具有免维护的突出特点。

蒸汽喷射式热泵无泄漏，安全性高

本装置全密闭结构，无任何活动泄漏点，出厂前严格按国家标准进行打压和探伤等检验过程。

蒸汽喷射式热泵寿命长

内芯采用优质不锈钢材料，能满足设备长期运行的要求，设计使用寿命10年。

蒸汽喷射式热泵缓解汽蚀现象

液位控制稳定，大大缓解了管道内汽蚀和振动现象。

蒸汽喷射式热泵稳定性

方便、维修容易、自动调节、保证出口压力稳定。

蒸汽喷射式热泵能效果显著

装方便，可水平安装或垂直安装，与管路连接均为法兰连接，拆卸方便。

喷射式热泵的性能指标是引射系数。引射系数μ=吸入蒸汽流量/驱动蒸汽流量；引射系数的数值与蒸汽喷射式热泵的主要参数有关。

主要参数膨胀比=PP/PH；压缩比= PC/PH；

PP—驱动蒸汽压力 PH—引射蒸汽压力 PC—混合蒸汽压力

热泵的结构尺寸需根据用户的蒸汽参数单独进行设计制造。

约能源的观点出发，既要考虑蒸汽量的匹配，也要考虑蒸汽质的匹配，按蒸汽的品位分级供热，同时尽可能回收余热，把热能损失降到最小，这是提高企业经济效益的重要途径。蒸汽喷射式热泵是一种可用性很强的节能设备，具有很大的节能潜力，应该得到大力推广使用。

1、 按设备安装图纸正确安装各部件，并紧固各标准件。

2、 开机前先用蒸汽预热管道及热泵，先开引射蒸汽阀门，然后开驱动蒸汽阀门。

3、 停机时，应先关闭驱动蒸汽阀门，再依次关闭被引射蒸汽阀门和出口混合蒸汽阀门。

订货需知

1、 签订合同时应提供下列相关工艺参数，驱动蒸汽压力、温度、流量；引射蒸汽压力、温度、流量；混合出口压力、温度、流量。

2、 控制方式：按需要选择手动或自动控制装置。

一、蒸汽喷射式热泵

蒸汽喷射式热泵或称为蒸汽压缩机，它利用热电站或锅炉供出高品位蒸汽和热用户用汽压力差转换的能量作为热泵的工作动力，将低品位蒸汽增压提高能量品位后，一并供给热用户用汽。各种喷射式热泵均由引射室、喷嘴、混合室及扩压器构成，按蒸汽喷射式热泵调节控制方式可以分为两种类型。

(一) 蒸汽质量调节热泵

采用调节阀调节热泵入口新蒸汽的压力和流量，通过改变工作蒸汽的质量即能量品位的方式，来满足热用户用汽参数要求，称为蒸汽质量调节热泵，其热泵本身不带调节装置，通常习惯也称为不可调式热泵（见图1）。

图1 不可调节热泵

质量调节热泵用于供热系统中，当热用户用汽工况和新蒸汽参数发生变化时，由于蒸汽调节阀开度变化，就会相应改变进入热泵的工作蒸汽压力，从而改变了热泵进口新蒸汽做功的能力。特别是当热用户用汽负荷减少，蒸汽调节阀开度将减小，进入热泵的新蒸汽压力亦降低，新蒸汽和热用户用汽压力差随之减少，新蒸汽做功能力降低，致使热泵工作效率明显降低。

通常认为蒸汽质量调节热泵适合用于工作蒸汽及热用户用汽工况相对稳定、用汽性质并非敏感的场合。

（二） 蒸汽流量调节热泵

图2 可调式热泵

在热泵进口工作蒸汽干管上不设置调节阀，而由热泵本体配置调节阀门及调节机构称为蒸汽流量调节热泵，通常称为可调式热泵。

当热用户用汽工况和新蒸汽参数发生变化时，通过热泵自身调节机构调节通过蒸汽的喷嘴有效断面积，通过改变新蒸汽流量来满足热用户用汽参数要求。这种型式热泵在运行工况调节过程中，热泵入口新蒸汽压力不变，即新蒸汽单位流量做功能力不变，只是改变了通过喷嘴的蒸汽流量，热泵的调节性能好、效率高。（见图2）。

蒸汽流量调节热泵适合于热用户用汽工况和新蒸汽参数变化及各种可变的工艺条件下应用。

二、应用实例

（一）蒸发塔釜热泵供热

1、蒸氨塔釜供热流程

某化工生产装置全部工艺设备及工艺流程均从国外引进，其中蒸氨工段的蒸氨塔釜直接通入P=0.7MPa, t=2100C的过热蒸汽用于塔釜直接加热，塔釜压力为0.039MPa ,t=1080C。由塔釜排出温度t=1080C汽水混合物进入汽水分离罐。

蒸氨塔釜采用P=0.7MPa, t=2100C的过热蒸汽加热氨的水溶液，实质上只利用了蒸汽汽化潜热和新蒸汽同塔釜用汽参数的蒸汽焓降，由于供给的新蒸汽及塔釜用汽两者能级相差较大，则新蒸汽和用汽能量的品位没有得到合理匹配，新蒸汽能量品位产生了无效贬值，即新蒸汽产生了有效能损失，同时实测数据说明：由蒸氨塔釜排出的含氨汽水混合物夹带着蒸汽，其含汽量约为10~15%，又造成了用能数量上的浪费。

根据蒸汽有效能的表达式计算得出：P=0.7MPa, t=2100C和P=0.039MPa, t=1080C干蒸汽有效能，分别为e1 = 851.594 kJ/kg和e2 = 567.089 kJ/kg，新蒸汽在加热过程中，有效能损失△e=e1-e2=284.505 kJ/kg，其损失率为△e / e1=284.505/851.594=33.41%。

通过上述分析得出，新蒸汽和塔釜用蒸汽的差值，即为理论计算热泵做功的动力，其含氨废水两相流中含汽量即为理论计算热泵供热的余热资源。

1、蒸氨塔釜热泵供热系统

利用新蒸汽和塔釜蒸汽有效能的能级差做为热泵的动力，回收塔釜排出的含氨汽水混合物中分离出的二次蒸发汽，利用热泵将其增压后，一并供给塔釜加热用汽，热泵供热系统流程请见图3。

由蒸氨塔101排出的含氨废水进入汽水分离罐102，含氨废水通过专门设计的分离板103进行扩容闪蒸，产生二次蒸发汽，由热泵104将其增压后一并供塔釜加热用汽。

可调式热泵是其关键设备，其控制方式，设备特性说明如下：

（1）控制方式

由蒸氨塔釜的工艺用汽量FICQ-101通过热泵本身的调节装置控制热泵HP-104的供汽压力和供汽量，满足工艺生产负荷和用汽工况的变化。

（2）设备特性

按其热力工况参数本台热泵采用缩扩型喷嘴，圆柱型混合管。

按热泵设计工况的供汽量、供汽压力及蒸汽绝热指数、蒸汽临界速度、气体动力函数等，通过计算和工程试验数据对比分析，得出热泵喷嘴喉部直径dpx和热泵引射系数μ。

热泵的引射系数μ即1kg新蒸汽引射二次蒸发汽的流量比值，即热泵供热系统的节能能力。该热泵供热系统设计工况的节能效果为15%，热泵引射系数的设计值μ>0.1765。

（二）纸机干燥部热泵供热系统

我们完成的造纸机干燥部热泵供热系统替代传统的三段通汽研究成果荣获中国轻工业科技进步二等奖，已在全国造纸行业得到广泛推广应用。

造纸机干燥部热泵供热系统以高品位蒸汽做为热泵的动力，推动热力系统循环。通过热泵将各段汽水分离罐产生的二次蒸发汽增压后供纸机相应各段烘缸用汽，同时降低了各段烘缸汽水分离罐压力，保证了烘缸排水压差。但是高效的热泵供热系统，必须充分发挥新蒸汽作功能力，适应纸机各种生产负荷变化，满足纸机车速、产量及产品克重变化对于负荷变化的要求。采用可调式热泵替代不可调式热泵用于纸干燥部可以稳定的保证热泵高效运行,克服不可调式热泵由于工况变化,在负荷调节过程中,降低新蒸汽压力导致工作蒸汽作功能力降低,蒸汽作功能力不足的缺点。

1、可调式热泵用于纸机干燥部

（1）现状

某厂大型箱板纸机参数如下：

定 量 125～340g/m2

纸 种 牛皮箱板纸

设计最高车速 520m/min

产 量 550t/d（24h，当前日均产量）

烘 缸 直 径 φ1800

烘 缸 数 量 61只 （含冷缸一只）

采用可调式热泵供热系统用于纸机干燥部，其热力流程见图4。

（2）效益

在本台纸机干燥部采用可调式蒸汽喷射式热泵替代原不可调式热泵，进一步提高了纸机车速，增加产量，降低汽耗。运行数据已经证明完成本顶目改造后，纸机产量提高了15－20%,吨纸汽耗降低了10%，列举数据说明如下：

* 由于本台纸机设计最高车速为520m/min，限制了200g/m2以下低克重产品产量提高。

（三）前景

蒸汽喷射式热泵没有运转部件，运行可靠。克服了电能驱动的热泵机械压缩机密封系统复杂、设备投资大等缺点。特别是由于可调式热泵可以充分的发挥高品位蒸汽的作功能力和热力系统工况发生变化，并不改变新蒸汽作功能力，热泵具有热效率高的优点，它可以广泛的用于蒸发蒸馏以及作为热力压缩机、引射式蒸汽减压器和工业企业供热，蒸发及余热回收系统中。

国外引进的大型化工装置中，较为普遍的采用工业透平实现热能的梯级利用。蒸汽喷射式热泵特别是流量调节热泵，做为高效节能设备和能量品位、数量转换手段，可以灵活地实现能级的梯级利用和能量平衡。

我们专门研究的可调式蒸汽喷射热泵及其系列产品，已经成功的用于化工、轻工、造纸等很多行业，为节能及热力系统优化开辟出一条新路。2100433B