蒸汽凝结水密闭式回收系统中水抽汽喷射器的应用

摘 要：介绍了密闭式蒸汽凝结水回收节能技术，及采用抽汽喷射器的新技术来回收乏汽分析了此类喷射器的工作特点和节能意义，介绍了此类喷射器在实际中的使用情况。

1.蒸汽凝结水密闭式回收节能技术简介

在各工业行业，广泛使用蒸汽作为热媒进行加热、浓缩、结晶或干燥等工艺过程。蒸汽在间接加热设备中释放出潜热，给物料提供热量以后，形成的蒸汽凝结水需要尽快排出。作为重要的余热资源，蒸汽凝结水不仅含有相当的热量（约占蒸汽热值的20%～30%），而异本身也是优质的水资源。因此，在能源和水资源都紧缺，且价格日益攀升的形势下，科学合理且高效地回收蒸汽凝结水，具有重要的经济效益和社会效益。

目前在各企业中普遍使用的是一种开放式的回收方法。在开式回收系统中，某些环节（主要是回收点的集水罐、回收管道）是对大气开放的，目的是方便凝结水的回流二但是，这不仅使水质被污染，相当多的一部分热量还通过排放乏汽丢失以及通过壁面散失。在实践中可以看到，乏汽在排放中还夹带走一部分水分；更为严重的是，由于水温很高而造成普通离心泵产生带气蚀运行，无法正常输送；很多高温凝结水在实际上是溢流排放的。因此，开放式回收系统对余热的回收量十分有限。

密闭式回收技术可以有效地提高蒸汽凝结水的余热回收率。从理论上的分析可以看到，提高高温冷凝水回收的温度，回收热量增加的不仅是冷凝水的显热，还包括减少以至消除闪蒸汽排放损失的潜热。

在实践中，疏水器的漏汽在开放式回收中也是很难解决的问题（除非大量喷淋冷水），而在密闭式回收中漏汽却可以得到有效的回收利用。这就使得密闭式的回收技术在实际上得到了成倍于开放式回收的经济效益，在工厂企业中受到极大的欢迎。

采用密闭式回收，可以正常输送高达150℃的高温冷凝水，但回收系统中不可避免地存在一些“乏汽”。所谓乏汽，是饱和状态的冷凝水在减压时产生的闪蒸汽和疏水器（或疏水设备）的漏汽的混合体。不少企业可以实现余热零排放的目标，经常采用的回收余热的节能措施有几种：

(1)适当提高回收冷凝水的品位。但这可能造成用汽生产设备排放冷凝水背压增加，在有些行业就比较难以解决。

(2)用增加换热设备吸取利用部分热量。但由于受到地理位置、生产流程、费用增加等方面因素的影响，对不少单位来说也可能显得不现实

(3)采用高效的喷淋扑雾设备来达到既吸收利用部分余热，又可以得到数量可观的高温热水。但是，限于冷态软化水和回收的高温冷凝水在质量和热量上的平衡问题，其应用面也有限

(4)采用汽抽汽喷射器。即使用高压新鲜蒸汽抽吸低压闪蒸汽，形成压力适中的蒸汽，并供应用汽设备使用（在一些资料中称为“热泵”）。但是，往往这些压力适中的蒸汽也很难恰好有合适的设备与之匹配使用。从能量平衡的角度看，需要的较高压蒸汽量很大（不是简单的算术平均值），生成的混合气体也可能太多，反而成为一种新的负担。

通过上面的一些分析，我们设计并在实际中使用了一种水抽汽喷射器，从而成为有实际意义且很有效的节能手段。

2.抽汽喷射器是处理乏汽的有效工具

在密闭式蒸汽冷凝水回收系统中，抽汽喷射器设置在高温冷凝水回收泵装置的后部，它使用已经提升压力后的凝结水作为工作流体，来抽吸集水罐内经过自力式压力调节阀门排出的压力较低的乏汽，经过喷射器的工作作用，乏汽被裹吸混合到高温高压凝结水中，一起输送到目的地。在这个过程中，一部分乏汽发生相变以凝结水形式溶入，另一部分在到达输送目的地（如除氧器等）以后会析出，得到很好的回收利用。

通过加装抽汽喷射器，可以将相当一部分乏汽的热量回收利用，同时也在一定程度上降低集水罐的压力，方便了冷凝水的回流，提高了回收系统的可靠性，扩大了回收技术的应用范围。

抽汽喷射器与一定的自控手段相结合，可以更好地发挥其作用。在实践中选用适用的压力自控阀门，高温回收泵装置采用PLC逻辑编程器和电机变频运行技术，节省了电能的同时也使得喷射器的运行更为稳定可靠。

抽汽喷射器的设计和运行，一定要与生产工艺和实际密切地联系和结合起来合理的设计和运行，更加有利于生产的正常进行；生产中一般难免的工艺参数的变动，也应该在设计的运筹中得到充分的考虑和应对。

3.抽汽喷射器理论和分析

抽汽喷射器是水抽气类型喷射器中的一种另类。图1为该类喷射器的简单结构原理图。

工作流体Qo是高温冷凝水（虽然高温，但由于回收装置的加压，它已经处于一种过冷状态）；被吸流体Qs是冷凝水回收系统中的乏汽；经过其工作过程，出口的混合流体为Qc。根据抽汽喷射器的基本理论，在其工作过程中，工作流体从过冷状态过渡到接近饱和状态，不应有相变发生；而被吸流体则经历了：稍有减压（体积稍有膨胀）一增压（受高压工作流体引射、裹吸和混合）一相变（凝结成冷凝水的一部分）。正因为有相变的发生，被吸乏汽的数量得以较大幅度的增加。事实也证明了这一判断。

抽汽喷射器的工作能力集中体现到流量比q这个性能参数上，因为Qo在喷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，达到更好的节能效果。

喷射器的临界流量比公式：

式中：m为喷射器的面积比；h为喷射器的临界压力比。本式适用γs =1的场合。

从公式可以看到，优选喷射器的最佳面积比，成为设计实际性能良好的抽汽喷射器的关键。合适的面积比具有最好的抽吸能力和混合裹吸能力。否则，就会造成抽汽能力差、抽汽量少的后果。

我们通过理论分析和实验室的数据，得到一组最佳面积比的参数。在实际中的使用，得到了不错的效果。

4.抽汽喷射器在实际中应用的实例

在实际使用中，抽汽喷射器根据不同的需要和工艺流程，具有几种应用模式。图2显示了一个典型的应用工艺流程。

(1)在山东德州一家大型合成氨化肥企业的应用。抽气喷射器选行正常，虽然由于实际现场的背压值与原来提供的预计值有一些差别而影响到喷射器的效率，但是通过对比试验，仍有较好的抽汽效果（降低集水罐压力0.03～0.05MPa），抽汽量在1t/h左右。

(2)在辽宁盘锦一家造纸企业的实际应用。

抽气喷射器运行正常，尽管实际背压值（0.05～0.1MPa）与原来提供的预计值（0.15～0.25MPa）相差较大而一定程度上影响到喷射器的效率，但是通过对比试验，仍有较好的抽汽效果，基本上消除了乏汽的排放量。

5.抽汽喷射器节能效益的分析

抽汽喷射器的节能效益，集中体现在增加回收了一部分原来可能要排放的乏汽的热量。应该承认，喷射器本身就是一种效率比较低的流体设备，再加上水和水蒸气在比容方面的巨大差别，使得喷射器的抽汽能力突出到工作流体抽吸乏汽并尽可能地促使凝结的过程上面。蒸汽热工性能见表1。

通过表1以及喷射器的能量和动量定律，结合实际的数据，可以分析计算得到设计合理高效的抽汽喷射器，可以凝结工作流体质量3%～5%的乏汽，再加上裹吸混合的乏汽量，总体可以消化回收冷凝水量5%～8%的乏汽量。这样，对于质量较好的疏水器（漏汽率控制在2％以内）以及控制较好的闪蒸量（比如在5%～8%），该抽汽喷射器就可以完全吸收和消化全部乏汽。

6结语

水抽汽喷射器的成功设计和使用，在很多场合可以消化、吸收相当一部分乏汽，进一步完善了密闭式蒸汽冷凝水回收节能技术。如果再结合其他辅助手段，可以在整个回收系统中实现余热的“零排放”的最佳目标。这为我国节约能源事业、为蒸汽余热回收这个课题，开创了一个新的局面。