蒸汽噴射式熱泵概述
蒸汽節流減壓造成的能量損失
在工業生產過程中,經常需要不同壓力等級的蒸汽,傳統的方法是採用節流減壓的方式供熱。但是,蒸汽節流減壓後會產生能量的無效貶值,使蒸汽質量降低,造成熱能的浪費。
節流減壓是一種典型的不可逆過程。蒸汽在流道中流過突然縮小截面產生壓力降的現象稱為節流。由於被節流的蒸汽在縮孔處產生強烈摩擦,使一部分動能用來克服摩擦阻力,這部分動能最後又轉變成為熱能被蒸汽本身所吸收。雖然節流前後蒸汽的焓值沒有變化,但渦流使大量分子由規則運動變為無序運動,產生耗散功,導致熵的增加,使蒸汽的做功能力降低,質量變差。低壓廢蒸汽造成的熱損失
工業生產領域都離不開使用蒸汽,如化工,橡膠,印染,製藥,火力發電,集中供熱等等。在蒸汽的使用過程中,都不可避免地會產生大量的低壓蒸汽。低壓蒸汽的特點是壓力低、焓值低,回收起來投資大,經濟性差,過去的做法往往是排入大氣,直接放散。這樣既污染環境,不利於環保,又造成大量能源的浪費。但是,由於低壓蒸汽的特點,使其很難找到合理的用途。
產生低壓蒸汽的另一個途徑是高溫冷凝水
新蒸汽在完成做功過程或加熱過程,放出汽化潛熱後,會形成高溫冷凝水。冷凝水在排放過程中,由於壓力降低,再次產生閃蒸汽,其數量約佔凝結水量的10%左右。這部分閃蒸汽也是低壓蒸汽,回收難度大,又不經濟,所以一般都排放掉了。這部分閃蒸汽的數量可觀,造成的能源浪費是不容忽視的。
合理使用蒸汽是節約用能
提高企業經濟效益的重要措施之一,它既包括蒸汽量的節約,也包括蒸汽質的節約。所以,合理匹配蒸汽的壓力等級,提高蒸汽的使用效率,回收低品位蒸汽,尋求節能的新途徑,成為節能工作研究的新課題。
蒸汽噴射式熱泵的結構及工作原理
蒸汽噴射式熱泵是射流技術在傳熱領域的應用。蒸汽噴射式熱泵技術起源於俄羅斯,從二十世紀八十年代開始傳入中國,但基本上停留在學術研究方面,近幾年才開始應用於工程領域。蒸汽噴射式熱泵具有結構簡單,投資小,運行可靠,熱效率高,節約能源,有利於環保等特點。蒸汽噴射式熱泵主要由噴嘴、接受室、混合室、擴壓室等幾部分組成。
噴射式熱泵的工作原理是以蒸汽減壓前後的能量差為動力,高壓蒸汽通過噴嘴時產生高速氣流,在噴嘴出口處產生低壓區,在此區域將低壓蒸汽吸入設備,高壓蒸汽在膨脹的同時壓縮低壓蒸汽,用高壓蒸汽的裕壓提高低壓蒸汽的品位,然後通過混合室進行良好混合,混合後的蒸汽再通過擴壓室恢復部分壓力損失,達到要求的蒸汽壓力後供給熱用戶使用。根據高、低壓蒸汽的參數可以對設備進行不同的結構設計,得到各種壓力等級的蒸汽,滿足不同熱用戶的要求。通過蒸汽噴射式熱泵吸入的低壓蒸汽既可以是放散的廢蒸汽,也可以是凝結水產生的閃蒸汽,使低焓熱能得到充分利用,達到節約能源的目的。蒸汽噴射式熱泵的節能率可以達到35%左右,具有很好的實用性。
蒸汽噴射式熱泵的性能評價
引射係數
引射係數等於被引射蒸汽與引射蒸汽的重量比,用μ表示。它表明高壓蒸汽引射低壓蒸汽的能力。即:
式中 : Gl—低壓蒸汽流量,t/h;
μ == ————————————
Gp—高壓蒸汽流量,t/h;
供熱係數
以高品位工作蒸汽減壓前後的能量差為動力,通過蒸汽噴射式熱泵循環供給熱用戶的熱量與所消耗的工作蒸汽熱量之比,稱為供熱係數,用COP表示。即:
hg u hl
COP = -------------
hg
式中:hg—低壓蒸汽的焓,kJ/kg;hl—高壓蒸汽的焓,kJ/kg。
COP的數值越大,說明熱泵的工作效率越高。
用途
蒸汽噴射式熱泵可用於以下幾方面:
低壓蒸汽升壓再利用某些工廠企業同時使用幾種不同壓力的蒸汽,而熱源又不能全部滿足,這時可用蒸汽噴射式熱泵將部分低壓蒸汽升壓,以滿足工業生產的需要。
設備排汽循環再利用某些使用蒸汽的設備,由於其排汽壓力低,不能再利用。可用蒸汽噴射式熱泵將排汽升壓後併入供汽管網,可實現排汽循環再利用。
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