CN101706038B - 蒸汽喷射式余汽回收循环装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种蒸汽喷射式余汽回收循环装置，所述装置是在蒸汽喷射器的进汽端接一带调节阀的旁路，且蒸汽喷射器具有至少两台，各蒸汽喷射器以并联方式连接。利用两台或两台上述装置串联还可形成余汽回收系统，其中一套装置的用汽压力参数高于另一套，用汽压力参数高的装置产生的高压工艺用汽分两路输出，一路与需要使用该压力的各用汽设备连接，另一路与汽压力参数低的另一装置的进汽端相连，作为另一装置的进汽。本发明提出的装置及系统可以使蒸汽喷射式余汽回收循环系统能在较大负荷波动情况下，仍能使蒸汽喷射器稳定工作，同时达到较好的节能效果，能随时满足工艺压力P_L、流量G_L的需求，且确保工艺用汽设备保质保量地合理运行。

Description

蒸汽喷射式余汽回收循环装置及系统

技术领域

本发明属于热工技术领域，具体涉及蒸汽系统的余汽回收技术。

背景技术

各种蒸汽系统消耗了大量能量，仅工业、民用锅炉每年就消耗原煤大约有5亿吨左右，其主要是为了满足蒸汽系统的使用。

目前，蒸汽系统中85％以上均采用表面式换热器，以满足工业及民用的需求。蒸汽表面式换热器在使用的过程中，蒸汽与工质进行热量传递，传热蒸汽由于放热面冷凝，其中冷凝水经疏水阀，只让水流出，不让蒸汽漏出。但由于疏水阀质量及结构上的问题目前还难以达到预期效果。一般的疏水阀漏汽可达到15％以上，再加上经疏水阀以后压力下降，产生的二次蒸汽，其总的漏汽量高达到18％以上。也就是说大约有1/6以上的新汽未经充分利用，而被排放至大气或者随凝结水被排掉，其能量的浪费十分严重。也就是使我国每年有1亿吨左右的原煤因使用不当，而被排放至大气及水中，同时也造成一种热污染。

为此，目前有数种余汽回收的方法，例如有梯级利用法、开式闭式加热给水法、压缩机压缩法、蒸汽喷射器(热泵)抽汽利用法等。实践证明：相对而言，蒸汽喷射器的回收效果具有比较显著的优势。

常见的蒸汽喷射器(热泵)的抽汽回收余汽的方案参见图1，由热源(主要由锅炉、废热锅炉等)产生的高压蒸汽经过调节阀A，使新汽以一定压力P₁及流量G₁进入可自主抽汽的蒸汽喷射器内。新汽经过蒸汽喷射器内中的拉法尔喷管使蒸汽流速提高，此时压力降低至P₂(低于被抽蒸汽压力P₀)，从而具有一定的抽力，抽吸从工艺用汽设备排出的余压蒸汽。这部分蒸汽虽然压力P₀偏低，难以利用，但是经过蒸汽喷射器中的扩压管，先混合均流，然后再扩压升压至工艺所需压力P_L，即可提供给工艺用汽设备利用。蒸汽经用汽设备后凝结变成汽水混合物，再由孔板阀组调节，使蒸汽尽量减少从孔板中漏失，并使尽可能多的凝结水流至闪蒸罐，至闪蒸罐的压力达到我们所需要的压力P₀。闪蒸罐的作用是将汽水很好的分离，并且使水位保持一定水平，确保凝结水泵不易产生汽蚀现象。凝结水通过水位调节器及凝结水泵合理匹配，不断地将凝结水打回至锅炉房，达到凝结水循环利用，节约软水及能量。上述系统由于以高压新汽作为推动力，如果高压新汽压力P₁、流量G₁稳定，则系统工作也十分稳定。当存在小的波动时，则由压力调节器通过调节进汽调节阀开度，从而使蒸汽喷射器能在较小范围内进行调节使用，并可以取得较好节能效益。

但是由于蒸汽喷射器内部主要由两大部分组成：其一、为高压蒸汽通过的拉法尔喷管，流动过程中必然在其内部存在一个临界断面(即流速c＝a音速的断面)，并对应一个最大流量G_Max。如果当通过的蒸汽流量小于临界流量(最大流量G_Max)，则喷管的工作将会破坏，变成一个文丘里管，将难以形成我们所需要的抽力；其二、为扩压管，其进口为低压高速流体，流动过程中降速升压，出口压力达到工艺要求的压力P_L。为了实现上述过程，也要求在扩压管内部形成一个对应于压力P_L的临界断面，而此时的临界参数P_K、C_K、T_K等均与拉法尔喷管的临界参数不同(因为边界参数不同)。同样当流量小于当地的临界最大流量G_Max时，该扩压管的工作也会失效。因为不能形成扩压管所需要的临界断面，又变成文丘里管，从而也很难达到我们所需要的压力及抽吸能力。

通过上述的分析可见：蒸汽喷射器(热泵)的工作范围只允许在较小的变化范围内工作，对于负荷变化较大的情况则难以适应。而大量正在应用的蒸汽系统其负荷往往在较大范围内波动，这就限制了上述系统的应用范围。即使增加了最好的自动调节设备，也难以解决上述矛盾。

为此，则急需寻找一种从系统结构上的合理配置，以求达到蒸汽回收系统可较好地适应实际运行负荷变化的需求，并能达到最大限度的节汽效果的新系统。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术存在的不足，提出一种蒸汽喷射式余汽回收循环装置及系统，使蒸汽喷射式余汽回收循环系统能在较大负荷波动情况下，仍能使蒸汽喷射器稳定工作，同时达到较好的节能效果，能随时满足工艺压力P_L、流量G_L的需求，且确保工艺用汽设备保质保量地合理运行。例如：

设备内温度保持恒定，不积水等。

本发明为实现上述发明目的提出的技术方案如下：

1、具有旁路且与蒸汽喷射器并联的余汽回收循环装置：

本发明首先提出对普通的蒸汽喷射式余汽回收循环装置的改进，普通的蒸汽喷射式余汽回收循环装置包括通过管路连接的蒸汽喷射器、用汽设备(如换热器)、孔板阀门组、闪蒸罐、凝结水泵以及安装在管路上的电动阀、调节阀、止回阀和压力表等，蒸汽喷射器的进汽端接由热源来的新汽，出汽端接至工艺用汽设备。本发明在此基础上，为了使通过蒸汽喷射器的流量被调节在合理的范围内，在蒸汽喷射器的进汽端增加了一条带调节阀的旁路，直接由蒸汽喷射器的进汽端接至出汽端，使超过蒸汽喷射器工作需要的多余蒸汽由旁路通过，直接减压供给用汽设备(见图2)。其调节的核心是使P_L保持稳定，使整个余汽回收循环装置在用汽负荷较大波动的情况下正常工作。由图3可以看出，根据负荷图，尽可能大地选用蒸汽喷射器在最大范围内稳定工作，剩余的波动部分(超过部分)由旁路调节阀承担。从而在可能条件下，尽可能多地实现余汽回收，并且在负荷波动的条件下，能满足工艺负荷波动需求。

但若只是增加一带调节阀的旁路及二台以上蒸汽喷射器来实现负荷调节(见图4)。根据负荷曲线合理调整蒸汽喷射器的台数及大小，我们即可能使蒸汽喷射器工作适应的蒸汽流量范围变宽，旁路调节范围相对变小(见图5)，由此充分发挥蒸汽喷射器回收低压余汽的功效，增加节能效果，并使旁路调节能量损失相对较小，并且能随时满足用汽设备对用汽负荷波动的需要。

进一步，在上述装置中，在孔板阀门组之前，与用汽设备相连的管路上还可以安装平衡罐，这样可以保证用汽设备不积水，不仅可以达到系统的节能优化，同时也使得工艺用汽设备用汽质量大大提高。

2、采用两套装置串联的余汽回收系统

以上余汽回收装置是对应一种用汽压力参数的装置，当压力参数在二级以上时可采用串联，其负荷点数量愈多，负荷对机组的波动影响愈小。基于以上原理，我们在用汽压力参数变化较大时，使高压新蒸汽先在用汽压力参数较高的装置内工作后，并对应高压工艺需要量，也包括低压工艺需要量，产生的高压工艺用汽量，一部分输该压力较高的工艺用汽点，另外一部分引至压力较小的装置作为进汽，通过该装置抽吸余汽后，再供给低压用汽点。从而增加了蒸汽喷射器的工作范围，节流量增加。

由此，本发明进一步提出一种利用上述装置的余汽回收循环系统，该系统包括有至少两套具有以上结构的装置，其中一套装置的用汽压力参数高于另一套，两套装置串联，用汽压力参数高的装置的产生的高压工艺用汽量的输出分两路，一路与需要该压力的各工艺用汽设备连接，另一路连接至与该装置串联的用汽压力参数低的另一装置进汽端，作为另一装置的进汽(即作为新汽)。

该系统还可利用自动调节(压力、水位等)系统的优化作用，达到在任何波动范围内工作。经过上述组合，可使通过旁路高压新汽减压满足负荷的蒸汽数量尽可能地少，从而达到余汽回收及节能的最大化，较好地满足工艺的要求。同时通过平衡罐的作用，使用汽设备内积水最小化，温度恒定化，更进一步强化节汽能力，较好地满足了工艺设备的高质量工作。

本发明具有如下优点：

1.在余汽回收过程中，负荷波动范围较小时，高压新汽可以通过增设的带调节阀的旁路，在一定范围内直接减压供给用汽设备，从而在可能条件下，既能回收余汽，又能在用汽负荷需求波动的条件下，较好地满足用汽负荷波动的需求。

2.在用汽负荷波动范围较大时，可通过多台不同大小(不同蒸汽流量)的蒸汽喷射器并联，使余汽回收循环装置适应用汽负荷波动时的各种蒸汽流量需求，使更多的高压新汽通过蒸汽喷射器来抽吸低压余汽，使旁路通过的负荷范围尽可能变窄。通过蒸汽喷射器的合理匹配，不仅能达到小系统装置余汽回收的最大化，同时也使供给工艺用汽的最优化。

3.在用汽压力变化较大或者存在两种及两种以上工艺用汽压力的情况下，采用两台或多台装置串联，使高压余汽回收装置的设备负荷覆盖面尽可能地扩大，稳定性更高，旁路调节量尽可能地少，达到喷射器回收更多余汽，节能效果最好。系统内在结构合理(同时具有旁路、并联及串联结构)、自动调节完善的装置相互优化匹配使用，达到总系统的整体优化、节能最大化、供汽合理化、工艺用汽最优化。

4.在余汽回收的过程中，由于增加了平衡罐的作用，不仅达到了系统的节能优化，也使得工艺设备用汽质量大大提高。

附图说明

图1目前的蒸汽喷射器余汽回收装置系统图

图2具有旁通的余汽回收装置系统图

图3图2系统所示装置的负荷图

图4具有两台以上并联喷射器工作的余汽回收装置系统图

图5负荷波动较大时采用多台喷射器的余汽回收系统的负荷图

图6多套装置串联的余汽回收系统图

图7带平衡罐的并联喷射器工作的余汽回收系统图

图中：

具体实施方式

以下详细说明本发明提出的装置和系统的具体结构及工作过程：

1、具有旁路的余汽回收装置：

参见图2，该装置包括依次通过管路连接的蒸汽喷射器、工艺换热器、孔板阀门组、闪蒸罐和凝结水泵。闪蒸罐的顶端通过管路接出余汽至蒸汽喷射器的吸入口，蒸汽喷射器的进汽口接由热源来的新汽，同时在蒸汽喷射器的进汽端接有一带调节阀的旁路，该旁路直接由蒸汽喷射器的进汽端接至其出汽端。凝结水泵的出水管接至锅炉房。本装置的管路上根据需要设置有：在蒸汽喷射器进口装电动阀，在旁路上装调节阀，在疏水泵出口装止回阀，在蒸汽喷射器进口、出口及吸汽点装压力表和流量计等。

上述装置的工作过程如下：新汽进入蒸汽喷射器后降压抽余汽，再扩压至工艺用汽压力。在工艺用汽压力下，用汽设备进行相变换热后，出来的凝结水及部分漏气由孔板阀门组调节，尽量减少漏气，并达到使冷凝水闪蒸所需的闪蒸压力P₀，闪蒸分离出来的余汽由蒸汽喷射泵抽走，凝结水在水位调节下由凝结水泵打回锅炉房。其中，蒸汽喷射器承担基本负荷，波动变化负荷由调节阀承担。

2、并联蒸汽喷射器的余汽回收装置：

参见图4，本装置是在以上具有旁路的余汽回收装置的基础上，将其中的蒸汽喷射器设计为至少两台以上并联的结构，且两台喷射器可以大小相同或不同。蒸汽喷射器、闪蒸罐、孔板阀门组及凝结水泵的工作原理同上。与以上装置不同之处是，基本负荷为两种或几种变化的负荷，在调节中注意由两台或数台蒸汽喷射器承担基本负荷，由调节阀承担变化较小的波动负荷。

3、采用两套装置串联的余汽回收系统：

参见图6，本系统是以上述并联蒸汽喷射器且具有旁路的余汽回收装置为基础，包括有至少两套这样的装置，其中一套余汽回收装置1的用汽压力参数高于另一套余汽回收装置3，两套装置串联，用汽压力参数高的装置产生的较高压力工艺用汽的输出分两路，一路与需要该压力的各用汽设备连接，另一路连接至与该装置串联的用汽压力参数低的另一余汽回收装置3，作为另一余汽回收装置3的进汽。

每套装置的结构都包括：蒸汽喷射器、闪蒸罐、孔板阀门组、电动控制阀、旁路调节阀、凝结水泵及相关阀件等。

4、采用平衡罐的余汽回收装置：

参见图7，为了确保用汽设备用汽质量的要求，一般在该余汽回收系统中的换热器后，孔板阀门组前设置平衡罐，并要求其标高低于换热器。按照连通器原理，系统中的凝结水均排至平衡管内，罐中分离出来的蒸汽又引至换热器内，凝结水经孔板阀门组调节引至余汽回收系统的闪蒸罐中，由蒸汽喷射器抽吸其闪蒸出来的余汽，工作方式同上。

Claims (3)

1.一种蒸汽喷射式余汽回收循环装置，其包括通过管路连接的蒸汽喷射器、孔板阀门组、闪蒸罐、凝结水泵以及安装在管路上的调节阀；所述蒸汽喷射器的进汽端接由热源输来的新汽，出汽端接用汽设备；其特征在于：

在所述蒸汽喷射器的进汽端接有一带调节阀的旁路，所述旁路直接由蒸汽喷射器的进汽端接至出汽端；

所述蒸汽喷射器具有至少两台，各蒸汽喷射器以并联方式连接。

2.根据权利要求1所述的蒸汽喷射式余汽回收循环装置，其特征在于：在所述孔板阀门组之前，与用汽设备相连的管路上装有平衡罐。

3.利用权利要求1或2所述的装置形成的余汽回收循环系统，其特征在于：所述余汽回收循环系统包括有至少两套权利要求1或2所述的装置，其中一套装置的用汽压力参数高于另一套；两套装置串联，用汽压力参数高的装置产生的高压工艺用汽分两路输出，一路与需要使用该压力的各用汽设备连接，另一路与汽压力参数低的另一套装置的进汽端相连，作为另一套装置的进汽。

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