CN111810262A - 一种给水稳压除氧装置和船用蒸汽动力系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种给水稳压除氧装置和船用蒸汽动力系统,包括恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机;恒压除氧箱安装有凝结水进口管、凝结水出口管、蒸汽出口管、蒸汽进口管和联通管,恒压除氧箱通过蒸汽进口管与给水泵驱动汽轮机的出口连通;恒压除氧箱通过凝结水进口管与凝水泵的出口连通,恒压除氧箱通过凝结水出口管与凝水泵的入口连通,恒压除氧箱通过蒸汽出口管与空气连通。本发明提供的给水稳压除氧装置,利用加热除氧的方式,将给水泵驱动汽轮机的排汽作为恒压除氧箱的热源,将凝水泵出口回流的凝水作为恒压除氧箱的冷源,通过联通管将恒压除氧箱与给水泵入口连接,不仅能够将给水进行除氧,还能有效地抑制给水泵入口的压力波动。
Description
技术领域
本发明涉及船舶动力领域,特别是涉及一种给水稳压除氧装置和船用蒸汽动力系统。
背景技术
船舶蒸汽动力系统中给水泵是最主要的设备之一,其运行稳定性直接影响着动力系统的运行效果。但是在实际运行过程中,经常出现给水泵入口压力波动问题,进而导致船用锅炉进口、汽轮机进口等位置的压力会出现跟随性的波动问题,影响系统运行稳定性和效率,严重时甚至会出现安全问题。
造成给水泵入口压力波动的原因主要有两个,一是,由于船舶所处的海洋环境中会有风浪影响,从而导致给水压力会出现持续周期性波动,二是,船舶蒸汽动力系统变工况时,由于各设备响应时间不同,且管路内的水容积有限,导致给水泵入口压力出现短时剧烈波动。
另外,由于船用蒸汽动力系统需要长时间运行,因此必须保证给水中的含氧指标满足要求,防止对给水泵和其他设备造成腐蚀,而当前常用的低压鼓泡除氧技术除氧能力有限,已无法满足系统要求。
因此,如何在船舶有限的舱室空间内,抑制给水泵入口压力波动,同时提升给水除氧效果,是当今船舶动力系统亟需解决的重要问题。
发明内容
鉴于上述技术缺陷和应用需求,本发明实施例提供一种给水稳压除氧装置和船用蒸汽动力系统,用以解决船舶蒸汽动力系统中给水泵入口压力波动问题,同时减小给水的含氧量。
为解决上述问题,本发明提供一种给水稳压除氧装置,包括:
恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机;
所述恒压除氧箱安装有凝结水进口管、凝结水出口管、蒸汽出口管、蒸汽进口管和联通管,所述恒压除氧箱通过所述联通管与所述给水泵的入口连通,所述恒压除氧箱通过所述蒸汽进口管与所述给水泵驱动汽轮机的出口连通;所述恒压除氧箱通过所述凝结水进口管与凝水泵的出口连通,所述恒压除氧箱通过所述凝结水出口管与所述凝水泵的入口连通,所述恒压除氧箱通过所述蒸汽出口管与空气连通。
进一步地,所述给水稳压除氧装置还包括:恒压阀和抽气器;所述恒压阀和所述抽气器均安装在所述蒸汽出口管上,所述恒压除氧箱依次通过所述恒压阀和所述抽气器与空气连通。
进一步地,所述抽气器设有第一蒸汽入口、第二蒸汽入口、蒸汽出口和疏水出口;所述第一蒸汽入口与所述蒸汽出口管连通,所述疏水出口和所述第二蒸汽入口均与凝汽器连通,所述蒸汽出口与空气连通。
进一步地,所述恒压除氧箱内安装有蒸汽分配管,所述蒸汽分配管包括多个环形管,每个所述环形管均与所述蒸汽进口管相连。
进一步地,所述环形管向上的一面开有若干作为蒸汽的排出通道的通孔。
进一步地,每个所述环形管上所开设的各所述通孔为同一方向的斜向微孔。
进一步地,相邻的所述环形管开设的所述斜向微孔方向相反。
为解决上述问题,本发明还提供一种船用蒸汽动力系统,包括:
船用锅炉、汽轮机、凝汽器、凝水泵和上述的给水稳压除氧装置;
其中,所述船用锅炉的蒸发端同时与所述汽轮机和所述给水泵驱动汽轮机连通,所述汽轮机通过所述凝汽器与所述凝水泵连通;所述凝水泵的出口端同时与所述凝结水进口管和所述给水泵连通,所述给水泵与所述船用锅炉的凝水端连通。
进一步地,所述船用蒸汽动力系统还包括:除氧器和凝水喷射泵;所述凝汽器依次通过所述除氧器和所述凝水喷射泵与所述凝水泵连通,所述恒压除氧箱通过所述凝结水出口管与所述凝水喷射泵连通。
进一步地,所述船用蒸汽动力系统还包括:回流阀;所述凝水泵的出口端通过所述回流阀与所述凝结水进口管连通。
本发明提供的给水稳压除氧装置,通过设置恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机,利用加热除氧的方式,将给水泵驱动汽轮机的排汽作为恒压除氧箱的热源,同时将凝水泵出口回流的凝水作为恒压除氧箱的冷源,通过联通管将恒压除氧箱与给水泵入口连接,并利用恒压除氧箱内维持与给水泵入口额定压力相同的恒定压力,当给水泵入口压力由于某种原因发生波动时,恒压除氧箱会通过联通管对给水泵入口压力进行补偿。因此,该稳压除氧装置,不仅能够将给水进行除氧,提升给水除氧效果,还能有效地抑制给水泵入口的压力波动,提升给水泵的运行稳定性、减少给水泵振动问题,有利于船用蒸汽动力系统的稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的给水稳压除氧装置和船用蒸汽动力系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的蒸汽分配管的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的环形管的结构示意图;
附图标记说明:1、恒压除氧箱;2、给水泵;3、给水泵驱动汽轮机;4、联通管;5、凝水泵;6、恒压阀;7、抽气器;8、凝汽器;9、蒸汽进口管;10、船用锅炉;11、环形管;12、汽轮机;13、凝水喷射泵;14、除氧器;15、回流阀。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种给水稳压除氧装置,如图1所示,该给水稳压除氧装置包括:恒压除氧箱1、给水泵2和给水泵驱动汽轮机3。恒压除氧箱1安装有凝结水进口管、凝结水出口管、蒸汽出口管、蒸汽进口管9和联通管4,恒压除氧箱1通过联通管4与给水泵2的入口连通,恒压除氧箱1通过蒸汽进口管9与给水泵驱动汽轮机3的出口连通。恒压除氧箱1通过凝结水进口管与凝水泵5的出口连通,恒压除氧箱1通过凝结水出口管与凝水泵5的入口连通,恒压除氧箱1通过蒸汽出口管与空气连通。
该给水稳压除氧装置在船舶给水系统中设置恒压除氧箱1,将恒压除氧箱1通过联通管4与给水泵2入口直连,同时恒压除氧箱1内维持与给水泵2入口额定压力相同的恒定压力,当给水泵2入口压力由于某种原因发生波动时,恒压除氧箱1会通过联通管4对给水泵2入口压力进行补偿。
恒压除氧箱1内装有饱和蒸汽和饱和水,两者具有明显的分界面,当给水泵2入口压力降低时,恒压除氧箱1内的饱和水在压差的作用下,会进入给水泵2入口,补充给水泵2入口压降带来的影响,此时由于饱和水的减少,恒压除氧箱1内压力会降低,导致部分饱和水快速气化来维持恒压除氧箱1内的恒压。当给水泵2入口压力升高时,给水泵2入口的部分水会通过联通管4进入恒压除氧箱1,此时恒压除氧箱1内的压力会升高,部分饱和蒸汽将液化,从而使恒压除氧箱1内压力降低以维持恒压状态。
恒压除氧箱1的热源来自于给水泵驱动汽轮机3的排汽,冷源来自于凝水泵5出口回流的凝水,由于回流的凝水具有一定过冷度,在与给水泵驱动汽轮机3排汽的接触换热过程中被加热到饱和状态,此时液体中气相的分压力小于平衡压力,气体会从水中析出,被蒸汽带走,而回流的凝水被加热至饱和态后,再回流至凝水泵5。从恒压除氧箱1离开的空气通过蒸汽出口管排入大气。
本发明实施例提供的给水稳压除氧装置,通过设置恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机,利用加热除氧的方式,将给水泵驱动汽轮机的排汽作为恒压除氧箱的热源,同时将凝水泵出口回流的凝水作为恒压除氧箱的冷源,通过联通管将恒压除氧箱与给水泵入口连接,并利用恒压除氧箱内维持与给水泵入口额定压力相同的恒定压力,当给水泵入口压力由于某种原因发生波动时,恒压除氧箱会通过联通管对给水泵入口压力进行补偿。因此,该稳压除氧装置,不仅能够将给水进行除氧,提升给水除氧效果,还能有效地抑制给水泵入口的压力波动,提升给水泵的运行稳定性、减少给水泵振动问题,有利于船用蒸汽动力系统的稳定运行。
基于上述实施例,在本发明提供的一实施例中,如图1所示,该给水稳压除氧装置还包括:恒压阀6和抽气器7。恒压阀6和抽气器7均安装在蒸汽出口管上,恒压除氧箱1依次通过恒压阀6和抽气器7与空气连通。
其中,恒压阀6可以根据恒压除氧箱1内的压力自动调节开度,当恒压除氧箱1内压力高于额定压力时,该恒压阀6的开度增大,当恒压除氧箱1内压力小于额定压力时,恒压阀6的开度减小。
从恒压除氧箱1离开的蒸汽依然保持着一定的压力和过热度,同时携带从凝水中析出的不凝结气体,为实现给水驱动泵排汽的梯级利用,充分利用了排汽的能量,抽气器7设有第一蒸汽入口、第二蒸汽入口、蒸汽出口和疏水出口。第一蒸汽入口与蒸汽出口管连通,疏水出口和第二蒸汽入口均与凝汽器8连通,蒸汽出口与空气连通。恒压除氧箱1离开的蒸汽作为抽气器7的驱动气源,从蒸汽出口管进入第一蒸汽入口。从而取消原本的蒸汽消耗,抽气器7排出的空气通过蒸汽出口直接排入大气,而冷却的疏水通过疏水出口再返回至凝汽器8中,进入给水系统重复利用。由于大型的船用汽轮机都采用凝汽式汽轮机,因此凝汽器8内的压力是低于大气压的,必须通过抽气器7将凝汽器8中的不凝结气体抽出,而抽气器7的动力源则是来自于恒压除氧箱1的蒸汽。
由于蒸汽携带有凝水排出的氧气,如果直接排入凝汽器8,不仅会增大凝汽器8的负荷,同时会将已经分离出来的不凝结气体再一次混入凝水中,影响一级除氧器的除氧效果。通过将该蒸汽作为抽气器7的蒸汽源,充分利用了该蒸汽的压力和温度,有效避免了被分离出的蒸汽再次进入凝水的问题,同时实现了能量的梯级利用,有利于提升船用蒸汽动力系统的效率。
如图2和图3所示,恒压除氧箱1内安装有蒸汽分配管,蒸汽分配管包括多个环形管11,各环形管11从外至内依次间隔设置。每个环形管11均与蒸汽进口管9相连。
每一个环形管11都是一个蒸汽分配集箱,接收来自于蒸汽进口管9的给水泵驱动汽轮机3的排汽,并且环形管11向上的一面开有若干作为蒸汽的排出通道的通孔,作为蒸汽的排出通道。
可选地,环形管11上所开设的各通孔为同一方向的斜向微孔,这样从孔中喷出的气流带有一定的旋转角度,每一个环形管11上喷出的蒸汽可以看作一个旋流蒸汽流,有利于蒸汽与欠饱和凝水之间的热量交换。
可选地,如图3所示,相邻的环形管11开设的斜向微孔方向相反。即一圈环形管11出口的蒸汽为某一方向旋流,另一圈环形管11出口的蒸汽的旋流方向与之相反。这样有利于强化蒸汽的湍动强度,进一步加强换热的效率,减小换热区域的空间需求。
基于上述实施例,在本发明提供的一实施例中,如图1所示,船用蒸汽动力系统包括:船用锅炉10、汽轮机12、凝汽器8、凝水泵5和给水稳压除氧装置。给水稳压除氧装置包括:恒压除氧箱1、给水泵2和给水泵驱动汽轮机3。恒压除氧箱1安装有凝结水进口管、凝结水出口管、蒸汽出口管、蒸汽进口管9和联通管4,恒压除氧箱1通过联通管4与给水泵2的入口连通,恒压除氧箱1通过蒸汽进口管9与给水泵驱动汽轮机3的出口连通;恒压除氧箱1通过凝结水进口管与凝水泵5的出口连通,恒压除氧箱1通过凝结水出口管与凝水泵5的入口连通,恒压除氧箱1通过蒸汽出口管与空气连通。船用锅炉10的蒸发端同时与汽轮机12和给水泵驱动汽轮机3连通,汽轮机12通过凝汽器8与凝水泵5连通;凝水泵5的出口端同时与凝结水进口管和给水泵2连通,给水泵2与船用锅炉10的凝水端连通。其中,船用蒸汽动力系统还包括:除氧器14和凝水喷射泵13。凝汽器8依次通过除氧器14和凝水喷射泵13与凝水泵5连通,恒压除氧箱1通过凝结水出口管与凝水喷射泵13连通。船用蒸汽动力系统还包括:回流阀15;凝水泵5的出口端通过回流阀15与凝结水进口管连通。
本实施例中,船用锅炉10产生的过热蒸汽一部分通过蒸汽管路传输到汽轮机12做功或发电,产生供应全船前进的动力和全船用电。从汽轮机12排汽出口离开的低压蒸汽进入凝汽器8,在凝汽器8中冷凝为低压水,并在除氧器14内进行初步除氧。
经过除氧器14除氧后的凝水进入凝水喷射泵13,凝水喷射泵13是以升压后的凝水作为动力水源,对来自一级除氧器的凝水进行初步升压,以提升凝水泵入口凝水的压力,从而提升凝水泵5的灌注高度,避免凝水泵5出现汽蚀问题。
受船用动力系统成本、稳定性和空间的限制,凝水泵5一般采用电动定速泵,因此采用凝水回流的方式满足正常运行和变工况运行的需要。经过凝水泵5升压的凝水一部分进入给水泵2继续升压,另一部分通过回流阀15后通过凝结水进口管进入恒压除氧箱1,再通过凝结水出口管返回到凝水泵5前部的凝水喷射泵13作为动力水源。
从凝水泵5出来的凝水进入给水泵2后,在给水泵2中再一次升压,升压至船用锅炉10的额定压力,再进入船用锅炉10,在船用锅炉10内吸收化学燃料或核能产生的热量,将高压给水蒸发为高压过热蒸汽,再进入汽轮机12进行下一轮循环。
从船用锅炉10出来的另一部分高压过热蒸汽会通过蒸汽管路进入给水泵驱动汽轮机3,用以带动给水泵2运转,对进入给水泵2的凝水进行升压。由于给水泵驱动汽轮机3通常采用背压式汽轮机,从给水泵驱动汽轮机3排汽口排出的蒸汽仍然具有较高的压力和过热度。
如图2和图3所示,从给水泵驱动汽轮机3排出的蒸汽,通过蒸汽进口管进入恒压除氧箱的蒸汽分配管,蒸汽分配管包括多个环形管11,各环形管11从外至内依次间隔设置。每个环形管11均与蒸汽进口管9相连。
每一个环形管11都是一个蒸汽分配集箱,接收来自于蒸汽进口管9的给水泵驱动汽轮机3的排汽,并且环形管11向上的一面开有若干作为蒸汽的排出通道的通孔,作为蒸汽的排出通道。
可选地,环形管11上所开设的各通孔为同一方向的斜向微孔,这样从孔中喷出的气流带有一定的旋转角度,每一个环形管11上喷出的蒸汽可以看作一个旋流蒸汽流,有利于蒸汽与欠饱和凝水之间的热量交换。
可选地,如图3所示,相邻的环形管11开设的斜向微孔方向相反。即一圈环形管11出口的蒸汽为某一方向旋流,另一圈环形管11出口的蒸汽的旋流方向与之相反。这样有利于强化蒸汽的湍动强度,进一步加强换热的效率,减小换热区域的空间需求。
恒压除氧箱1的顶部设有欠饱和凝水的喷注口,与凝结水进口管连通,将凝水泵5出口的一部分凝水通过回流阀15引入恒压除氧箱1,通过调节回流阀15的开度,可以有效地控制凝水的回流流量。
还可在恒压除氧箱1喷注口位置设置有将凝水进行雾化或者旋膜化的装置,可以将连续的凝水打散为粒径较小的凝水液滴,有利于增大与过热蒸汽的换热面积,使之快速受热饱和。
从斜向微孔喷出的过热蒸汽与来自于凝水泵5的欠饱和凝水进行直接接触换热,将欠饱和凝水加热至饱和态,饱和态的凝水在重力作用下落入恒压除氧箱1下半部分的液相区,同时原本凝水中携带的氧气被分离出来,与换热后的蒸汽进行混合后,通过恒压除氧箱1上部的蒸汽出口管离开,经过恒压阀6调节后进入抽气器7。
进入恒压除氧箱1液相区的饱和凝水在压差的作用下回流至凝水喷射泵13,由于饱和凝水的压力高,而来自于除氧器14的凝水压力低于大气压,因此可以通过喷水射流的方式对自于除氧器14的凝水进行初步升压,以避免凝水泵5的汽蚀问题。
其中,恒压阀6可以根据恒压除氧箱内的压力自动调节开度,当恒压除氧箱1内压力高于额定压力时,该阀门开度增大,当恒压除氧箱1内压力小于额定压力时,该阀门开度减小。
从恒压阀6出来的蒸汽仍然具有一定的压力和温度,可以作为抽气器7的高压蒸汽源。由于大型的船用汽轮机都采用凝汽式汽轮机,因此凝汽器内的压力是低于大气压的,必须通过抽气器7将凝汽器8中的不凝结气体抽出,而抽气器7的动力源则是来自于恒压除氧箱1的蒸汽。
由于该蒸汽携带有凝水排出的氧气,如果直接排入凝汽器8,不仅会增大凝汽器8的负荷,同时会将已经分离出来的不凝结气体再一次混入凝水中,影响除氧器14的除氧效果。
通过将该蒸汽作为抽气器的蒸汽源,充分利用了该蒸汽的压力和温度,有效避免了被分离出的蒸汽再次进入凝水的问题,同时实现了能量的梯级利用,有利于提升蒸汽动力系统的效率。
综上所述,本发明实施例提供的船用蒸汽动力系统,通过设置恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机,利用加热除氧的方式,将给水泵驱动汽轮机的排汽作为恒压除氧箱的热源,同时将凝水泵出口回流的凝水作为恒压除氧箱的冷源,通过联通管将恒压除氧箱与给水泵入口连接,并利用恒压除氧箱内维持与给水泵入口额定压力相同的恒定压力,当给水泵入口压力由于某种原因发生波动时,恒压除氧箱会通过联通管对给水泵入口压力进行补偿。因此,该稳压除氧装置,不仅能够将给水进行除氧,提升给水除氧效果,还能有效地抑制给水泵入口的压力波动,提升给水泵的运行稳定性、减少给水泵振动问题,有利于船用蒸汽动力系统的稳定运行。
其次,该船用蒸汽动力系统通过恒压除氧箱对凝水进行了二次除氧,虽然未能对全流量进行一次性除氧,但是由于凝水持续回流,可是实现全部凝水的除氧,同时有效减少了设置全流量一次性除氧器的空间要求。
此外,该船用蒸汽动力系统实现了给水驱动泵排汽的梯级利用,分多级充分利用了排汽的能量,并最终作为抽气器的蒸汽源将蒸气冷却为疏水进行回收,有利于提升动力系统的循环效率。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种给水稳压除氧装置,其特征在于,包括:
恒压除氧箱、给水泵和给水泵驱动汽轮机;
所述恒压除氧箱安装有凝结水进口管、凝结水出口管、蒸汽出口管、蒸汽进口管和联通管,所述恒压除氧箱通过所述联通管与所述给水泵的入口连通,所述恒压除氧箱通过所述蒸汽进口管与所述给水泵驱动汽轮机的出口连通;所述恒压除氧箱通过所述凝结水进口管与凝水泵的出口连通,所述恒压除氧箱通过所述凝结水出口管与所述凝水泵的入口连通,所述恒压除氧箱通过所述蒸汽出口管与空气连通。
2.根据权利要求1所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,所述给水稳压除氧装置还包括:恒压阀和抽气器;所述恒压阀和所述抽气器均安装在所述蒸汽出口管上,所述恒压除氧箱依次通过所述恒压阀和所述抽气器与空气连通。
3.根据权利要求2所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,所述抽气器设有第一蒸汽入口、第二蒸汽入口、蒸汽出口和疏水出口;所述第一蒸汽入口与所述蒸汽出口管连通,所述疏水出口和所述第二蒸汽入口均与凝汽器连通,所述蒸汽出口与空气连通。
4.根据权利要求1所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,所述恒压除氧箱内安装有蒸汽分配管,所述蒸汽分配管包括多个环形管,每个所述环形管均与所述蒸汽进口管相连。
5.根据权利要求4所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,所述环形管向上的一面开有若干作为蒸汽的排出通道的通孔。
6.根据权利要求5所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,每个所述环形管上所开设的各所述通孔为同一方向的斜向微孔。
7.根据权利要求6所述的给水稳压除氧装置,其特征在于,相邻的所述环形管开设的所述斜向微孔方向相反。
8.一种船用蒸汽动力系统,其特征在于,包括:
船用锅炉、汽轮机、凝汽器、凝水泵和如权利要求1-6中任一项所述的给水稳压除氧装置;
其中,所述船用锅炉的蒸发端同时与所述汽轮机和所述给水泵驱动汽轮机连通,所述汽轮机通过所述凝汽器与所述凝水泵连通;所述凝水泵的出口端同时与所述凝结水进口管和所述给水泵连通,所述给水泵与所述船用锅炉的凝水端连通。
9.根据权利要求8所述的船用蒸汽动力系统,其特征在于,所述船用蒸汽动力系统还包括:除氧器和凝水喷射泵;所述凝汽器依次通过所述除氧器和所述凝水喷射泵与所述凝水泵连通,所述恒压除氧箱通过所述凝结水出口管与所述凝水喷射泵连通。
10.根据权利要求8所述的船用蒸汽动力系统,其特征在于,所述船用蒸汽动力系统还包括:回流阀;所述凝水泵的出口端通过所述回流阀与所述凝结水进口管连通。
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