CN112432150A - 一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，包括再生塔、闪蒸罐、变频泵、冷却塔和蒸汽锅炉，再生塔与蒸汽锅炉之间设有相互并联的A、B两通路，A通路上设有减压阀，通过该减压阀将高压蒸汽通过降压得到再沸器所需的蒸汽压力；B通路上设有可调节喷射器；可调节喷射器包括混合室、混合扩压段和压缩蒸汽出口，可调节喷射器的压缩蒸汽出口连接至再生塔；混合室贯通得设有工作蒸汽入口和引流蒸汽入口，喷嘴采用拉法尔喷管，拉法尔喷管的收缩段的后方设有可沿可调节射流器轴向移动的喷嘴调节滑块。A、B两通路在检修维护和正常生产中交替使用。喷射器的流量的变化可以满足多负荷情况，在工业生产中有更广泛的应用。

Description

一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统
技术领域
本发明主要是工业余热回收利用，属于工业节能环保领域，涉及一种可调式喷射器在化工生产中的应用。
背景技术
为了进一步节能减排，将节能减排作为优化经济结构、推动绿色循环低碳发展、加快生态文明建设的重要抓手和突破口。推动能源结构优化，加强重点领域的节能工作。在工业节能领域，到2020年，工业能源利用效率和清洁化水平显著提高，规模以上工业企业单位增加值能耗比2015年降低18％以上，电力、钢铁、有色、建材、石油石化、化工等重点耗能行业能源利用效率达到或接近世界先进水平。
乙醇胺再生装置再生系统包含再生塔塔底再沸器，再沸器设计使用低压蒸汽用以维持再生塔温度，并产生出大量高温热水。化工系统中，生产出的蒸汽往往是高压蒸汽，要得到低压蒸汽往往采用蒸汽节流阀将原有高压蒸汽进行节流得到所需低压蒸汽，此种方法造成较大的节能损失。并且系统中产生的高温热水，流量大温度高，往往会上冷却塔进行冷却，热损失明显。
喷射器结构简单，加工容易，造价低廉，运行稳定可靠，在工业生产中有广泛的应用。目前，喷射器也可被应用于工业的余热回收装置中。喷射器主要由喷嘴、混合室和扩压段组成。然而，根据设计工况设计的喷射器，其整个结构和尺寸都是固定的，当工作流体的负荷在非设计工况变化时，喷射器的性能将下降，甚至喷射器不再工作。
在乙醇胺的生产实际过程中再沸器所需蒸汽量会随着具体生产情况产生波动，当波动范围较大时，常见不可调节的喷射器会由于偏离设计工况而导致性能下降甚至不工作状况，会影响到实际生产。
发明内容
针对现有技术所面临的问题，本发明提供了一种可以根据实际生产状况随时调节的喷射器系统以适应变化。以解决目前因工作蒸汽节流产生的节流能量损失和再生塔塔底再沸器高温热水的热损失等方面的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，包括再生塔、闪蒸罐、变频泵、冷却塔和蒸汽锅炉，所述再生塔与蒸汽锅炉之间设有A通路，所述A通路上设有减压阀，通过该减压阀将高压蒸汽通过降压得到再沸器所需的蒸汽压力；所述再生塔与蒸汽锅炉之间设有与A通路并联的B通路；所述B通路上设有可调节喷射器；所述可调节喷射器包括混合室和位于混合室前方的混合扩压段，所述混合扩压段的前端是压缩蒸汽出口，所述混合室的后部设有工作蒸汽入口，所述混合室的前部设有引流蒸汽入口，所述混合室内的中部设有喷嘴，所述喷嘴采用拉法尔喷管，在所述可调节射流器的轴向上、所述拉法尔喷管的收缩段和扩张段交接处的窄喉位置与所述引射蒸汽入口的位置一致或靠前；所述拉法尔喷管的收缩段的后方设有可沿可调节射流器轴向移动的喷嘴调节滑块；所述可调节喷射器的压缩蒸汽出口朝向所述再生塔。
进一步讲，本发明所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其中：
所述喷嘴调节滑块连接有电机，在电机的驱动下，所述喷嘴调节滑块沿可调节射流器的轴向靠近或远离所述拉法尔喷管的窄喉位置。
所述喷嘴调节滑块的前端的外轮廓与拉法尔喷管收缩段的形状吻合。
所述可调节式喷射器的喷射系数为：μ＝GH/Gp，其中，μ为喷射系数，Gp为喷射器前工作流体质量流量，GH为喷射器前引射流体质量流量；当所述再生塔塔底所需蒸汽流量发生变化时，需要对喷射前工作流体质量流量进行调节，即：Gp＝GC/(1+μ)，其中，GC为喷射器后压缩流体质量流量；当喷射器前工作流体质量流量发生变化时，通过调节所述喷嘴调节滑块的轴向位置，控制所述拉法尔喷管的喷口大小，使工作流体在喷嘴处达到音速，
Figure BDA0002846372370000021
s′＝Gp/cs
Δs＝s-s′
其中，cs是汽在喷嘴处的临界流速，γo是蒸汽比热容比，Rg是气体常数，s′是工作流体变化时所需喷嘴面积，s是喷射器设计喷嘴面积，Δs是喷射器喷嘴需变化的面积。
所述A通路上、自所述蒸汽锅炉的出气口至所述减压阀之间依次设有第一截止阀和第一流量计，在所述减压阀与所述再生塔之间设有第二截止阀；所述B通路上、自所述蒸汽锅炉的出气口至所述可调节喷射器的工作蒸汽入口之间依次设有第三截止阀和第二流量计，自所述可调节喷射器的压缩蒸汽出口至所述再生塔之间依次设有第三流量计和第四截止阀；所述闪蒸罐的出气口连接至所述可调节喷射器的引射蒸汽入口，所述闪蒸罐的出水口连接至所述变频器，所述再生塔的塔底连接至所述闪蒸罐的进水口；当B通路需要检修和维护时，启动A通路，当B通路正常工作时，A通路处于关闭状态。
所述变频泵为高温变频泵。
所述闪蒸罐的液位高度为闪蒸罐高度的1/3-1/2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过可调式喷射器系统利用了之前因高压蒸汽节流所造成的节流损失和高温废水余热能量，使之产生生产所需的中压蒸汽。与现有技术相比，可节约15％-20％的蒸汽量。
附图说明
图1是本发明乙醇胺再生塔节能系统结构示意简图；
图2是图1中可调节喷射器的结构示意简图。
图中：E1-再生塔，E2-闪蒸罐，E3-变频泵，E4-冷却塔，E5-蒸汽锅炉，V1-减压阀，V2-可调节式喷射器，V7-止回阀，V3-第一截止阀，V4-第三截止阀，V5-第二截止阀，V6-第四截止阀，I1-第二流量计，I2-第一流量计，I3-第三流量计，1-电机，2-工作蒸汽入口，3-引射蒸汽入口，4-压缩蒸汽出口，5-喷嘴调节滑块，6-拉法尔喷管。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，本发明提出的一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，包括再生塔E1、闪蒸罐E2、变频泵E3、冷却塔E4和蒸汽锅炉E5，所述再生塔E1与蒸汽锅炉E5之间设有A通路，所述A通路上设有减压阀V1，通过该减压阀V1将高压蒸汽通过降压得到再沸器所需的蒸汽压力；所述再生塔E1与蒸汽锅炉E5之间设有与A通路相互并联的B通路；所述A通路上、自所述蒸汽锅炉E5的出气口至所述减压阀V1之间依次设有第一截止阀V3和第一流量计I2，在所述减压阀V1与所述再生塔E1之间设有第二截止阀V5；所述B通路上设有可调节喷射器V2；所述B通路上、自所述蒸汽锅炉E5的出气口至所述可调节喷射器V2的工作蒸汽入口2之间依次设有第三截止阀V4和第二流量计I1，自所述可调节喷射器V2的压缩蒸汽出口4至所述再生塔E1之间依次设有第三流量计I3和第四截止阀V6；所述闪蒸罐E2的出气口连接至所述可调节喷射器V2的引射蒸汽入口3，所述闪蒸罐E2的出水口连接至所述变频泵E3，所述再生塔E1的塔底连接至所述闪蒸罐E2的进水口。
如图2所示，本发明中的所述可调节喷射器V2包括混合室和位于混合室前方的混合扩压段，所述混合扩压段的前端是压缩蒸汽出口4，所述可调节喷射器V2的压缩蒸汽出口4朝向所述再生塔E1。所述混合室的后部设有工作蒸汽入口2，所述混合室的前部设有引流蒸汽入口3，所述混合室内的中部设有喷嘴，所述喷嘴采用拉法尔喷管6，在所述可调节射流器V2的轴向上、所述拉法尔喷管6的收缩段和扩张段交接处的窄喉位置与所述引射蒸汽入口2的位置一致或靠前；所述拉法尔喷管6的收缩段的后方设有可沿可调节射流器V2轴向移动的喷嘴调节滑块5，所述喷嘴调节滑块5的前端的外轮廓与拉法尔喷管6收缩段的形状吻合，所述喷嘴调节滑块5连接有电机1，在电机1的驱动下，所述喷嘴调节滑块5沿可调节射流器V2的轴向靠近或远离所述拉法尔喷管6的窄喉位置，从而控制喷嘴的大小。另外，通过调节喷射器喷嘴和混合扩压段的直径，可以确保在喷嘴和混合扩压段的喉部处的速度是音速，喷射器的流量的变化可以满足多负荷情况，在工业生产中有更广泛的应用。
喷射系数是衡量喷射器性能的重要参数，它表示引射流体的质量流量与工作流体质量流量之比，本发明中，所述可调节式喷射器的喷射系数为：
μ＝GH/Gp
其中，μ为喷射系数，Gp为喷射器前工作流体质量流量，GH为喷射器前引射流体质量流量；
当所述再生塔塔底因实际生产所需蒸汽流量发生变化时，需要对喷射前工作流体质量流量进行调节，即：
Gp＝GC/(1+μ)
其中，GC为喷射器后压缩流体质量流量；
当喷射器前工作流体质量流量发生变化时，为了使喷射器中拉法尔喷管正常工作，需要通过调节所述喷嘴调节滑块的轴向位置，调节控制所述拉法尔喷管的喷口大小，使工作流体在喷嘴处达到音速，
Figure BDA0002846372370000041
s′＝Gp/cs
Δs＝s-s′
其中，cs是汽在喷嘴处的临界流速，γo是蒸汽比热容比，Rg是气体常数，s′是工作流体变化时所需喷嘴面积，s是喷射器设计喷嘴面积，Δs是喷射器喷嘴需变化的面积。
将本发明应用于乙醇胺生产中再生塔塔底再沸器的节能生产中。其节能效果取决于引射系数的高低，通过实验验证，本发明建议引射系数均值为0.15，本发明系统比传动的系统可节约15％的蒸汽量，并且没有增加其他能耗。减少了工作蒸汽节流所产生的节流损失，并且利用了再沸器高温热水的余热，节约能源经济环保。
本发明系统中包含A、B两个通路。其中A通路采用减压阀V1，将高压蒸汽通过降压得到再沸器所需蒸汽压力了，为原有工艺中存在的通路。当B通路需要检修和维护时，启动A通路，不影响工厂的正常生产，当B通路正常工作时A通路处于关闭状态。
本发明中的B通路是以可调节喷射器V2为核心的节能环保通路。工业生产时，塔底再沸器会随着生产实际情况对蒸汽的需求量发生变化。当所需蒸汽量变化时，工作蒸汽量也随着变化。通过电机1使喷嘴调节滑块5直线运动，改变拉法尔喷管6在喷嘴处的截面积，使改变后的工作蒸汽在喷嘴处达到临界流速。从而可以产生引射蒸汽，工作蒸汽与引射蒸汽在混合室混合后，经过喷射器的混合扩压段得到再沸器所需的压缩蒸汽。为保证引射现象的持续和稳定，闪蒸罐E2的液位不宜过高，内部热水高度应为闪蒸罐E2高度的1/3-1/2。若水位过高会将液态水抽吸到混合室内，影响喷射器稳定工作。变频泵E3采用变频高温泵，当闪蒸罐E2的液位过高或过低时，调节变频泵E3的变频器进而调节泵的流量，以此来保证闪蒸罐E2内水位的温度。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，包括再生塔、闪蒸罐、变频泵、冷却塔和蒸汽锅炉，所述再生塔与蒸汽锅炉之间设有A通路，所述A通路上设有减压阀，通过该减压阀将高压蒸汽通过降压得到再沸器所需的蒸汽压力；其特征在于，
所述再生塔与蒸汽锅炉之间设有与A通路并联的B通路；
所述B通路上设有可调节喷射器；
所述可调节喷射器包括混合室和位于混合室前方的混合扩压段，所述混合扩压段的前端是压缩蒸汽出口，所述混合室的后部设有工作蒸汽入口，所述混合室的前部设有引流蒸汽入口，所述混合室内的中部设有喷嘴，所述喷嘴采用拉法尔喷管，在所述可调节射流器的轴向上、所述拉法尔喷管的收缩段和扩张段交接处的窄喉位置与所述引射蒸汽入口的位置一致或靠前；所述拉法尔喷管的收缩段的后方设有可沿可调节射流器轴向移动的喷嘴调节滑块；
所述可调节喷射器的压缩蒸汽出口朝向所述再生塔。
2.根据权利要求1所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述喷嘴调节滑块连接有电机，在电机的驱动下，所述喷嘴调节滑块沿可调节射流器的轴向靠近或远离所述拉法尔喷管的窄喉位置。
3.根据权利要求1或2所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述喷嘴调节滑块的前端的外轮廓与拉法尔喷管收缩段的形状吻合。
4.根据权利要求1或2所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述可调节式喷射器的喷射系数为：
μ＝GH/Gp
其中，μ为喷射系数，Gp为喷射器前工作流体质量流量，GH为喷射器前引射流体质量流量；
当所述再生塔塔底所需蒸汽流量发生变化时，需要对喷射前工作流体质量流量进行调节，即：
Gp＝GC/(1+μ)
其中，GC为喷射器后压缩流体质量流量；
当喷射器前工作流体质量流量发生变化时，通过调节所述喷嘴调节滑块的轴向位置，控制所述拉法尔喷管的喷口大小，使工作流体在喷嘴处达到音速，
Figure FDA0002846372360000011
s′＝Gp/cs
Δs＝s-s′
其中，cs是汽在喷嘴处的临界流速，γo是蒸汽比热容比，Rg是气体常数，s′是工作流体变化时所需喷嘴面积，s是喷射器设计喷嘴面积，Δs是喷射器喷嘴需变化的面积。
5.根据权利要求1所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述A通路上、自所述蒸汽锅炉的出气口至所述减压阀之间依次设有第一截止阀和第一流量计，在所述减压阀与所述再生塔之间设有第二截止阀；
所述B通路上、自所述蒸汽锅炉的出气口至所述可调节喷射器的工作蒸汽入口之间依次设有第三截止阀和第二流量计，自所述可调节喷射器的压缩蒸汽出口至所述再生塔之间依次设有第三流量计和第四截止阀；
所述闪蒸罐的出气口连接至所述可调节喷射器的引射蒸汽入口，所述闪蒸罐的出水口连接至所述变频器，所述再生塔的塔底连接至所述闪蒸罐的进水口；
当B通路需要检修和维护时，启动A通路，当B通路正常工作时，A通路处于关闭状态。
6.根据权利要求1所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述变频泵为高温变频泵。
7.根据权利要求1所述的应用于乙醇胺塔再沸器的可调节式喷射器系统，其特征在于，所述闪蒸罐的液位高度为闪蒸罐高度的1/3-1/2。
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