CN1168905C - 联合制冷式蒸汽喷射真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种联合制冷式蒸汽喷射真空泵，它主要包括有由真空室、多级单列式或多级多列式喷射器及多级冷凝器构成的真空回路系统；由蒸汽源和升压喷射器构成的蒸汽回路系统；由吸收剂泵、循环泵、吸收器和吸收剂发生器构成的吸收剂回路系统；以及由冷却塔、热水池、回水泵及供水泵构成的冷却水回路系统四大部分组成。本发明是将传统的蒸汽喷射真空泵与吸收式制冷方式有机的结合起来，把蒸汽喷射真空泵中的废气吸收或制取低温水并使其冷凝，从而大大减轻下一级喷射器的负载，达到节约大量工作蒸汽的目的。

Description

联合制冷式蒸汽喷射真空泵

技术领域

本发明属于工业上所用的真空泵制冷设备领域，特别是广泛应用于航空、航天、冶金、制冷、制药、化工等工业上的一种蒸汽喷射真空泵。

背景技术

蒸汽喷射真空泵是获得真空的一种重要的真空泵，它结构简单，造价低廉，故障极少，抽气量大，适合于抽吸含有大量可凝性气体，含尘及易燃易爆气体，因此广泛应用于航空、航天、冶金、制冷、油脂、合成制药、化工、石油常减压、聚脂切片、食品冷冻干燥、天然色素提纯、香精香料、大中小型化肥生产等领域。目前，中国约有16000台蒸汽喷射真空泵在各种间歇式和连续式的真空装置中工作。蒸汽喷射真空泵的工作原理是：以一台五级蒸汽喷射真空泵为例。一级喷射器的被抽气体被工作蒸汽吸入，一同成为混合气体。由于其含有水蒸汽和高温经过分子量修正和温度修正计算，混合气体乘以修正系数即做为第二级喷射器的被抽气体被吸入二级喷射器，由于修正系数均小于1，所以经修正后的当量气体量大于混合气体量，二级喷射器的混合气体修正后再作为被抽气体进入三级喷射器，如此下去喷射器的级数以算术级数增长而工作蒸汽耗量以几何级数增长，其能源消耗十分巨大。另外，在自然界中水的温度和季节有关，冬季温度低则水温低，夏季反之。水的温度与水在真空状态下的饱和蒸汽压力有关，并且设计时必须考虑最恶劣的工况。所以第一号冷凝器的工作区间都在6.6～10kpa之间，再向高真空端设置时，由于不易获得稳定的低温水来源而无法实现。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的缺陷，而提供一种联合制冷式蒸汽喷射真空泵。其主要途径是在总体结构中尽早设置冷凝设施，将被抽气体中的可凝性气体冷凝成水或冰，这样可以大大减少下一级喷射器的负载，从而大大节约能耗；并降低了第一号冷凝器的工作区间范围。

本发明的目的是以下列技术方案来实现，本设计的主要思路是通过在蒸汽喷射真空泵中引入吸收介质利用真空泵中做功后工作蒸汽的余热和部分工作蒸汽制冷，可以获得稳定的冷量，因而使第一号冷凝器的设置区间可以从6.5～10kpa前移至0.65～1kpa，使得被抽气体中可凝性气体提高卸载，从而达到节约大量蒸汽的目的。具体方案是：该联合制冷式蒸汽喷射真空泵，包括由真空室、多级、多列式或多级单列式喷射器及多级冷凝器组成的现有真空回路系统，所说的喷射器1～9列，每列至少2级，冷凝器1～9个。其特别之处是：

1、在1号冷凝器前各级喷射器间的一处设置有吸收器，吸收器内有吸收剂；

2、在真空回路系统增设有由节由蒸汽源、升压喷射器构成的蒸汽回路系统，将蒸汽或废蒸汽升压后送往喷射器和吸收剂发生器作动力；

3、在吸收器的连接端设置有吸收剂泵、循环泵和吸收剂发生器，它们构成吸收剂回路系统，其中吸收剂发生器的汽路输出端与升压喷射器相接；

4、在真空回路系统还增设有由冷却塔、热水池、回水泵、供水泵构成的冷却回路系统，其中冷却塔通过供水泵与吸收器连接，热水池置于冷凝器的液体排放管下部，并通过回水泵与冷却塔相接。

5、所述吸收剂回路系统中的吸收剂发生器可以是由独立的高压吸收剂发生器构成，也可以由高压吸收剂发生器与低压吸收剂发生器连接构成，其中高压吸收剂发生器与吸收剂泵相接，在低压吸收剂发生器的连接端设有一循环泵，它与吸收器相接。

6、在高压吸收剂发生器与吸收剂泵连接之间、低压吸收剂发生器与循环泵连接之间分别可以设置有热交换器。

本发明对传统的蒸汽喷射真空泵及吸收式制冷机做了很大变革，其优点是解决了真空泵在高真空及大抽气量下工作蒸汽消耗量太大的难题，同时充分利用了做过功的废蒸汽余热制取稳定的低温水(5～20℃)，大大提高了蒸汽喷射真空泵的效率。还解决了吸收式制冷机冷量衰减和不能制取0℃以下低温水的难题。在吸收器前设置数级喷射器可以将制取低温水或冰的温度下限延伸到-50℃，并且在真空泵造成的稳定真空下工作，解决了因气体泄露引起冷量衰减和腐蚀问题。例如：

一、用于100M2冷冻升华干燥机(冻干机)的真空系统，如采用机械式真空系统，需配真空泵功率500KW，或者配蒸汽喷射真空泵耗蒸汽量3672kg/h，若该机每天工作20小时，每年工作300天，需耗电300万千瓦时或者耗蒸汽2.2万吨。而采用本发明，即联合制冷式蒸汽喷射真空泵则仅耗蒸汽1830kg/h，每年节约蒸汽1.1万吨，按90元/吨计算，每年节约费用99万元。

二、本发明用于400吨/天色拉油生产线。由于生产过程中产生大量脂肪酸，在真空泵中增设了一个冷凝器，吸收剂只吸收纯水蒸汽。用原有蒸汽喷射真空泵耗汽3232kg/h，采用联合制冷式蒸汽喷射真空泵仅耗汽1730kg/h，年可节气1500×24×300＝10800吨/年。按90元/吨计，每年可节约资金97.2万元。中国现有约16000台蒸汽喷射真空泵在运转，可节约资金100多亿元。

附图说明

图1为本发明实施例一的整体结构示意图。

图2为本发明实施例二的整体结构示意图。

图3为本发明实施例三的整体结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的构成及工作原理作一详细说明：

如图1所示，它是六级单列式喷射器构成的联合制冷式蒸汽喷射真空泵，它主要由真空回路系统、蒸汽回路系统、吸收剂回路系统及冷却水回路系统四大部分组成。图中“实线”是真空回路和冷却水回路的走向连接线；“虚线”是蒸汽回路走向连接线；“点划线”是吸收剂回路走向连接线。其中真空回路系统是由真空室1、一级喷射器4、二级喷射器3、三级喷射器9、四级喷射器10、五级喷射器12、六级喷射器14以及冷凝器11、13、15构成。它具备现有普通蒸汽喷射真空泵的基本构成。蒸汽回路系统是由蒸汽源8和升压喷射器7构成，它主要给各级喷射器和吸收剂发生器提供工作蒸汽。吸收剂回路系统由装有吸收剂的吸收器5、吸收剂泵2及高压吸收剂发生器6构成，这部分是本发明特征技术中的主要部分，其中的吸收器、吸收剂、吸收剂泵及高压吸收剂发生器采用市场上现有的产品组装。冷却水回路系统包括冷却塔16、热水池17、回水泵18、供水泵19。

该联合制冷式蒸汽喷射真空泵的工作原理是：见图1，真空室1放出的气体被一、二级喷射器抽吸进入吸收器，将其中的水蒸汽被吸收，并由吸收剂泵2送入高压吸收剂发生器6，在那里吸收剂被加热放出水蒸汽，浓缩后再次回到吸收器5吸收水蒸汽。吸收器未吸收的气体继续被三、四级喷射器抽吸到1号冷凝器11中，可凝性气体被冷凝，不可凝性气体被五级喷射器12抽吸进入2号冷凝器14中，可凝性气体冷凝，不可凝性气体被六级喷射器抽吸进入消音冷凝器15并排入大气中。而进入高压吸收剂发生器6内的稀释吸收剂被加热后放出的水蒸汽，被升压喷射器7升压后作为一、二级喷射器的工作蒸汽，进一步节省能源。来自冷却塔16的冷却水经过吸收器5，略有升温后，送往各冷凝器吸热冷凝气体，然后排入热水池17，由回水泵送往冷却塔降温，再次循环冷却。

图2所示，它是用于洁净介质的联合制冷式蒸汽喷射真空泵，其结构与实施例一基本相同，不同的是其真空回路系统中喷射器为双列六级结构式，为了提高热效率而设置有高压吸收剂发生器6和低压吸收剂发生器22，该低压吸收剂发生器通过一个循环泵24与吸收器5连接。在高、低压吸收剂发生器与吸收器5的连接之间，第5级喷射器12、第6级喷射器14之后分别设置有热交换器25、26、23、21、20。其工作原理：以100M²真空冷冻升华干燥机为例，真空室1内装有1000公斤物料，其中需蒸发掉水分880公斤，处理周期8小时，平均放气量110公斤/小时，工作动态过程为真空室1气体110公斤/小时进入一级喷射器4，耗蒸汽220公斤/小时，之后的混合气体330公斤/小时进入二级喷射器3耗蒸汽660公斤/小时，之后的混合气体990公斤/小时进入吸收器5，假设混合气体中880公斤/小时蒸汽被吸收剂吸收，则有110公斤/小时气体进入三、四、五、六级喷射器被排出，共耗蒸汽2200公斤/小时，另外，吸收剂进入吸收剂发生器后需耗汽880公斤/小时方可将吸收剂重新浓缩成再吸收状态，故共耗汽3080公斤/小时。而不设吸收器的常规真空系统需耗汽9240公斤/小时。本实施例中由于产品初期放气量大，后期放气量小，所以蒸汽喷射真空泵真空回路系统喷射器的设计为两列形式，以适应产品工艺曲线需要，且节省蒸汽消耗。

当吸收剂在25～30℃较低温度下有强大的吸收能力，在吸收水蒸汽后稀释变为低温稀溶液，送往发生器后经蒸汽或其他热源加热放出水蒸汽后成为高温浓溶液，一般要求进入吸收器的浓溶液应降低为30℃左右，而进入发生器的稀溶液应升温到140℃左右，所以为提高热效率，本实例具有一个高压吸收剂发生器6和一个低压吸收剂发生器22，并设置有五个热交换器，26、25、23、21、20和循环泵24，其作用是由吸收剂泵2泵出的大部分低温稀溶液在热交换器26中与高压吸收剂发生器的蒸汽凝结成水，而提高温度后进入热交换器25与高压吸收剂发生器流出的高温浓液换热，再升温后进入高压吸收剂发生器加热浓缩。高温浓溶液经两次换热后降温进入吸收器。吸收剂泵2泵出的小部分低温稀溶液与来自低压吸收剂发生器22的中温浓溶液在热交换器23中换热后进入热交换器21与五级喷射器排出气体换热再进入热交换热器20与六级喷射器排出气体换热后进入低压吸收剂发生器被来自高压吸收剂发生器的多余蒸汽加热浓缩，浓溶液被热交换器23换热降温后流回循环泵与吸收器的一部分稀溶液一起被循环泵24重新泵入吸收器吸收水蒸汽。该实施例与实施例一相比可再节能20％左右。

实施例三，如图3所示，它是用于污染介质联合制冷式蒸汽喷射真空泵。因为航天、冶金、化工、制药、油脂、冻干等几十个行业，其中大部分生产工艺过程释放的气体都是污染介质，如含油、含尘、含腐蚀性气体、有毒气体，它们能使吸收剂吸收效率下降，甚至失去作用，因此需要增加附属设备即以保证其正常工作。本实例是用于真空冶金的400公斤/小时蒸汽喷射真空泵系统。由于放气中含有大量粉尘，故增设了冷冻水泵27，冷冻水池28，在第二级喷射器之后设置有预冷凝器29和蒸发器30。其工作原理是，真空室中的钢液处理过程中放出大量含尘气体，被一、二级喷射器抽吸后进入预冷凝器29，被来自蒸发器30的10℃左右低温水将其中的水蒸汽冷凝连同气体中粉尘一同排出冷冻水池28，在池中粉尘沉淀，冷冻水池的水吸收冷凝蒸汽热量升温到15℃左右，被冷冻水泵27送入蒸发器30，蒸发器与第三级喷射器相连保持高真空，水进入真空后急剧蒸发，水失热为10℃左右的冷冻水再次进入预冷凝器循环。水蒸发失热产生的水蒸汽被吸收器中的吸收剂吸收再次换热送往吸收剂发生器浓缩再返回吸收器，进而完成全过程。

所述联合制冷式蒸汽喷射真空泵的所有另部件均可由市场或厂家采购获得，所用吸收剂为多种形式：可以是溴化锂、氨和氟利昂以及三氟己醇——四甘醇渗二甲醚。热交换器加热方式可以采用蒸汽、导热油、燃气、燃油、电热等。

Claims (3)

1、一种联合制冷式蒸汽喷射真空泵，它包括由真空室、多级多列式或多级单列式喷射器及多级冷凝器组成的现有真空回路系统，所说的喷射器1～9列，每列至少2级，冷凝器1～9个，其特征是在1号冷凝器前的各级喷射器之间的一处设置有吸收器(5)，吸收器内有吸收剂；在真空回路系统增设有由蒸汽源(8)、升压喷射器(7)构成的蒸汽回路系统，将动力蒸汽或废蒸汽升压后送往喷射器和吸收剂发生器作动力；在吸收器(5)的连接端设置有吸收剂泵(2)和吸收剂发生器，它们构成吸收剂回路系统，其中吸收剂发生器的汽路输出端与升压喷射器(7)相接；在真空回路系统还增设有由冷却塔(16)、热水池(17)、回水泵(18)、供水泵(19)构成的冷却回路系统，其中冷却塔(16)通过供水泵(19)与吸收器(5)连接，热水池(17)置于冷凝器的液体排放管下部，并通过回水泵(18)与冷却塔(16)相接。

2、根据权利要求1所述的联合制冷式蒸汽喷射真空泵，其特征是所述吸收剂回路系统中的吸收剂发生器是由独立的高压吸收剂发生器(6)构成或由高压吸收剂发生器(6)与低压吸收剂发生器(22)连接构成，其中高压吸收剂发生器(6)与吸收剂泵(2)相接，在低压吸收剂发生器(22)的连接端设有循环泵(24)，它与吸收器(5)相接。

3、根据权利要求2所述的联合制冷式蒸汽喷射真空泵，其特征是在高压吸收剂发生器(6)与吸收剂泵(2)连接之间、低压吸收剂发生器(22)与循环泵连接之间分别设置有热交换器。

Images