喷射器节能降耗（精选7篇）
喷射器节能降耗 篇1
0引言
蒸汽喷射器利用工作流体膨胀对引射流体做功, 相当于膨胀机和压缩机的组合,具有结构简单、无需额外消耗机械能等优点[1]。 目前很多工业领域普遍存在高品位能的蒸汽在不对外做功的情况下直接转化为低品位能的蒸汽,工质的有用能在减少,熵在增加, 属于典型的不可逆转变[2,3]。 因此,加强对蒸汽喷射器的研究,扩大其使用范围,对提高高品位能蒸汽的利用率有很大帮助。 一般而言,对蒸汽喷射器的研究有试验研究和理论研究两种,试验研究周期长、投资大, 受限制条件较多;理论研究大大缩短研究周期,并能获得试验研究中难以测量的数据[4]。 本文分析了蒸汽喷射器理论研究进展,并探讨了其在热电厂中的节能应用。
1蒸汽喷射器原理
蒸汽喷射器主要由工作喷嘴、吸收室、圆柱形混合室和扩压室四部分构成, 其工作流程可分为三步(如图1所示):
(1)工作流热膨胀过程。 工作流体以压力PP和速度vP进入喷嘴绝热膨胀,压力降低、速度升高,将其静压能和热能转化为动能, 并在喷嘴出口处形成低压, 从而将压力为pH的引射流体从接受室中引射进来。
(2)工作流体和引射流体的混合过程。 二者以不同的流速进入混合室进行动量交换,速度均匀的过程伴随着压力的升高和复杂的激波现象。
(3)混合流体的压缩过程。 混合流体进入扩压室候,速度仍很大,动能继续转化为压力能,压力将继续升高。 在扩压室出口处,混合流体的压力高于进入接受室时引射流体的压力。
2蒸汽喷射器设计理论
2.1一维流动与混合过程的理论
蒸汽喷射器的一维设计理论基于流体的流动参数在径向分布的均匀性假设,使用连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程,又对不同的流动与混合过程进行假设,有等压混合、定常面积混合、等动量变化率等理论,进而形成不同的喷射系数计算方法:等压设计法、等面积法、等动量变化率法和气体动力学函数法。 这一系列实际可用的理论模型和计算方法取得了一定的成果, 但一维设计方法有其先天性的问题: 流动速度等参数在流动截面上的径向均匀分布与实际的情况有明显的差别,特别是蒸汽喷射器轴向尺寸的设计中很多都采用了二维的自由射流理论。
2.2二维流动与混合过程的理论
蒸汽喷射器的二维设计方法以自由射流或受限射流理论为基础,用微分法建立流体流动与混合过程的偏微分方程;利用对流动过程各截面速度等流动参数的分布模型将偏微分方程转化为常微分方程;并通过积分以求得蒸汽喷射器内部的实际流动状态。
为了更深入地了解蒸汽喷射器内部的流动和混合过程,出现了使用计算流体力学CFD软件模拟蒸汽喷射器内部过程的新研究方法,为蒸汽喷射器的设计和性能研究带来了新的思路[5,6]。 CFD法基于空间域上连续物理量的场,采用有限体积法对蒸汽喷射器内部进行网格划分,用有限个离散点上的变量值的集合来代替整个流场,并通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组。 对蒸汽喷射器的CFD模拟大多采用QUICK或二阶迎风格式处理差分方程,采用标准k-ε 湍流模型或雷诺应力模型(RANS),算法大多采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLE)方法,边界条件多取压力进口和压力出口, 壁面采用绝热边界。 通过求解代数方程组获得整个场变量的近似值,可以较清晰地展示蒸汽喷射器内的压力分布、蒸汽喷射器结构参数和流体外部参数对蒸汽喷射器的内部流场和其实际运行性能的影响。 CFD方法与传统的理论分析、试验测量相结合,可以指导蒸汽喷射器的结构设计和运行工况的优化,具有适用性强、应用面广等优点,可进行各种数值试验。但是,CFD方法也存在一定的局限性:数值解法属于离散近似的计算方法,会有一定的计算误差。
2.3设计理论比较
蒸汽喷射器的一维设计理论思路清晰,设计方法较为简单,适宜工程应用。 对于流动参数非均匀分布的情况,也可用截面平均参数来简化。 等压混合理论认为在混合过程中, 混合压力为引射流体入口压力, 或者通过求解最大引射系数或最大压比而迭代出的最优混合压力,等压混合理论无法解决结构固定的蒸汽喷射器在变工况下的性能计算。 等截面混合理论认为混合过程在圆柱形混合室内进行, 两股流体在混合室入口截面上的流动参数由其入口滞止状态参数及喷嘴的结构确定。 等动量变化率法无法适应变工况的要求,气体动力学函数法虽然流程较为清晰,但不能应用于流体为实际气体的计算。 蒸汽喷射器二维的设计及CFD模拟的方法理论上可以得到更准确的设计结果,但比较复杂,求解过程中大多需要经验参数, 并且对于较复杂的二维设计还要考虑湍流模型的选择等。
3蒸汽喷射器的节能应用
3.1在供热能级转换中的节能应用
热电厂通常是热电联产企业, 既能满足工业生产需要,又能满足人民生活需要。 一般情况下,工业抽汽对蒸汽品位要求高,生活抽汽要求低,但是在冬季采暖负荷较大, 仅靠采暖抽汽无法满足居民的供暖需求, 很多电厂不得不采用高品位的工业蒸汽直接用于供热网,造成能量的浪费。 此时,若使用蒸汽喷射器代替减温减压器, 回收一部分工业抽汽的节流损失,用于提高采暖抽汽的能量品质,则可提高电厂的热经济性,如图2所示。
3.2在跨临界CO2热泵系统中的节能应用
在CO2热泵系统中, 因CO2的临界压力为7.38MPa,临界温度为31.1℃,低于热泵系统的排气温度,故热泵系统运行为跨临界循环模式。 运行时,高压侧的压力约为10MPa,低压侧为3.5MPa,二者压差较大, 仅使用节流阀会造成不可逆的节流损失。 如图3所示,若使用蒸汽喷射器代替节流阀,回收一部分高压流体的节流损失, 用于提高低压流体的能量品质, 可减少系统内的节流损失, 提高系统的循环性能;此外,使用蒸汽喷射器还能提高压缩机吸气压力,降低压缩机压比,减少压缩机做功,并且降低了蒸发器的压降,增大了蒸发器的换热系数,使蒸发器内的换热流体分布更趋于均匀。
4结语
利用蒸汽喷射器代替传统节流阀,在热电厂供热能级转换和跨临界CO2热泵系统中,能够充分利用高品位的能量,减少节流损失,提高了能源利用率,并优化了用能结构。 因此,蒸汽喷射器能产生巨大的经济效益和环境效益,可推广使用。
参考文献
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喷射器节能降耗 篇2
对一个以氮气为工作气体、在局域热力学平衡下的超声速电弧喷射器内等离子体流场进行了数值模拟.流动模型是耦合了电磁场的扩展N-S方程组.电场由电势方程近似反映,只考虑周向自感应磁场.数值方法中,空间离散格式为中心差分,用标量耗散模型抑制数值波动.用以经典四阶龙格-库塔法为基本迭代格式的时间推进方法求解控制方程组.电势的`迭代计算采用多重网格加速收敛,用隐式残值光滑技术改善收敛速度以及时间推进过程的稳定性.计算取得初步的成功:电弧已经出现并可观察到电弧喷射器内的离解和电离状况以及化学不平衡、粘性等效应对流动过程的影响.
作 者：廖宏图 吴铭岚 汪南豪 Liao Hongtu Wu Minglan Wang Nanhao 作者单位：廖宏图,吴铭岚,Liao Hongtu,Wu Minglan(上海交通大学动力与能源工程学院,上海,30)
汪南豪,Wang Nanhao(上海动力机械研究所,上海,20)
喷射器节能降耗 篇3
关键词：真空提高 蒸汽喷射 节能降耗
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0078-02
1 概述
华电包头公司#1机组原凝汽器真空系统高、低背压凝汽器直接由管道连通，由3台水环真空泵（二用一备）保持真空。由于包头所处地理位置大气压较低，当夏季到来，开式水温度升高时，凝汽器系统真空偏低，汽轮机效率降低，发电煤耗增大。
为提高凝汽器真空从而提高汽轮机运行效率，包头公司于2014年采用蒸汽喷射技术对#1机组真空系统进行技术改造。
系统改造后，有效提高了凝汽器真空，从而提高了汽轮机运行效率，达到降低煤耗的目的，同时解决真空泵夏季高温因汽蚀生产的噪音大和叶轮裂纹甚至断裂等安全问题，并且真空泵运行方式由原来的两用一备变成一用两备，可以降低真空泵的运行成本，达到减少厂用电的节能效果。
2 改造方案
本次改造是从除氧器中取出一路汽源作为整套系统的工作汽源，通过调门控制稳压罐中蒸汽压力在一定范围后，将蒸汽送入喷射器；分别有抽汽管路将高、低背压凝汽器与蒸汽喷射器相连，并且在高、低背压凝汽器的两条连通管路上分别新增了一道隔离门；喷射器出口与冷凝器相连，疏水排至凝汽器集水器气相空间，余汽由原系统中的水环真空泵抽排。
改造系统原理图见图1。
系统改造后，正常运行时，需打开抽真空管线气动蝶阀111、311、132，关闭高低压侧联通用气动蝶阀101、102和真空泵吸气母管气动蝶阀313，此时凝汽器真空系统由新系统控制，真空建立稳定后只需保留一台真空泵运行。
为保证系统运行可靠性，在整套系统中设置手动切除按钮及保护切除功能，当蒸汽喷射系统异常时，可手动或依靠保护动作切除系统，打开高低压侧联通用气动蝶阀101、102和真空泵吸气母管气动蝶阀313，关闭抽真空管线气动蝶阀111、311、132，联锁启动备用真空泵，恢复改造前运行方式。
3 改造效果
调试期间对蒸汽喷射器系统进行了切除，就切除后与投入时真空情况进行对比，试验前后真空泵冷却水始终为10℃，试验要求为30℃，电厂考虑安全因素，未升高冷却水温度，实验数据见表1。
通过表1数据看出，在蒸汽喷射装置切除时，高压真空为-86.33 kPa，低压真空为-86.86 kPa，真空逐渐下降，到20 ，min左右真空达到稳定值，此时高压侧为-86.07 kPa，低压侧为-86.55 kPa；由此可以看出在投入与切除蒸汽喷射装置前后，高压侧降低0.34 kPa，低压侧降低0.31 kPa，平均影响为0.325 kPa。
4 调试常见问题
单体调试。因系统调试必须在机组启动后进行，因尽量在机组启动前完成所有阀门的静态调试及上位机相关保护逻辑；若必须在机组运行时进行单体调试，应保持两套系统并列运行，逐个进行调试。
保护定值整定。当凝汽器背压高于限值、除氧器压力低于限值、喷射器供汽压力低于限值时系统必须退出运行，因此在调试中需要根据系统实际情况与设备说明书，对以上3个参数的保护定值进行在线整定。
真空泵逻辑修改。考虑新系统切除后，真空系统运行方式与改造前相同，故尽量保持原有逻辑不变；新系统运行时，通过运行人员调整设备运行方式使得3台真空泵中1台运行、1台备用、1台切除，只在原真空泵联启逻辑中新增蒸汽喷射系统切除条件。
5 改造后设备运行情况
系统改造后，不但有效提高了凝汽器真空度，而且减少了一台真空泵的使用，使得本来准备在夏季应急使用的此套设备在全年都有比较强大的适用能力。
从运行人员操作量来看，此系统在正常运行时除压力调节阀自动调节外，其他阀门均无需动作，没有增加运行人员劳动强度，目前该套系统在我厂#1机组使用情况良好。
6 结语
蒸汽喷射技术是一种设备结构简单、性能稳定可靠的真空获得技术，广泛应用于石油、化工、油脂、制药、冶金、轻工、纺织、食品、制糖、制盐等行业，但在火力发电企业中使用较少，此次改造成功，为解决开式水温度高，凝汽器真空偏低提供了一个新的解决方案。在节能降耗与空冷岛技术逐步推广的背景下，蒸汽喷射技术在火力发电企业中的应用前景将更为广阔。
参考文献
[1]阳俊.蒸汽喷射制冷系统数值模拟与分析[D].大连：大连交通大学，2012.
[2]宋力钊.喷射器对水蒸汽喷射制冷系统性能的影响分析[D].天津：天津商业大学，2013.
喷射器节能降耗 篇4
当今,能源和环境保护已成为一个世界性问题,如何合理有效地利用能源及保护环境,是当今世界各国所共同关心的焦点之一。冷藏运输技术无论在陆地上还是船舶上都得到越来越广泛的应用。船舶冷库、大型冷藏运输车大多采用单机多库制冷系统,即两个以上不同温度的冷库,共用一台制冷压缩装置。一般船上高温伙食冷库的设定温度为5℃左右,低温冷库的设定温度在-15℃左右,因此,为了保证高温冷库在5℃的范围内,往往在高温库的回气管上安装有蒸发压力调节阀,亦称背压阀,以保证高温冷库的蒸发温度,若不装背压阀,高温冷库的库温要降低,不仅制冷系数要降低,影响制冷装置运行的经济性,而且会使高温库中保鲜食品如蔬菜冻坏,货物干耗增加。但高温冷库出来的制冷剂经蒸发压力调节阀降压后,变成与低温冷库蒸发器出来的制冷剂压力基本相等,必然伴随着能量的损耗,若能充分利用此能量,必然实现节能,故此,对这种冷库系统进行改装,自制了一套压缩—喷射式制冷实验装置,即在高温冷库回气管路上设置一个喷射器(由设计工况设计)代替背压阀,高温冷库出来的气态制冷剂,作为工作流体,而低温冷库蒸发器出来的气态制冷剂作为被引射流体,形成一个新的压缩—喷射制冷循环,提高了整个装置的制冷量,减少了压缩机的功率,提高了装置的效率,达到节能的目的[1]。
2 高、低温冷库新、旧循环系统的工作原理
2.1 原冷库系统工作原理
压缩机将制冷剂蒸气压缩成一定温度、一定压力的气体,然后经冷凝器将气态冷剂冷却成液体,随后又分成两路分别经热力膨胀节流阀(也称节流阀)输送给高、低温冷库,液态冷剂在冷库中蒸发成气态,吸取冷库中的热量,从而达到制冷的效果。高温冷库蒸发器的气态冷剂经蒸发压力调节阀后,变成与低温冷库蒸发器出来的冷剂压力基本相等,混合经回气管至压缩机,完成一个工作循环,接着周而复始进行。
蒸发压力调节阀也称背压阀,用以调节高温冷库蒸发器内的蒸发压力,维持所需蒸发压力的稳定。由于制冷剂蒸发温度必须低于被制冷对象所需温度之下以籍温差存在而吸热,所以蒸发温度是由需要制冷对象的温度要求而定的。一般比冷库温度低5℃~10℃,所以高温冷库蒸发器的气态冷库有较低温冷库蒸发器的气态冷剂高的压力。但是,高温冷库出来的制冷剂蒸气经蒸发压力调节阀降压后必然伴随能量的损耗,若能充分利用此能量,必然带来经济效益,达到节能效果,故此设想以喷射器代替蒸发压力调节阀的新的循环系统。
2.2 新制冷循环系统的引出
目前蒸汽喷射制冷机广泛使用的是以水作为制冷剂,实际上可以应用其它制冷剂,如氨、R22、R134a。使用它们还具有一些其它的特点,例如用R12作为蒸汽喷射制冷时,在较高的压力下,如12.4bar(绝对),相应的饱和温度较低(仅+50℃),这样便可利用废汽或热水作为加热介质来对R12加热,从而得到较高压力的R12的蒸汽。另外,R12的冷凝压力大于大气压力,就不需再加抽真空的装置。此外,如果采用多级压缩,工作能力很差,如活塞式压缩机作为高压级,以相同制冷机蒸汽的喷射制冷装置为低压级,便可实现制冷。而采用压缩机、喷射器的制冷循环[2,3,4,5]大多在冰箱制冷中有相关类似的研究,故本文在船舶多温冷库制冷系统中也来探讨该课题。
1.压缩机2.冷凝器3.热力膨胀阀4.高温冷库5.蒸发器压力调节阀6.低温冷库7.单向阀
2.3 新冷库系统的工作原理
如图2所示,跟原冷库系统相同,压缩机同样是整个系统的核心,将回气管来的制冷剂蒸气压缩成一定温度、一定压力的气体,然后经冷凝器将气态冷剂冷却成液体,随后又分成两路分别经热力膨胀节流阀输送给高低温冷库,液态冷剂在冷库中蒸发成气态,吸取其中的热量,从而达到制冷的效果。高温冷库蒸发器出来的高压气态冷剂作为喷射器的工作流体,而低温冷库蒸发器出来的低压气态冷剂作为喷射器的被引射流体。两者经喷射器5作用后,出来的气体压力必然会处于两端口压力之间,也就是说低于高温冷库回气管蒸汽压力,高于低温冷库回气管压力,比原系统的回气压力提高了。故压缩机增压比减小,排气温度降低,单位容积制冷量上升,达到节能的目的,提高了经济效益。
1.压缩机2.冷凝器3.热力膨胀阀4.高温冷库5.喷射器6.低温冷库7.单向阀
3 压缩———喷射制冷循环与原压缩制冷循环试验比较
为了对比新冷库系统与原冷库系统,将压缩———喷射制冷循环与原压缩制冷循环进行试验比较,现将某一工况下测得的数据列表如下。
从表1中可以看出在新的制冷循环运行情况下,其单位容积制冷量比原循环提高了,制冷系数提高了,理论比功下降了,同时压缩机的排气温度也降低了,改善了压缩机的工作条件,提高了装置的效率,达到了节能的效果。
4 原制冷系统及新制冷系统理论循环的p-h图
在制冷循环的压焓图中,可以清楚地看到原、新制冷循环的过程。
1)原制冷循环:1-2-3-4-(5-6-9和7-8)-1
点1为制冷剂进入压缩机的状态,也就是高温冷库蒸发器经蒸发压力调节阀出来的冷剂和低温冷库的冷剂出蒸发器在回气管中混合的终态。
点2为制冷剂出压缩机的状态,1-2是绝热压缩过程;2-3是冷却过程;3-4是冷凝过程。
点4为制冷剂出冷凝器的状态,也是入节流阀的状态;点5、7分别为高、低温冷库出节流阀的状态;4-5与4-7为等焓降压过程。
点6、8分别为高、低温冷库出蒸发器的状态。5-6为高温冷库蒸发吸热过程;6-9为高温冷库出来的冷剂经蒸发压力调节阀的等焓过程;7-8为低温冷库蒸发吸热过程。
2)新制冷循环:1′-2′-3-4-(5-6-10和7-8)-9′-1′。
6-10为高温冷库蒸发器出来的制冷剂经喷射器的绝热喷射过程。
9′是高温制冷剂和低温制冷剂的混合过程后的终态点,9′-1′是经喷射器中扩压器的扩压过程,最后压力升高到1′,1′-2′为绝热压缩过程。
5 原、新制冷循环部分性能参数分析比较
5.1 原制冷循环
(1)单位质量制冷量
式(1)中:h5为高温冷库蒸发器进口制冷剂的焓,kJ/kg;h6为高温冷库蒸发器出口制冷剂的焓,kJ/kg;h7为低温冷库蒸发器进口制冷剂的焓,kJ/kg;h8为低温冷库蒸发器出口制冷剂的焓,kJ/kg。
(2)单位容积制冷量
式(2)中:v1为压缩机进口制冷剂的比容,m3/kg。
(3)制冷剂质量流量
式(3)中:Q0为循环的制冷量,kW;
(4)理论比功
式(4)中:h1为压缩机进口制冷剂的焓,kJ/kg;
h2为压缩机出口制冷剂的焓,kJ/kg。
(5)压缩机消耗的理论功率N0
(6)制冷系数
(7)冷凝器单位热负荷
式(7)中:h4为冷凝器出口制冷剂的焓,kJ/kg。
(8)冷凝器热负荷
5.2 新制冷循环
(1)单位质量制冷量
(2)单位容积制冷量
式(10)中:V1'为压缩机进口制冷剂的比容,m3/kg;
(3)制冷剂质量流量
(4)理论比功
式(12)中:h1'为压缩机进口制冷剂的焓,kJ/kg;
h2'为压缩机出口制冷剂的焓,kJ/kg。
(5)压缩机消耗的理论功率
(6)制冷系数
(7)冷凝器单位热负荷
(8)冷凝器热负荷
综上所述,假设两种循环时两库的总热负荷相同,则新制冷循环比原制冷循环性能有很大程度的改善。例如单位容积制冷量上升,理论比功下降,压缩机消耗的理论功率下降,制冷系数上升,冷凝器单位热负荷下降,冷凝器热负荷下降等等。所以把这项技术综合应用于船舶冷库系统中,可以有效地降低系统运行的能耗,达到节能的目的,取得良好的经济效益和社会效益。
6 结论
本文研究了喷射器在多温冷库中的节能,通过翻阅大量文献,对压缩———喷射制冷循环与原压缩制冷循环进行试验数据比较,以及对原、新制冷循环部分性能参数分析,可以看出回气压力得到提高,压缩机排气温度降低了,单位容积制冷量上升,制冷系数提高等,这些参数及数据对比充分验证了使用喷射器后的新系统较原系统性能有了很大的改善。所以把这项技术综合应用于多温冷库系统中,可以有效地降低系统运行的能耗,达到节能的目的,并取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献
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水蒸气喷射泵优化设计 篇5
水蒸气喷射泵优化设计
以工作蒸汽耗量最小为优化目标,基于喷射泵理论,确定了目标函数方程,建立了水蒸气喷射泵的计算模型,开发了喷射泵优化设计软件,结合实例进行计算,并与采用常规设计的喷射泵进行了比较.比对计算结果表明,采用喷射泵的优化设计可以节约18%的工作蒸汽.
作 者：王宏伟 余金宝 曲建俊 Wang Hongwei Yu Jinbao Qu Jianjun 作者单位：王宏伟,余金宝,Wang Hongwei,Yu Jinbao(北京航天动力研究所,北京,100076)曲建俊,Qu Jianjun(哈尔滨工业大学,哈尔滨,150001)
刊 名：导弹与航天运载技术 ISTIC PKU英文刊名：MISSILES AND SPACE VEHICLES 年，卷(期)： “”(1) 分类号：V43 关键词：水蒸气喷射泵 喷射系数 优化设计环保节能的引射式喷射节水技术 篇6
由重庆市龙九科技发展有限公司研发的引射式喷射节水器于2007年通过重庆市科委项目结题, 并获得国家科技部2007年度科技发展奖励基金90万元。该产品被重庆市科委、重庆市经委、重庆市建委推荐为节水产品。
产品特点无能耗、无污染、无运动部件、维修简便、节水效率稳定, 性价比优良 (1:10即一次投入, 十倍回报) 。
该技术产品目前处于国内外领先水平。该产品已获得国家专利三项, 取得了重庆市流量检测技术研究所检测认证、重庆市压力测量所认证、重庆市产品质量监督检验所质报告、核定通过了ISO14001质量认证体系、重庆市经委、建委等部门相关认证, 通过了重庆市科委计划项目综合鉴定, 获得国家科技部2007年度“科技型中小企业技术创新基金项目”。
适用范围该产品首先是针对国内外在蹲便器节水方面的空白而研发的, 主要满足蹲便器冲洗用水的节约功能, 亦可为淋浴器和水龙头等配置使用。
国家关于蹲便器冲洗用水的限量标准为6L, 目前国内的相关冲洗器具均根据该标准设计生产, 国外的冲洗用水标准大多数高于我国 (如美国为12L) 。这种引射式喷射器可以配置在任何蹲便器冲洗阀门后端的冲洗管内, 再经过对蹲便器水道进行封闭改造后, 只用3L水就可满足对700g (国家冲洗标准) 污秽物的冲洗。
根据《国家城市居民用水标准》有关数据, 卫生洁具用水占居民生活用水的32%, 淋浴用水占29%, 两项相加为61%, 普及使用后可节约30%的居民生活用水。
该技术产品适用于用水量比较集中的单位为学校、医院、环卫、宾馆、厂矿企业、洗浴场所和节能型小区等。
专利状况前三年, 本产品在近百个单位安装使用, 销售数量近2万具。经过三年来的实践和不断改进, 本产品的技术品质不断提升并基本完善, 已经能够与各型水管、阀门和蹲便器配接并实现相应节水和冲洗指标。
近两年, 在完善产品各项技术性能的同时, 我公司陆续同北京、天津、成都等中心城市和部分二级城市相关政府部门达成合作意向, 例如北京市节能办和天津市节水办。
北京市节能减排办公室和北京市教委已于今年5月组织清华大学等26所高校, 安装了测试点, 通过半年的测试验证了产品的性能, 11月已安排在清华等5所高校安排了批量小试 (每校安装一栋楼) , 小试结束后将以财政补贴形式在北京高校普及推广。
天津市节水办负责全市节水器具的淘汰和选择, 已通知我公司填报了相关表格, 拟明年报天津市政府批准, 通过审批后即可进入该市政府采购清单, 成为该市蹲便器指定节水器具。
成都市教委和市政系统已在成都科技大、青羊区环卫公厕等进行批量试点, 明年应有批量运用。
根据以上推广情况, 本产品将在明年由导入期转入上升期, 预计明年推广数量可达20万具至50万具。此后, 三至五年内可达1000万具以上, 市场销售额可达10亿元, 实现利税可达1.7亿元。
该产品在全国普及后, 可以为6亿城镇居民和3亿农民 (截至2008年底, 中国城镇人口已经超过6亿人, 占人口比重的45.68%, 加上近40%的农村也普及了自来水, 全国自来水使用人口已约9亿) 每人节约12吨/年自来水, 全国年均可节约108亿吨自来水, 节约自来水资费300亿/年以上, 同时亦可减少污水排放100亿吨/年以上。普遍采用引射式喷射节水技术, 还将产生巨大的环保节能效果。生产一吨自来水需耗电1度, 节约108亿吨自来水就能够节约108亿度电, 相当于节约电煤345.6万吨 (每度电标准煤耗320g) , 也就是57600个车皮的电煤, 约计节约煤资2亿多元, 同时减少二氧化碳排放约864万吨。
喷射器节能降耗 篇7
关键词：水喷射真空泵,冷却盘管,技术改造
1 水喷射真空泵结构及工作原理
水喷射真空泵广泛应用于化工制药、纺织、食品、冶金、环保等行业的真空吸收、真空结晶、真空浓缩等工艺。我公司是一家生产医药中间体的化工企业, 现拥有水喷射真空泵共18台, 其结构示意图见图1。
1.上回阀2.缓冲罐3.耐腐离心泵4.卸压阀5.真空表6.进气阀7.溢流排污口8.水箱9.水喷射真空泵10.过滤网11.补水口
其工作原理:由补水口11向水箱8进工业自来水, 水满后经溢流排污口7流入污水处理池→开启耐腐蚀泵3→泵出水经过水喷射真空泵9形成负压抽力→真空系统气体经进气阀6、进入缓冲罐2、止回阀1随喷射水流进入水箱上部空间→工艺气体进入尾气吸收系统。
必要时, 水喷射真空泵还可以与其它形式的真空泵 (如:罗茨泵、蒸汽喷泵) 串联使用。因此它既可以单独使用, 在任意入口压强下工作, 如真空包装、真空吸引, 也可以作为罗茨泵机组的前级泵。在制药行业中, 水喷射真空泵特别适用于抽除含有大量水蒸汽和带有一定腐蚀性和可凝性气体的工艺过程, 如真空蒸馏、蒸发、脱水、结晶、干燥等工艺过程。
水喷射真空泵各部件材质均采用耐腐蚀的增强聚丙烯, 该泵具有耐蚀、无毒、结构合理、安装方便、运行可靠等特点, 因此被化工行业广泛采用。
2 原水喷射真空泵存在的问题
1) 水消耗量太大。泵运行时水箱内水温持续上升, 须向水箱连续补充自来水加以冷却, 因此运行成本高。
水喷射真空泵运行过程中产生的热量及真空系统中工艺气体带入的热量, 会使水箱内循环水温不断升高, 实验结果表明:水箱注满水后如不再补给自来水, 当真空泵运行1 h, 水温会由室温34℃升至40℃。当水温升至45℃时, 真空机组的后级、中级罗茨泵会因负荷过载而停机, 见图2。
由此可见, 要使真空泵机组正常运行, 须控制箱内水温≤40℃。不断补水是降低箱内水温的原始办法。尤其是夏季气温较高 (T气温≥36℃) , 所需补水量更大, 据现场测算:补水口管径25 mm, 水压0.25MPa, 水的流速为2 m/s, 补水量为Q= (0.025/2) 2×3.14×2×3 600×1=3.53 t/h。
目前我公司有18台水喷射泵在线运行, 其工作时间平均按300 d/a、20 h/d计, 则18台泵每年消耗工业自来水为38万1 240 t。工业自来水价格按2.75元/t计, 则水消耗费用为104.84万元/a。
2) 污水处理费用高。真空系统气体中含有大量腐蚀性及可凝性有机气体, 当其溶入补充水中后被排放, 会产生大量的工业污水 (18台泵每年产生38万多t污水) , 且水质污染十分严重。据现场抽样检测结果表明, 其水质的化学耗氧量 (COD值) 为15~18 g/L, 大大超出本地区工业污水达标排放标准 (COD值≤500 mg/L) 。
根据有关资料测算, COD值为 (15~18 g/L的污水, 经中和、生化等处理, COD值降至≤500 mg/L以下达标排放时, 每吨污水的处理成本约为8~10元/t, 则污水处理费用为343.116万元/a。
3 技术改造措施
3.1 结构改进方案
18台水喷射真空泵每年耗水费用为104.84万元/a, 处理污水费用为343.116万元/a, 累计高达448万元。这对企业是一笔沉重的成本负担, 同时也浪费宝贵的水资源。
为此, 我们采取以下技术改造措施:水箱8内安装冷却盘管12, 材质为聚丙烯+石墨复合管材, 它具有良好的耐腐蚀和热传导性能。管内通入工业循环水, 通过盘管内、外的传热交换, 使箱内水温控制在40℃以下。冷却盘管的规格为准25×2, 其传热面积为5 m2。技改后的结构图如图3。
1.上回阀2.缓冲罐3.耐腐离心泵4.卸压阀5.真空表6.进气阀7.视镜8.溢流排污口9.水箱10.水喷射真空泵11.盘管支架12.冷却盘管13.补水口14.过滤网
3.2 节水降耗
水箱内安装冷却盘管后, 盘管内冷却水可以循环使用, 工业循环水由公用工程循环装置供给, 水的消耗忽略不计, 而工业循环水的用量为2.5 t/h, 则18台泵每年使用工业循环水量为27万t。
公用工程循环水装置运行成本按0.15元/t计算, 则年运行成本为4.05万元。
3.3 污水减排, 节约治理成本
冷却盘管内工业循环水将水箱内的热量带出, 但箱内循环使用的污水仍需24 h排放1次, 每次排放量为1 m3。实测污水COD值为29 g/L左右。
技改后工业污水年排放量300 t/a。对COD值为29 g/L的污水, 其达标排放的处理费用按30元/t计, 则技改后年污水处理费用为9 000元。
4 验算与评估
4.1 水喷射泵水箱内冷却盘管所需换热面积验算
真空泵将真空系统气体的热量带入水箱, 箱内水温不断升高, 当水温≥45℃时, 真空机组无法正常运行。设置冷却盘管是控制箱内水温的关键技术, 而冷却盘管换热面积的大小, 可通过对水箱系统进行热量平衡计算及传热基本方程式推导验证。
1) 热量平衡计算。
已知:盘管规格为准25×2, 盘管材质为“聚丙烯 (PP) +石墨复合管”, 盘管的传热面积A暂定为5 m2, 热量平衡示意图如图4。
根据实际测量数据 (见图2) , 箱内开始水温T1=34℃, 1 h后升至T2=40℃, 为使真空机组正常运行, 水箱温度应控制在40℃以下。
热量衡算方程式为Q1=Q2, Q2=qmcPΔt。
式中:Q1为真空系统气体带入的热量, k J;Q2为冷却盘管吸收的热量, k J;cP为水的比热容, k J/kg·K;qm为水量, kg/h;Δt为水温变化量, ℃。
水箱内平均水温Tm= (T1+T2) /2= (34+40) /2=37℃, 在平均温度Tm时水的比热容为cP=4.174 k J/ (kg·K) , 水量qm=ρV=ρ (V1-V2) =1 525 kg/h, 吸热Q2=qmcPΔt=38 192.1 k J, 即冷却盘管需吸收 (带走) 38192.1 k J的热量, 可使箱内水温低于40℃。
传热基本方程式为Q=KAΔtm, 计算冷却盘管传热面积A=5m2时能带走的热量Q。
据现场实测, 工业循环水的进水温度t1=31℃, 回水温度升高到t2=36℃;盘管内水流速为2 m/s。则传质推动力Δtm:
2) 传热系数K的计算。
管子规格为准25×2.0, 管子导热系数为λ=15 W/ (m·K) 。在定性温度33℃时, 水的比热cP=4.174 k J/ (kg·K) , 黏度μ=0.801×10-3Pa·s, 密度ρ=995.7 kg/m3, 则有管内冷却水的给热系数为:
水箱水对盘管的给热系数根据经验取为α1=2 500 W/ (m2·K) , 忽略污垢热阻, 则有总传热系数为:
所以A=5m2的冷却盘管可带走热量为:
比较Q2=38 192.1k J、Q=55 772.8 k J, 有:Q2
因此, 我们拟定冷却盘管的换热面积为5 m2偏大, 实际换热面积为:
然而, 水喷射真空机组的用途十分广泛, 工况条件也不尽相同, 综合考虑影响热量衡算及传热过程的多种因素, 水箱内设置传热面积A=5m2的冷却盘管是必要、合理、可行的。
4.2 技改成果评估
水喷射真空泵设置冷却盘管的技术改造, 其项目投资仅为4000元/台。现将18台水喷射真空泵在技改前、后的运行经济技术指标列表, 如表1所示。18台泵技改前年运行成本为723.33万元, 技改后年运行成本4.95万元, 由于进行技术改造, 18台水喷射真空泵每年可节省运行成本718.38万元。
这个项目的实施, 不但大幅度降低了企业设备运行的耗水成本, 而且减少了工业污水排放量。既节约宝贵的水资源, 也对保护人类赖以生存的环境作出了积极的贡献, 将现有在用水喷射真空泵水箱增设冷却盘管并加以技术改造, 而采购新泵时以此作为技术要件和供货验收依据, 其利国利民, 意义深远, 极具推广价值。
参考文献