摘　要：對蒸汽噴射泵基本系統、優化系統的流程進行探討，分析了蒸汽噴射泵優化系統的優勢。

關鍵詞：蒸汽噴射泵  凝結水  閃蒸汽  防汽蝕  余熱利用

Optimization Design of Steam Jet Pump System

Abstract：The technological processes of basic system and optimization system for steam jet pump are discussed．The advantages of optimization system of steam jet pump are analyzed．

Key words：steam jet pump；condensate；flash steam；cavitation prevention；residual heat utilization

1　概述

蒸汽作為一種能源形式，大量應用于電力、紡織、印染、化工、冶金、造紙等工業、商業和居民生活領域。目前，全國在用工業蒸汽鍋爐約52×10⁴臺，總裝機容量約l25×10⁴MW^[1]，但目前我國蒸汽系統的熱能利用率僅為國際先進水平的50％。我國蒸汽系統熱能利用效率比較低的主要原因為：蒸汽管網中疏水閥的蒸汽泄漏比較嚴熏，年漏汽總量達2.8×10⁸t，約合4200×10⁴t標準煤^[2]。大量凝結水未回收利用，約70％的凝結水未被回收而直接排放。大量閃蒸汽未回收利用，據統計，凝結水收集器基金項目：國家自然科學基金面上項目(51178482)放空管排放的閃蒸汽熱量約占蒸汽總熱量的20％～30％^[3]。

蒸汽噴射泵是射流技術在傳熱領域的應用，該技術從20世紀80年代引入我國，近年來開始應用于工程。蒸汽噴射泵結構簡單，造價低，運行可靠，能合理匹配蒸汽的壓力等級，回收低品位蒸汽，提高蒸汽的利用效率，是節能的重要途徑^[4-6]。本文對蒸汽噴射泵系統的優化設計進行探討。

2　蒸汽噴射泵的工作原緩

蒸汽噴射泵主要由噴嘴、吸入段、混合段、擴壓段等部分組成，結構見圖1。蒸汽噴射泵是利用拉伐爾噴管原理，利用較高壓力的蒸汽高速流經噴嘴產生絕熱膨脹，在噴嘴出口處將形成超聲速，出口周圍的壓力降低，在吸入段形成負壓，抽引閃蒸汽。高壓蒸汽與閃蒸汽在混合段充分混合均勻后，經擴壓段喉管達到一定壓力，流速接近聲速，然后進入擴壓段。在擴壓段出口處得到要求壓力等級的工作蒸汽^[7]。

3　蒸汽噴射泵系統的優化設計

3.1　蒸汽噴射泵基本系統

蒸汽噴射泵基本系統流程見圖2。用汽設備出口高溫凝結水經過疏水閥，進入閃蒸罐內進行閃蒸，閃蒸汽被抽引到蒸汽噴射泵內與高壓蒸汽混合，產生用汽設備所需壓力等級的工作蒸汽。在閃蒸罐內沒有汽化的凝結水由閃蒸罐下部排出，被送回鍋爐房軟水箱，由于溫度較高，需配備防汽蝕泵。閃蒸罐配有液位計，當閃蒸罐內的凝結水位高于設定液位時，控制箱將啟動防汽蝕泵。

由于未配備自動控制裝置，當用汽設備負荷改變時，無法通過測量蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的變化，自動調節進入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩定。當用汽設備負荷改變時，需要手動調節降低高壓蒸汽的流量，以穩定工作蒸汽壓力。受閃蒸汽壓力影響，對于用汽壓力較高的用汽設備，往往需要將高壓蒸汽減壓后與蒸汽噴射泵出口工作蒸汽進行混合，從而滿足用汽壓力要求。

蒸汽噴射泵基本系統的凝結水排水溫度仍比較高，存在汽化危險，必須采用價格較高的防汽蝕泵。對于用汽壓力較高的用汽設備，需要將高壓蒸汽減壓后作為補充，造成了高品位蒸汽浪費，余熱利用效果不理想。

3.2　蒸汽噴射泵優化系統

蒸汽噴射泵優化系統流程見圖3。優化系統由一級蒸汽噴射泵、二級蒸汽噴射泵、節流孔板、閃蒸罐、換熱水箱、液位控制器、凝結水泵等組成。

一二級蒸汽噴射泵分別為用汽設備1、2制備壓力為P3、P4的工作蒸汽，用汽設備出口的高溫凝結水經節流孔板后分別進入閃蒸罐，在閃蒸罐內汽化生成閃蒸汽，未汽化的凝結水降溫。閃蒸汽的壓力為P2，被一級蒸汽噴射泵抽引，與高壓蒸汽混合后形成壓力為P3的工作蒸汽，一部分進入用汽設備l，一部分被二級蒸汽噴射泵抽引，提升為壓力為P4的工作蒸汽，進入用汽設備2。優化系統采用第二級蒸汽噴射泵提供較高壓力蒸汽，與基本系統比較，避免了高品位蒸汽的浪費。閃蒸罐內溫度較低的凝結水進入換熱水箱內進行再次降溫，由于換熱后凝結水溫度較低，因此凝結水泵不必選用防汽蝕泵。

在自動控制方面，當用汽設備負荷變動時，控制器根據各級蒸汽噴射泵出口的壓力信號，調節進入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，以保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩定。為保證閃蒸罐內凝結水及時排出和生活熱水供應，控制箱根據液位傳感器、溫度傳感器的反饋信號控制進入換熱水箱的凝結水流量。當閃蒸罐排出的凝結水量不足時，控制箱打開相應的電動調節閥，不經過閃蒸罐直接將高溫凝結水引至換熱水箱。

4　優化系統的優勢

4.1　改進措施

優化系統與基本系統比較，采取了以下改進措施：增加了二級蒸汽噴射泵，滿足不同壓力等級用汽設備的需求。利用凝結水余熱加熱生活熱水。采用節流孔板代替疏水閥。完善了自動控制系統，可適應用汽設備變負荷工況需求。

4.2　優化系統的優勢

由于采用兩級蒸汽噴射泵，可以滿足不同壓力等級用汽設備的需求，提高了系統的適用性。

對凝結水進行了熱量再次回收，通過換熱水箱加熱生活用水，實現了凝結水梯級利用，提高熱能的綜合利用率^[8]。可對不同用汽壓力的用汽設備的凝結水進行回收，提高了系統兼容性^[9]。

采用節流孔板替代疏水閥，既可以保證用氣設備內的蒸汽壓力，又可以將用汽設備內的凝結水迅速排出。由于節流孔板沒有機械執行機構，只要根據現有的穩定的工況條件設定好孔板的開孔尺寸，即可獲得穩定的運行性能，有效降低了故障率。

當用氣設備負荷改變時，控制器可根據蒸汽噴射泵出口的蒸汽壓力，自動調節進入蒸汽噴射泵的高壓蒸汽流量，從而保持蒸汽噴射泵出口蒸汽壓力的穩定。

自動控制功能更加完善，綜合考慮了生活熱水供應與閃蒸汽回收的協調控制，在保證用汽設備的蒸汽供應和生活熱水供應的同時，最大限度地對閃蒸汽及凝結水余熱進行回收利用。

參考文獻：

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本文作者：馮志明  肖益民

作者單位：重慶大學城市建設與環境工程學院