新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

曹玉軻

【摘? 要】論文所述的新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)是通過(guò)噴射泵將高溫、高壓蒸汽消耗熱能后形成的高溫凝結(jié)水中的散發(fā)蒸汽進(jìn)行抽吸和回收的集成系統(tǒng)，高性能氣動(dòng)型蒸汽噴射泵和可編程序邏輯控制系統(tǒng)（PLC）的應(yīng)用保障了蒸汽壓力的控制精度、穩(wěn)定性和靈活的操控性。

【Abstract】The new jet pump pumping and condensate recovery system described in this paper is an integrated system that pumps and recovers the steam emitted from the high-temperature condensate formed by high-temperature and high-pressure steam after consuming heat energy by jet pump. The application of high-performance pneumatic steam jet pump and programmable logic control system（PLC） ensures the control accuracy， stability and flexible control of steam pressure.

【關(guān)鍵詞】高效節(jié)能;噴射泵;凝結(jié)水;優(yōu)化創(chuàng)新

【Keywords】high efficiency and energy saving; jet pump; condensate; optimization and innovation

【中圖分類(lèi)號(hào)】TB752? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）04-0180-02

1 引言

能源、環(huán)境是人類(lèi)生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，能源和環(huán)境的可持續(xù)是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必要條件;在目前能源緊張、環(huán)境堪憂(yōu)的條件下，各個(gè)國(guó)家把節(jié)能和環(huán)保作為勢(shì)在必行的研究方向。如果把冷凝水作為蒸汽鍋爐的補(bǔ)給水或者把凝結(jié)水進(jìn)行二次閃蒸所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行再利用，不僅能節(jié)約工業(yè)用水及水處理的成本，在鍋爐產(chǎn)出同樣數(shù)量的蒸汽時(shí)，利用回收后的凝結(jié)水還可以節(jié)約20%～30%能源消耗。論文設(shè)計(jì)研發(fā)的新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)，明顯地提高了凝結(jié)水的利用效率，有效地解決了凝結(jié)水回收系統(tǒng)中凝結(jié)水中的閃蒸汽外溢和輸送過(guò)程中水錘沖擊管道和水泵氣蝕等影響設(shè)備運(yùn)行以及安全生產(chǎn)的難題。因此，倡導(dǎo)新型節(jié)能環(huán)保設(shè)備開(kāi)發(fā)對(duì)節(jié)約現(xiàn)有能源消耗量、降低公司運(yùn)行成本、增加企業(yè)和社會(huì)效益具有十分重要的意義。

2 新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)及定義

2.1 噴射泵

噴射泵是利用文丘里原理，高溫、高壓蒸汽（引射蒸汽）高速通過(guò)噴射噴嘴時(shí)，在噴嘴附近形成一個(gè)“真空區(qū)”把閃蒸罐中的高溫凝結(jié)水進(jìn)行二次閃蒸后的散發(fā)蒸汽抽吸到擴(kuò)散腔內(nèi)和高溫、高壓蒸汽（引射蒸汽）經(jīng)過(guò)充分混合后形成生產(chǎn)工藝所需要的壓力穩(wěn)定的低溫、低壓飽和蒸汽（混合蒸汽）。

2.2 凝結(jié)水回收

在工業(yè)生產(chǎn)中，蒸汽為生產(chǎn)工藝中的加熱設(shè)備提供熱能，而蒸汽通過(guò)換熱器釋放熱能后就會(huì)產(chǎn)生高溫凝結(jié)水，高溫凝結(jié)水經(jīng)過(guò)疏水閥排出后通過(guò)相連的管道收集到閃蒸罐內(nèi);在閃蒸罐內(nèi)進(jìn)行二次閃蒸，高溫凝結(jié)水中散發(fā)蒸汽通過(guò)噴射泵的抽吸后變成低溫、低壓的凝結(jié)水，利用水泵將低溫、低壓的凝結(jié)水輸送至蒸汽鍋爐作為補(bǔ)給水或者其他需要使用熱水的設(shè)備。

3 噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)介

噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)是利用噴射泵的抽吸原理，在高溫、高壓蒸汽（引射蒸汽）高速通過(guò)噴射泵時(shí)把閃蒸罐內(nèi)回收回來(lái)的高溫、高壓凝結(jié)水進(jìn)行二次閃蒸產(chǎn)生的散發(fā)蒸汽抽吸并且經(jīng)過(guò)充分混合后形成新的滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝所需要的飽低溫、低壓飽和蒸汽（混合蒸汽），把二次閃蒸后的形成低溫、低壓的凝結(jié)水通過(guò)水泵輸送至鍋爐房作為補(bǔ)給水或者其他需要使用熱水設(shè)備的系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)主要組成部分

蒸汽噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)主要由5個(gè)控制單元組成，分別是噴射泵抽吸單元、凝結(jié)水回收單元、蒸汽計(jì)量單元、凝結(jié)水輸送單元和電氣控制系統(tǒng)單元。

5 系統(tǒng)存在的問(wèn)題

5.1 機(jī)械部分

普通的噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)分為兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，設(shè)備分散布置不利于設(shè)備的操作和維護(hù)保養(yǎng)，此外還比較容易受到現(xiàn)場(chǎng)空間大小和進(jìn)門(mén)寬度等方面造成設(shè)備安裝的限制。

噴射泵抽吸散發(fā)蒸汽的效率和混合后蒸汽的質(zhì)量容易受到高溫、高壓蒸汽的穩(wěn)定程度、凝結(jié)水從設(shè)備回到閃蒸罐的距離和管道、設(shè)備的保溫材料等條件的限制而達(dá)不到高效抽吸散發(fā)蒸汽節(jié)約能源的目的，增加了用戶(hù)的生產(chǎn)成本。

5.2 電氣部分

電氣控制系統(tǒng)的部分重復(fù)和分散性導(dǎo)致了系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)集中和自動(dòng)化控制，增加了現(xiàn)場(chǎng)的操作、巡檢和設(shè)備維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，單一的電氣控制未能很好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能和系統(tǒng)內(nèi)壓力、液位、溫度、電機(jī)過(guò)載和閥門(mén)工作狀態(tài)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)提示功能。

6 問(wèn)題解決方案

6.1 機(jī)械部分

采用噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收一體化的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，把原來(lái)的兩個(gè)系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)成一個(gè)系統(tǒng)，整體設(shè)備優(yōu)化成成套設(shè)備;模塊化的設(shè)計(jì)提高了設(shè)備的實(shí)用性、可靠性和穩(wěn)定性;方便操作和維護(hù)保養(yǎng)，模塊化各單元布局合理、結(jié)構(gòu)緊湊，方便連接的同時(shí)支持單獨(dú)拆卸;解決了客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)空間以及進(jìn)門(mén)寬度的限制，設(shè)備底盤(pán)兩端配備了吊環(huán)，方便安裝和搬運(yùn)。

提供規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的外部接口，在模塊上實(shí)現(xiàn)噴射泵抽吸、凝結(jié)水回收的集中控制，在噴射泵抽吸工作時(shí)TLV浮球疏水閥可以快速、有效地將蒸汽中的凝結(jié)水排出，提高了噴射泵抽吸混合蒸汽的干燥飽和度，另一個(gè)顯著特點(diǎn)是閃罐內(nèi)始終保持一定的液位，既有效地避免了水泵運(yùn)行時(shí)的氣蝕現(xiàn)象，降低凝結(jié)水排出的溫度，節(jié)約了能源，減少了費(fèi)用，提高了整機(jī)性能。

6.2 電氣部分

整套系統(tǒng)全部采用自動(dòng)化進(jìn)行控制，由PLC可編程序控制器配合觸摸屏的操作讓現(xiàn)場(chǎng)操作人員對(duì)該系統(tǒng)操作變得更簡(jiǎn)單、直接，在設(shè)計(jì)混合蒸汽壓力和凝結(jié)水液位的自動(dòng)控制時(shí)采用了PLC控制系統(tǒng)中的PID功能模塊、高性能的智能定位器和性能良好的、品質(zhì)優(yōu)良的ABB變頻器來(lái)分別對(duì)混合蒸汽的壓力和凝結(jié)水的液位進(jìn)行精準(zhǔn)控制，同時(shí)系統(tǒng)中增加了蒸汽電動(dòng)閥、氣動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥，其中蒸汽電動(dòng)閥通過(guò)程序自動(dòng)控制高壓蒸汽的打開(kāi)或者關(guān)閉，減輕了操作人員手動(dòng)打開(kāi)或者關(guān)閉手動(dòng)閥門(mén)的強(qiáng)度。閃蒸罐的液位開(kāi)關(guān)用以防止水泵在缺水的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，避免水泵無(wú)水運(yùn)轉(zhuǎn)。氣動(dòng)開(kāi)關(guān)球閥根據(jù)閃蒸罐內(nèi)液位的實(shí)際按照預(yù)先設(shè)定的參數(shù)通過(guò)程序控制自動(dòng)打開(kāi)或者關(guān)閉，讓閃蒸罐內(nèi)的液位始終保證在一定的位置，避免二次閃蒸的蒸汽因?yàn)樗贸隹趬毫^(guò)低出現(xiàn)蒸汽通過(guò)水泵排出而降低蒸汽回收量，浪費(fèi)蒸汽的情況發(fā)生，具有無(wú)需額外人力操作、調(diào)試方便、歷史數(shù)據(jù)可查詢(xún)、便于追溯和管理的優(yōu)點(diǎn)，支持遠(yuǎn)程操作和系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控。為了直觀(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的壓力、液位、電機(jī)過(guò)異常狀況增加了報(bào)警信號(hào)塔，給定期巡檢、人為觀(guān)測(cè)提供了便利，預(yù)留有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口，方便將數(shù)據(jù)傳送至用戶(hù)的生產(chǎn)成本管理軟件中，方便用戶(hù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和成本核算。

7 蒸汽噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)的優(yōu)化和創(chuàng)新

①采用高精度氣動(dòng)閥門(mén)定位器，進(jìn)一步地保證了噴射泵對(duì)抽吸混合后蒸汽壓力的精準(zhǔn)控制。

②混合蒸汽壓力和凝結(jié)水液位的控制采用了PID模塊進(jìn)行控制，使得混合蒸汽的壓力和凝結(jié)水液位的控制更加穩(wěn)定和精準(zhǔn)。

③系統(tǒng)中布置TLV高效節(jié)能的自由浮球式蒸汽疏水閥保證冷凝水迅速排出，既能提高加熱效率節(jié)省能源，又能避免積水腐蝕和水錘沖擊管道的危險(xiǎn)。

④高效環(huán)保、結(jié)構(gòu)緊湊、牢固可靠、低噪音的KSB離心水泵保障了系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定的安全運(yùn)行，大大降低了電能的損耗和維修保養(yǎng)的成本。

⑤在閃蒸罐頂部布置排氣閥、超壓保護(hù)起跳式安全閥和壓力傳感器，為設(shè)備在閃蒸罐內(nèi)壓力異常時(shí)提供了安全可靠的保護(hù)。

⑥所有蒸汽管路的法蘭、閥門(mén)法蘭之間的連接均選用能耐高溫、高壓、應(yīng)力補(bǔ)償能力強(qiáng)、密封性能穩(wěn)定、安裝方便、墊片預(yù)緊力較低、工況應(yīng)用范圍寬泛的金屬纏繞石墨墊片（Spiral wound gaskets）進(jìn)行密封。

8 結(jié)論

綜上所述，此新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)堅(jiān)持設(shè)計(jì)準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)合理、布局緊湊、層次清晰、比例協(xié)調(diào)、性能可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的前提下，還具有穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、控制精度高及高效節(jié)能等特點(diǎn)。另外，必須保證讓系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制的生產(chǎn)制造過(guò)程中有理可依、有據(jù)可查。成套設(shè)備在工廠(chǎng)生產(chǎn)組裝時(shí)，所有流程嚴(yán)格按照壓力管道標(biāo)準(zhǔn)與要求執(zhí)行實(shí)施。通過(guò)對(duì)此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，攻克了該成套設(shè)備生產(chǎn)制造過(guò)程的工藝規(guī)范及關(guān)鍵技術(shù)，還大幅降低了項(xiàng)目的人工、材料、管理等費(fèi)用與成本，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試順利完工驗(yàn)證了機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制創(chuàng)新設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、可靠性及合理性。該新型噴射泵抽吸與凝結(jié)水回收系統(tǒng)準(zhǔn)備申請(qǐng)國(guó)家實(shí)用新型技術(shù)專(zhuān)利。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的撬裝塊成品已順利安裝調(diào)試成功并將大力推廣投放國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于紡織、食品、化工等行業(yè)，滿(mǎn)足了客戶(hù)的實(shí)際需求，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值，定有更為廣闊的發(fā)展前景，贏得了顧客的高度認(rèn)可及好評(píng)。

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