(中海油石化工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101))

蒸汽噴射泵是將蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽再次壓縮，提高其溫度與壓力后再用作加熱蒸汽，從而減少蒸發(fā)過(guò)程中加熱蒸汽的耗量，達(dá)到節(jié)約能源的目的,是提高流體壓力而不需要直接消耗機(jī)械能的設(shè)備。蒸汽噴射泵以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于化工、制藥及食品等領(lǐng)域[1]。

蒸汽噴射泵工作過(guò)程的焓-熵如圖1所示，P、H點(diǎn)表示工作蒸汽和引射蒸汽進(jìn)入噴射泵前的狀態(tài)，C點(diǎn)表示混合蒸汽的出口狀態(tài)。由圖可知，噴射系數(shù)是單位質(zhì)量的工作(驅(qū)動(dòng))流體通過(guò)噴射泵所能抽吸的引射流體的流量，即它在數(shù)值上等于引射流體的質(zhì)量流量與工作流體的質(zhì)量流量之比[2]?？梢?jiàn)，噴射系數(shù)是評(píng)價(jià)噴射泵工作性能的主要指標(biāo)。

圖1 蒸汽噴射泵工作工程h-s

1 蒸汽噴射泵噴射系數(shù)的計(jì)算

1.1 主要操作參數(shù)

(1)驅(qū)動(dòng)蒸汽(工作蒸汽)

在實(shí)際生產(chǎn)中,已定型噴射熱泵的效率很大程度上決定于加熱蒸汽壓力的穩(wěn)定與否，現(xiàn)以0.90MPa的飽和蒸汽作為驅(qū)動(dòng)蒸汽，溫度( Tp)為175.1℃。其中蒸汽需經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)至0.90MPa(經(jīng)調(diào)壓閥會(huì)使蒸汽壓力降低，如果不調(diào)壓，直接進(jìn)入設(shè)備的工作蒸汽溫度不穩(wěn)定，則使得蒸發(fā)器工作時(shí)也不穩(wěn)定，難以控制)。

(2)引射蒸汽

引射蒸汽為第一效產(chǎn)生的二次蒸汽，假設(shè)為飽和蒸汽，其壓力(PH)0.03424MPa，溫度(TH)為71℃。

(3)混合蒸汽

噴射熱泵的排出混合蒸汽是用于一效蒸發(fā)的加熱蒸汽，混合蒸汽的壓力( Pc)為0.14MPa，溫度(Tc)為110℃。

1.2 噴射系數(shù)的計(jì)算

根據(jù)索科洛夫[3]計(jì)算噴射系數(shù)的方法可知，當(dāng)蒸汽噴射熱泵的工作蒸汽溫度或壓力，引射蒸汽的溫度或壓力和出口蒸汽的壓力一定時(shí)，可按下列步驟計(jì)算可得到的噴射系數(shù)[4]:

(1)在λc3<1的范圍內(nèi)給出一系列的λc3值，求出于它對(duì)應(yīng)的qc3值。

(2)根據(jù)公式(2)求得unp，并令u=unp。

(1)

(2)

(3)由公式(3)求得qH2值；

(3)

(4)根據(jù)計(jì)算所得的qH2，并運(yùn)用氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)用計(jì)算出λH2。(5)再按公式(4)確定u值。

(4)

(5)

(6)當(dāng)計(jì)算qH2時(shí)所采用的給定的 值大于按公式(3)所確定的 值時(shí)，則在u

圖2 噴射系數(shù)的計(jì)算流程圖

1.3 噴射系數(shù)的計(jì)算結(jié)果

用matlab編程計(jì)算得[5]，文中的蒸汽噴射熱泵的噴射系數(shù)為u=0.238，所對(duì)應(yīng)的最佳氣體動(dòng)力函數(shù)值見(jiàn)表1。

表1 噴射系數(shù)對(duì)應(yīng)的氣體動(dòng)力函數(shù)值

2 各操作參數(shù)對(duì)噴射系數(shù)的影響

2.1 工作蒸汽對(duì)噴射系數(shù)的影響

維持引射蒸汽壓力和混合蒸汽壓力一定，即PH=0.03424MPa， PC=0.14MPa。當(dāng)工作蒸汽壓力分別為PP從0.6MPa變化到2.4MPa時(shí)，噴射系數(shù)隨著工作蒸汽壓力變化的曲線(xiàn)如圖3所示。

圖3 噴射系數(shù)隨工作蒸汽壓力的變化

當(dāng)工作蒸汽壓力PP=0.6MPa時(shí)，噴射系數(shù)是0.132，是在此研究范圍內(nèi)的最小值，如果繼續(xù)降低工作蒸汽的壓力，噴射系數(shù)會(huì)越來(lái)越小。由圖3可以看出，隨著工作蒸汽壓力的提高，噴射系數(shù)隨之增大，但是遞增的梯度逐漸減小。當(dāng)工作蒸汽的壓力提高到2.0MPa時(shí)，噴射系數(shù)達(dá)到0.40，隨著工作蒸汽壓力的繼續(xù)增大，噴射系數(shù)趨于平穩(wěn)，基本保持不變。

2.2 引射蒸汽對(duì)噴射系數(shù)的影響

維持工作蒸汽壓力和混合蒸汽壓力一定，即PP=0.9MPa，PC=0.14MPa。當(dāng)引射蒸汽(一效二次蒸汽)壓力分別為PH從0.02MPa變化到0.045MPa時(shí)，噴射系數(shù)隨著引射蒸汽壓力變化的曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 噴射系數(shù)隨引射蒸汽壓力的變化

當(dāng)引射蒸汽的壓力在0.02MPa到0.045MPa時(shí)，噴射泵的噴射系數(shù)隨著引射蒸汽的壓力增加而增大,但引射蒸汽壓力不是簡(jiǎn)單的越大越好，而應(yīng)與蒸發(fā)工藝相互耦合。

2.3 混合蒸汽對(duì)噴射系數(shù)的影響

維持工作蒸汽壓力和引射蒸汽壓力一定，即PP=0.9MPa， PH=0.342MPa。當(dāng)工作蒸汽壓力分別為PC從0.08MPa變化到0.18MPa，噴射系數(shù)的隨混合蒸汽壓力變化的曲線(xiàn)，如圖5所示。

圖5 噴射系數(shù)隨混合蒸汽壓力的變化

由圖5可以看出,混合蒸汽壓力小于0.16MPa時(shí)，噴射系數(shù)隨著混合蒸汽的壓力增加而逐漸減小，且減少的梯度逐漸變小。當(dāng)混合蒸汽的壓力大于0.16MPa時(shí)，隨著混合蒸汽壓力的增大，噴射系數(shù)急劇減小，當(dāng)混合蒸汽的壓力為0.18MPa時(shí)，噴射系數(shù)的值為0.004。

3 結(jié)論

(1)適當(dāng)?shù)奶岣吖ぷ髡羝?、引射蒸汽的壓力，降低混合蒸汽的壓力，可以提高噴射泵的噴射系?shù)。

(2)工作蒸汽壓力過(guò)高會(huì)使得蒸汽成本增加，引射蒸汽壓力增加、混合蒸汽壓力減小會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)過(guò)程中的有效傳熱溫差減少，使得蒸發(fā)設(shè)備的投資費(fèi)用增加。故需要綜合考慮工作蒸汽、混合蒸汽和引射蒸汽壓力對(duì)蒸發(fā)工藝的影響。