蒸汽喷射制冷机组

Administrator 文本框 真 空 制 冷 Administrator 图章 Administrator 文本框 28 MW 蒸汽喷射真空制冷设备 ― 桥式 Administrator 文本框 § 冷却剂“水”无污染,绝对环保 § 无毒、无腐蚀 § 无活动部分，低维护费用 § 使用寿命长，制冷能力无衰减 § 大量的温度低至80°C的废蒸汽可被用做动力能量 § 冷却能力范围从几千瓦到28兆瓦 § 闪蒸原理，冷凝器和喷射泵保证不复杂和可靠操作。 § 充实的经验来自全世界范围的安装 Administrator 图章 2 制冷装置的类型 压缩制冷装置 蒸汽喷射制冷装置 制冷 工艺 热传递 设备 蒸发 间接 蒸发器 蒸发 直接或间接 闪蒸器 蒸汽压缩 工艺 设备 机械的 螺杆式、涡轮式或活塞式压缩机 流体动力 喷射泵（蒸汽压缩器） 压缩机的动力 电能（电机） 热能（动力蒸汽） 热能的排放 工艺 热传递 设备 冷凝 间接 液化器 冷凝 直接或间接 冷凝器 目录 简介 简介 2 压缩制冷装置与蒸汽喷射制冷装置 的对比 2 蒸汽喷射制冷装置－结构及其工作原理 3 闪蒸制冷装置的优点 3 用喷射泵实现蒸汽压缩 4 闪蒸制冷 4 蒸汽喷射制冷装置的类型 5 紧凑设计的蒸汽喷射制冷装置 5 塔式设计的蒸汽喷射制冷装置 6 桥式设计的蒸汽喷射制冷装置 7 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化的蒸汽喷射制冷装置－尺寸 8 安装与控制 10 可能的组合方式 10 两种安装方式 11 喷射制冷装置的控制 12 热回收装置 14 喷射制冷装置的设计准则 15 水 硝酸溶液/磷酸溶液 石膏水悬浮液 石灰乳 氢氧化钡溶液 各种废水 果汁 牛奶 胶 蒸汽喷射制冷装置的能力约在10至28000千瓦之间。 例如，水可以被冷却到约5℃。 压缩制冷装置与蒸汽喷射制冷装置的对比 Administrator 文本框 制冷是一种昂贵的工艺过程。能耗的不断增加要求有新的工艺对传统工艺（机械压缩）进行替代。因而，更环保、更温和、更经济的闪蒸制冷工艺装置正越来越多地为人们所采用。德国制造喷射泵在闪蒸制冷装置的设计和制造方面具有超过50年的经验。 此类装置已应用于： 3 蒸汽喷射制冷装置－结构 及其工作原理 图1：带有混合冷凝器的蒸汽喷射 制冷装置图 1 动力蒸汽 2 待制冷的介质 3 制冷后的介质 4 冷却水 5 升温后的冷却水 A 闪蒸器 B 蒸汽喷射压缩器 C 混合冷凝器 闪蒸制冷装置的优点 ƒ 结构简单，坚实耐用 ƒ 性能可靠，使用安全 ƒ 没有活动部件，因而很少有磨损 ƒ 极少的维护 ƒ 可以直接或间接冷却；间接冷却时，冷却介质通常 是水，易于操作 ƒ 很低的制冷介质滞留体积 ƒ 负荷可以频繁而快速地改变 ƒ 仅需要很少的电能 ƒ 废热和闪蒸汽用作动力介质 ƒ 季节性操作和/或间歇操作时非常高效 ƒ 通过使用动力蒸汽节能控制可以进一步提高性能系 数*值 * 性能系数＝制冷能力除以动力 闪蒸制冷装置的分类 4 蒸汽喷射制冷装置－构造及工作原理 采用喷射泵蒸汽压缩 喷射泵是由流体驱动的压缩器，没有活动部件；来自 吸入口介质（即待冷却的介质）闪蒸出的二次蒸汽， 通过吸入口进入到喷射泵头。 动力介质（通常是蒸汽）通过动力喷嘴后膨胀，压力 能就转变为动能。此能量流体撞击并传送吸入口介质 （即待冷却的介质），使其进入到混合喷嘴的进口锥 体部分。在通过混合喷嘴的喉口后进入扩散器，混合 蒸汽流的动能逐渐转变回势能，即介质被压缩到较高 的排放压力（图2）。 闪蒸制冷 对于每种流体，蒸发压力对应于特定的蒸发温度。当 一种液体的压力低于它的蒸发压力，它将会开始沸 腾。水在0～100℃温度范围内的这种相互关系表示在 图3上。在闪蒸制冷装置中，只有一小部分待制冷的 介质被蒸发（蒸汽流量[kg/s]）。此过程所需的热能 是来源于剩余流体：温度降至沸点温度对应于已经达 到的较低压力。 蒸汽流将热能从被冷却介质传送到冷凝器内，从而将 热能传送给另外的系统（耗热设备、再冷却系统 等）。 图2：喷射泵的结构和压力变化 图3：饱和曲线（水）：ts = f(ps) 图4：100 kg/s温度20℃的水被冷却至10℃，蒸发了 1.66 kg/s水，出口处水量98.34kg/s 罐内必须维持1.23kPa(绝压)的压力。蒸发焓为2478 kJ/kg，故冷却能力为2478 kJ/kg × 1.66 kg/s = 4113 kW 混合喷嘴 扩散器 出口锥体部分 喉管 进口锥体部分 ⎪⎭ ⎪⎬ ⎫ 5 4 3 动力喷嘴 头部腔室 2 1 P1 动力蒸汽压力 P0 吸入压力 P 排放压力 PS 声速时的压力 △PV 压缩效果 M1 动力蒸汽流量 M0 吸入流量 M 混合蒸汽流量 压力 温 度 100 kg/s 水 20 °C h’=83.85 kJ/kg 1.66 kg/s 水蒸汽 98.34 kg/s 水 10 °C h’=42.01 kJ/kg 5 蒸汽喷射制冷装置 － 类型 基本上，有三种不同类型的蒸汽喷射制冷装置： ƒ 紧凑设计，用于生产能力较小的情况； ƒ 塔式设计，用于中等生产能力和大生产能力的情况，占地面积很小； ƒ 桥式设计，用于高生产能力。 紧凑设计的蒸汽喷射制冷装置比 此类装置是由水平设计的设备组成：一个闪蒸器 （1）和一个冷凝器（2），安装为一体，共同组成一 个水平的容器。喷射泵（3）的安装平行于此容器。 安装一台小的液环真空泵（4）作为脱气单元。冷凝 热被冷却水带走，例如：通过冷却塔（6）。装置由 操作控制系统来控制。 此类设计需要相对非常小的占地面积，而且高度也不 是很高。 图5：紧凑设计的2级蒸汽喷射制冷装置， 可将44m3/hr水从30℃冷却至10℃ 图6 冷却水 动力蒸汽 待制冷的介质 1 闪蒸器 2 冷凝器 3 喷射泵 4 脱气真空泵 5 收集罐 6 再冷却装置 7 循环泵 蒸汽喷射制冷装置－类型 塔式设计的蒸汽喷射制冷装置 此类装置是垂直结构：闪蒸制冷室（1）和冷凝器室 （2），前者安装于后者的顶部。每一级闪蒸器和冷 凝器室之间可以通过管道或者可用于蒸汽压缩的喷射 泵（3）来相互连接。在许多情况下，为了冷却水的 再次冷却，配备一个冷却塔（6）。总之，蒸汽喷射 真空泵是用作脱气单元。装置由操作控制系统进行控 制。 此类设计需要相对较小的占地面积，但需要较高的高 度。 图7：塔式设计的2级蒸汽喷射制冷装置， 可将200m3/hr水从10℃冷却至5℃。 冷却能力：1163 kW 图8 冷却水 动力蒸汽 待制冷的介质 1 闪蒸器 2 冷凝器 3 喷射泵 4 脱气真空泵 5 收集罐 6 再冷却装置 7 循环泵 6 蒸汽喷射制冷装置－类型 图10 1 闪蒸器 2 冷凝器 3 喷射泵 4 脱气真空泵 5 收集罐 6 再冷却装置 7 循环泵 7 桥式设计的蒸汽喷射制冷装置 此类装置是由垂直或水平布置的闪蒸制冷室（1）水 平安装的喷射泵（3）以及垂直设计的冷凝器室（2） 组成。每一级闪蒸器和冷凝器室之间可以通过管道或 者可用于蒸汽压缩的喷射泵（3）来相互连接。在许 多情况下，为了冷却水的再次冷却，配备一个冷却塔 （6）。还包括一台蒸汽喷射真空泵，用于脱气。装 置由操作控制系统进行控制 。 此类设计装置的高度相对较低，但需要较大的占地面 积 。 图9：桥式设计的3级蒸汽喷射制冷装置， 可将194m3/hr水从28℃冷却至15℃。 冷却能力：2900 kW 冷却水 动力蒸汽 待制冷的介质 8 蒸汽喷射制冷装置－类型 标准化的蒸汽喷射制冷装置－尺寸 Jet Pumps提供标准化的装置。 优点： ƒ 简单设计 ƒ 低投资费用 ƒ 较短的交货时间。 针对特定应用的八种标准尺寸装置可供选择（见下 表）。也可按要求量身定制。下表给出的尺寸请参照 右侧/下页的图片（图11，图12和图13）。 净制冷能力 kW 20 100 300 600 1000 3000 7500 15000 待制冷的介质（水） 进口温度 °C 12 12 12 12 12 12 12 12 出口温度 °C 6 6 6 6 6 6 6 6 体积流量 m3/h 2.9 14.5 43.5 87 145 435 1086 2172 管口尺寸：进口/出口 DN 25/40 50/80 80/150 150/200 150/250 250/400 400/700 600/1000 冷却水 进口温度 °C 30 30 30 30 30 30 30 30 出口温度 °C 40 40 40 40 40 40 40 40 体积流量 m3/h 8 37 95 190 305 855 2140 4275 管口尺寸：进口/出口 DN 40/50 80/100 150/200 200/250 250/350 400/600 600/1000 900/1400 动力蒸汽（0.4MPa (绝压)） 夏天（100%负载） kg/h 95 440 1100 2150 3450 9450 23500 47000 春天/夏天1）60% kg/h 约60 约260 约660 约1300 约2070 约5700 约14000 约28000 冬天1）20% kg/h 约20 约90 约200 约430 约700 约1900 约4700 约9400 补充水需求量（例如12℃） m3/h 0.03 0.14 0.44 0.87 1.45 4.36 10.90 21.81 级数 1 1 2 2 2 3 3 3 设计类型 紧凑 紧凑 塔式 塔式 塔式 桥式 桥式 桥式 安装 非大气压 非大气压 非大气压2) 非大气压2) 非大气压 大气压 大气压 大气压 电功率 液环泵真空泵 kW 0.7 0.7 （无） （无） （无） （无） （无） （无） 冷却水泵13）（100%） kW 0.5 2.5 10 18 36 110 270 620 冷却水泵23）（100%） kW 0.5 2.0 8 15 25 80 200 450 被冷却介质泵3）（100%） kW 0.5 1.0 3 6 12 50 120 280 冷却塔风机（100%） kW 0.5 2.0 6 11 18 52 128 256 共计 kW 2.7 8.2 27 50 91 292 718 1606 尺寸（蒸汽喷射冷却装置） 长 m 2.5 3.5 2.0 2.5 3 15 20 22 宽 m 1.0 1.5 2.0 2.5 3 5 7 13 高 m 2.5 3.0 12.0 14.0 17 134) 204) 304) 重量5） 空 t 1.3 2.2 8 13 20 25 75 150 操作 t 1.5 3.0 10 16 25 32 100 200 充满水 t 2.0 4.0 14 28 40 70 240 550 1) 中欧 2) 加上冷却介质排放的储液槽 3) 基准为 ＋/－ 0.0m 4) 加上气压高度（11m） 5) 不包括平台、泵、冷却塔和管道 图11：塔式设计 9 蒸汽喷射制冷装置－类型 图11：塔式设计 图12：桥式设计 图13：紧凑设计 10 安装与控制 可能的组合方式 制冷装置通常由三部分组成： ƒ 制冷装置本身； ƒ 被制冷介质的循环 ƒ 冷却水的循环 闪蒸制冷装置大多在真空下操作，被制冷介质和/或 冷却水必须从此真空下传递到相关循环工艺回路中。 采用大气压布置可以实现从真空到大气的特别简单排 放。但是如果这样布置所需的至少11m的高度无法达 到，那么就需要采用非大气压安装方式（图11）。 下表给出了多种可能的设计安装组合方式：冷却装置 可以以大气压或者非大气压方式排放，每种排放方式 又可以匹配三种不同的待制冷介质循环和三种不同的 冷却水循环。见下表图示： 设计安装的可能组合方式： 制冷装置以 2-级蒸汽喷射制冷装置为例: ƒ 紧凑设计 ƒ 塔式设计 ƒ 桥式设计 被制冷介质排放 的基本安装类型， 从真空 ƒ 大气压 ƒ 非大气压 被制冷介质的循环 ƒ 直接 ƒ 直接，经由一个储槽 ƒ 间接，通过中间热交 换，根据换热介质的 要求 冷却水排放的基本安装类型， 从真空 ƒ 大气压 ƒ 非大气压 冷却水的循环 ƒ 直接经冷却塔 ƒ 间接，经中间换热 到冷却塔 ƒ 间接，经中间换热 到其他热吸收器 （河水、其他工艺…） 11 安装与控制 安装的两种方式 安装可以是在大气压或非大气压条件下： 图14：大气压安装 ： 图15：非大气压安装 冷却水口 动力蒸汽 优点： ƒ 循环泵的吸入压力总是高于或等于大气压，因此几 乎没有气蚀的风险。 ƒ 真空室仅通过在大气腿中的液栓就可以与大气压隔 离开来。 ƒ 通常此系统不能认为是压力容器，因为这种布置不 允许过压。 注意： ƒ 真空室的安装高度必须高于水封槽至少11 m。 优点： ƒ 真空室和水封槽之间的高度差可以小于11 m。 注意： ƒ 循环泵的吸入压力低于大气压，因此，循环泵必须 被保护免于气蚀。 ƒ 因为封闭结构，设备通常可认为是压力容器，在设 计和制造时有专门的要求。 安装与控制 蒸汽喷射制冷装置的控制 对蒸汽喷射制冷装置进行控制: 为了使制冷能力满足相关的要求和/或 减少操作费用 能力控制 一套蒸汽喷射制冷装置的能力可以通过开关单个喷射 泵的动力蒸汽阀来改变。假定有一股连续的介质有待 制冷，制冷能力可以依照制冷后介质在蒸汽喷射制冷 装置出口处的温度来控制。这可以通过手动或自动控 制来实现。 动力蒸汽流量控制－节省动力蒸汽的控制 蒸汽喷射冷却装置设计用于可能发生的最不利的操作 条件，例如年最高冷却水温度。 图（图16）示是中欧地区的年度典型温度曲线。假定 冷却水流量恒定，在一年大部分时间内冷凝压力显著 低于工艺设计值。相应地，蒸汽压缩器可以在比工艺 设计值低的压力下进行压缩。 根据喷射泵的特性，喷射泵出口处的最大允许排放压 力与动力蒸汽压力在一定范围内成比例。最大允许排 放压力总是至少与在下游冷凝器中的冷凝压力一样 高。如果冷却水的温度下降，冷凝压力将相应降低。 喷射泵就不需要压缩至高的工艺设计排放压力，而且 动力蒸汽压力也能通过节流阀相应降低。因此，当保 持制冷能力不变时蒸汽喷射冷却装置的动力蒸汽消耗 降低。右图（图17和18）表明了这种关系。 动力蒸汽的节省有助于提高年平均COP*值。 * 性能系数＝制冷能力除以动力 12 图16：一年中再冷却水的最高温度（中欧） 图17：蒸汽消耗与冷却水温度的关系 四级装置（有效冷却至10℃） 图17：蒸汽消耗曲线 基于以上两图（图16和17）所示比例 平均蒸汽消耗为最大值的72% 再 冷 却 水 温 度 [ ° C ] 月 蒸 汽 流 量 [ %] 冷却水温度 [°C] 蒸 汽 流 量 [ %] 月 安装与控制 13 蒸汽喷射制冷装置的蒸汽、冷却水要求 蒸汽喷射制冷装置的蒸汽、冷却水要求是根据： ƒ 待制冷的介质 ƒ 冷却水温度 ƒ 动力蒸汽压力 ƒ 装置的级数 ƒ 要求在装置出口处被制冷介质达到的温度 图19显示了动力蒸汽和冷却水的消耗。例如：用一个 二级的蒸汽喷射制冷装置将100 m3/hr的水从20℃冷到 10℃，从图19可以看出，冷却水需求量约200 m3/hr （冷却水从24℃被加热到35℃），动力蒸汽消耗量约 1800 kg/hr（7 bar g / 170℃）。而且从图上还可以看 出，级数增加可以降低操作费用，但投资成本会增加 （反之亦然）。 蒸汽喷射制冷装置中的最优的蒸汽和冷却水需求 制冷因子R有助于计算多大程度的冷却水升温可以带 来低的操作费用。 3m/ t/KR 冷却水价格 蒸汽价格制冷因子 •= K值是指平均蒸汽消耗，以百分比表示。例如，相对 高的蒸汽价格就会导致高的R值。因而，小的冷却水 温升将会节省操作费用，反之亦然（见图20）。在图 中，K＝0.7（工艺设计值的70%），是用于把100 m3/ hr的水从20℃冷至5℃，相当于一个带有混合冷凝的三 级蒸汽喷射制冷装置，制冷能力1745 kW。 它基于以下条件： ƒ 冷却水流量保持恒定； ƒ 蒸汽流量可控。 图19：连续操作蒸汽喷射制冷装置（带有混合冷凝）的蒸汽 和冷却水需求 n ＝ 闪蒸的级数 tKaWa ＝ 冷却后介质 出口温度 [℃] Q ＝ 冷却能力 [kW] 图20：操作费用的最优化 蒸 汽 流 量 [ kg /h ] 冷 却 水 流 量 [ m 3 /h ] 操 作 费 用 tKaWa [℃] tKaWa [℃] 制冷能力Q [kW] 工艺设计条件下的 冷却水升温 [K] 14 热回收装置 许多工艺排放水或者水溶液的温度相当高。在此情况 下，热回收装置可以： ƒ 降低操作费用 ƒ 通过更好的使用能量减少污染 图21：化学工业 原则上， Jet Pumps的热回收工艺很类似于闪蒸制 冷过程，见第4页。但是热回收工艺的目的是热能的 再利用。为了在较高温度水平回收热能，闪蒸/蒸发 出的二次蒸汽被喷射泵（＝热压缩器）再压缩至较高 的压力。 图22：造纸工业 冷却水 动力蒸汽 被蒸发介质 1 蒸发器 2 喷射泵（热压缩器） 3 冷凝器 1 干燥筒 2 收集槽 3 闪蒸罐 4 喷射泵（热压缩器） 在蒸发器中，在绝压200kPa和60℃下产生二次蒸汽。很大比例的二次蒸汽 可以通过蒸汽喷射泵再利用于加热。在此例中，与用新蒸汽加热相比，约 60%的新蒸汽质量流量可通过二次蒸汽的再利用而节省下来（假定：新蒸 汽0.3MPa(g)）。 通过闪蒸将从造纸机的干燥筒出来的较热冷凝液的余热带走。用喷射泵将 其压缩到较高的加热蒸汽的压力水平。在此情况下，为满足造纸工业非常 精确的控制要求，喷射泵被设计适用于不同流量（喷嘴针阀控制）。 15 蒸汽喷射制冷装置的设计准则 尽管已标准化，蒸汽喷射冷却装置通常还是量身定制的设备，这是由于各种不同的应用、操作人员的特殊性以 及尺寸、结构、布置、操作模式等方面的要求都存在很大差别。 应当首先回答下列问题： 1．被制冷的是什么？ 流体特性，例如沸点升高、晶体析出等等？ 2．被制冷的量有多少？ 质量流量或体积流量；间歇还是连续？ 3．制冷范围？ 进口和出口温度？ 在间歇操作时的时间周期？ 4．动力能量？ 可用的动力蒸汽压力水平？蒸汽成本是多少？哪种质量流可用（可以考 虑废蒸汽或者闪蒸蒸汽）？ 5．冷却方式？ 可用冷却介质的类型和数量？成本是多少？ 6．冷却介质的温度？ 工艺操作期间冷却水的最低和最高温度是多少？ 7．安装的类型？ 大气压还是非大气压？ 8．冷凝的类型？ 直接（冷凝液和冷却介质混合）还是间接（冷凝液和冷却介质不混 合）？ 9．需要的制冷能力？ 预期什么类型的负载分布（满负荷还是部分负载）？ 10．结构材质的类型？ 操作介质的类型、安装的位置、（气候等），以及操作员的经验，都可 能要求采用特殊的结构材质。 11．是否有更多的法规/标准？ 是否有法律条例或工作标准必须被考虑？ 12．特殊要求？ 是否有从类似装置操作中获得的特殊经验？或者关于蒸汽喷射制冷装置 有特别要求？ 13．备注： 我们的产品范围摘要 喷射泵 可传送和混合气体、液体、粒状固体；用于液体的直 接加热；用作热泵；通过专门设计可用于很多不同的 应用领域，例如核技术、高压技术等。 蒸汽喷射真空泵 由碳钢、不锈钢、哈斯特镍合金、钛、石墨、玻璃、 瓷等材质制成。吸入口压力直到0.01mbar，很小和很 大的能力都能处理；也能结合机械真空泵；在化工、 制药、食品工业都有广泛应用；也应用于炼油厂和炼 钢厂脱气。 产品蒸汽驱动喷射真空泵 使用来自许多不同类型工艺的产品蒸汽。 真空/蒸汽喷射制冷装置 可生产冷水，可冷却液体和产品溶液，甚至是侵蚀性 和磨蚀性的溶液，配备或不配备蒸汽喷射压缩器或机 械压缩机。 项目研究、工程 针对于我们产品范围内的装置。 热回收装置 为了从废气、蒸汽/空气混合物、排汽、冷凝水和产品 中回收利用余热；带有机械或热压缩机。 冷凝装置 配有表面或混合冷凝器，有或无蒸汽再压缩机，用于 在真空下冷凝蒸汽和蒸汽/气体混合物。 真空脱气装置 用于从水中或其他液体中除去溶解的气体。 加热和冷却装置 用于热水加热反应器、接触式干燥机等操作的移动装 置或固定装置。 气体洗涤器 用于废气的清洗和除尘，分离悬浮颗粒、冷却和处理 气体，冷凝蒸汽、从废气中回收和再生产品，吸收气 体污染物。 WIEGAND << /ASCII85EncodePages false /AllowTransparency false /AutoPositionEPSFiles true /AutoRotatePages /None /Binding /Left /CalGrayProfile (Dot Gain 20%) /CalRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CalCMYKProfile (U.S. Web Coated \050SWOP\051 v2) /sRGBProfile (sRGB IEC61966-2.1) /CannotEmbedFontPolicy /Error /CompatibilityLevel 1.4 /CompressObjects /Tags /CompressPages true /ConvertImagesToIndexed true /PassThroughJPEGImages true /CreateJobTicket false /DefaultRenderingIntent /Default /DetectBlends 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