摘　要：对蒸汽喷射泵基本系统、优化系统的流程进行探讨，分析了蒸汽喷射泵优化系统的优势。

关键词：蒸汽喷射泵  凝结水  闪蒸汽  防汽蚀  余热利用

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

蒸汽作为一种能源形式，大量应用于电力、纺织、印染、化工、冶金、造纸等工业、商业和居民生活领域。目前，全国在用工业蒸汽锅炉约52×10⁴台，总装机容量约l25×10⁴MW^[1]，但目前我国蒸汽系统的热能利用率仅为国际先进水平的50％。我国蒸汽系统热能利用效率比较低的主要原因为：蒸汽管网中疏水阀的蒸汽泄漏比较严熏，年漏汽总量达2.8×10⁸t，约合4200×10⁴t标准煤^[2]。大量凝结水未回收利用，约70％的凝结水未被回收而直接排放。大量闪蒸汽未回收利用，据统计，凝结水收集器基金项目：国家自然科学基金面上项目(51178482)放空管排放的闪蒸汽热量约占蒸汽总热量的20％～30％^[3]。

蒸汽喷射泵是射流技术在传热领域的应用，该技术从20世纪80年代引入我国，近年来开始应用于工程。蒸汽喷射泵结构简单，造价低，运行可靠，能合理匹配蒸汽的压力等级，回收低品位蒸汽，提高蒸汽的利用效率，是节能的重要途径^[4-6]。本文对蒸汽喷射泵系统的优化设计进行探讨。

2　蒸汽喷射泵的工作原缓

蒸汽喷射泵主要由喷嘴、吸入段、混合段、扩压段等部分组成，结构见图1。蒸汽喷射泵是利用拉伐尔喷管原理，利用较高压力的蒸汽高速流经喷嘴产生绝热膨胀，在喷嘴出口处将形成超声速，出口周围的压力降低，在吸入段形成负压，抽引闪蒸汽。高压蒸汽与闪蒸汽在混合段充分混合均匀后，经扩压段喉管达到一定压力，流速接近声速，然后进入扩压段。在扩压段出口处得到要求压力等级的工作蒸汽^[7]。

3　蒸汽喷射泵系统的优化设计

3.1　蒸汽喷射泵基本系统

蒸汽喷射泵基本系统流程见图2。用汽设备出口高温凝结水经过疏水阀，进入闪蒸罐内进行闪蒸，闪蒸汽被抽引到蒸汽喷射泵内与高压蒸汽混合，产生用汽设备所需压力等级的工作蒸汽。在闪蒸罐内没有汽化的凝结水由闪蒸罐下部排出，被送回锅炉房软水箱，由于温度较高，需配备防汽蚀泵。闪蒸罐配有液位计，当闪蒸罐内的凝结水位高于设定液位时，控制箱将启动防汽蚀泵。

由于未配备自动控制装置，当用汽设备负荷改变时，无法通过测量蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的变化，自动调节进入蒸汽喷射泵的高压蒸汽流量，保持蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的稳定。当用汽设备负荷改变时，需要手动调节降低高压蒸汽的流量，以稳定工作蒸汽压力。受闪蒸汽压力影响，对于用汽压力较高的用汽设备，往往需要将高压蒸汽减压后与蒸汽喷射泵出口工作蒸汽进行混合，从而满足用汽压力要求。

蒸汽喷射泵基本系统的凝结水排水温度仍比较高，存在汽化危险，必须采用价格较高的防汽蚀泵。对于用汽压力较高的用汽设备，需要将高压蒸汽减压后作为补充，造成了高品位蒸汽浪费，余热利用效果不理想。

3.2　蒸汽喷射泵优化系统

蒸汽喷射泵优化系统流程见图3。优化系统由一级蒸汽喷射泵、二级蒸汽喷射泵、节流孔板、闪蒸罐、换热水箱、液位控制器、凝结水泵等组成。

一二级蒸汽喷射泵分别为用汽设备1、2制备压力为P3、P4的工作蒸汽，用汽设备出口的高温凝结水经节流孔板后分别进入闪蒸罐，在闪蒸罐内汽化生成闪蒸汽，未汽化的凝结水降温。闪蒸汽的压力为P2，被一级蒸汽喷射泵抽引，与高压蒸汽混合后形成压力为P3的工作蒸汽，一部分进入用汽设备l，一部分被二级蒸汽喷射泵抽引，提升为压力为P4的工作蒸汽，进入用汽设备2。优化系统采用第二级蒸汽喷射泵提供较高压力蒸汽，与基本系统比较，避免了高品位蒸汽的浪费。闪蒸罐内温度较低的凝结水进入换热水箱内进行再次降温，由于换热后凝结水温度较低，因此凝结水泵不必选用防汽蚀泵。

在自动控制方面，当用汽设备负荷变动时，控制器根据各级蒸汽喷射泵出口的压力信号，调节进入蒸汽喷射泵的高压蒸汽流量，以保持蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的稳定。为保证闪蒸罐内凝结水及时排出和生活热水供应，控制箱根据液位传感器、温度传感器的反馈信号控制进入换热水箱的凝结水流量。当闪蒸罐排出的凝结水量不足时，控制箱打开相应的电动调节阀，不经过闪蒸罐直接将高温凝结水引至换热水箱。

4　优化系统的优势

4.1　改进措施

优化系统与基本系统比较，采取了以下改进措施：增加了二级蒸汽喷射泵，满足不同压力等级用汽设备的需求。利用凝结水余热加热生活热水。采用节流孔板代替疏水阀。完善了自动控制系统，可适应用汽设备变负荷工况需求。

4.2　优化系统的优势

由于采用两级蒸汽喷射泵，可以满足不同压力等级用汽设备的需求，提高了系统的适用性。

对凝结水进行了热量再次回收，通过换热水箱加热生活用水，实现了凝结水梯级利用，提高热能的综合利用率^[8]。可对不同用汽压力的用汽设备的凝结水进行回收，提高了系统兼容性^[9]。

采用节流孔板替代疏水阀，既可以保证用气设备内的蒸汽压力，又可以将用汽设备内的凝结水迅速排出。由于节流孔板没有机械执行机构，只要根据现有的稳定的工况条件设定好孔板的开孔尺寸，即可获得稳定的运行性能，有效降低了故障率。

当用气设备负荷改变时，控制器可根据蒸汽喷射泵出口的蒸汽压力，自动调节进入蒸汽喷射泵的高压蒸汽流量，从而保持蒸汽喷射泵出口蒸汽压力的稳定。

自动控制功能更加完善，综合考虑了生活热水供应与闪蒸汽回收的协调控制，在保证用汽设备的蒸汽供应和生活热水供应的同时，最大限度地对闪蒸汽及凝结水余热进行回收利用。

参考文献：

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本文作者：冯志明  肖益民

作者单位：重庆大学城市建设与环境工程学院