蒸汽喷射制冷机组

28MW 蒸汽喷射真空制冷设备 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（动力蒸气） 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 压缩制冷装置与蒸气喷射制冷装置的对比 安装与控制10 可能的组合形式 10 两种安装方法 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 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 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。 压缩制冷装置与蒸气喷射制冷装置的对比 制冷是一种昂贵的工艺过程。能耗的不断增加规定有 新的工艺对特色工艺（机械压缩）进行代替。因而， 更环保、更温和、更经济的脱臭制冷工艺装置正越来 越多地为他们所采取。德国生产喷射泵在换热制冷装 置的设计和生产方备超过50年的经验。 此类装置已应用于： 蒸汽喷射制冷装置－结构以及工作原理 图1：带有混合冷凝器的蒸气喷射 制冷装置图 混合冷凝器闪蒸制冷装置的优点 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 性能系数＝制冷能力除以动力闪蒸制冷装置的分类 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，没有活动组件；来自 吸入口介质（即待冷却的介质）闪蒸出的二次蒸汽， 通过吸入口处于到喷射泵头。

动力介质（通常是蒸汽）通过动力喷嘴后膨胀，压力 能就转变为势能。此能量流体撞击并传送吸入口介质 （即待冷却的介质），使其处于到混合喷嘴的锥 体部分。在借助混合喷嘴的喉口后进入扩散器，混合 蒸汽流的动能逐步转变回势能，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 一种液体的压力高于它的蒸发压力，它将要开始沸 腾。水在0～100温度范围内的这些彼此关系表示在 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然达 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 热能传送给另外的平台（耗热设施、再冷却系统 图2：喷射泵的结构和压力差异图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 罐内应该维持1.23kPa(绝压)的压力。蒸发焓为2478 kJ/kg蒸汽制冷机，故冷却能力为2478 kJ/kg 1.66kg/s 4113kW 混合喷嘴 扩散器 出口锥体部分 喉管 锥体部分 动力喷嘴头部腔室 混合蒸汽流量压力 100kg/s h’=83.85kJ/kg 1.66 kg/s 水蒸汽 98.34 kg/s h’=42.01kJ/kg 类型基本上，有三种不同类型的蒸气喷射制冷装置： 桥式设计，用于高生产能力。

紧凑设计的蒸气喷射制冷装置比 此类装置是由水准设计的设备构成：一个闪蒸器 （1）和一个冷凝器（2），安装为一体，共同构成一 个水平的容器。喷射泵（3）的安装垂直于此容器。 安装一台小的液环真空泵（4）作为换热单元。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。 此类设计应该相对更加小的占地面积，而且高度也不 是很好。 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 冷却水动力蒸气 待空调的介质 循环泵蒸汽喷射制冷装置－类型 塔式设计的蒸气喷射制冷装置 此类装置是垂直结构：闪蒸制冷室（1）和冷凝器室 （2），前者安装于后者的上方。每一级闪蒸器和冷 凝器室之间可以借助管道以及可用于蒸气压缩的喷射 泵（3）来互相连接。在许多状况下，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 图7：塔式设计的2级蒸汽喷射制冷装置，可将200m /hr水从10冷却至5。冷却能力：1163 kW 冷却水动力蒸气 待空调的介质 蒸汽喷射制冷装置－类型图10 桥式设计的蒸气喷射制冷装置这些装置是由平行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借助管道或 者可用于蒸汽压缩的喷射泵（3）来互相连接。在许 多状况下，为了冷却水的重新冷却，配备一个冷却塔 （6）。还包含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 图9：桥式设计的3级蒸汽喷射制冷装置，可将194m /hr水从28冷却至15。冷却能力：2900 kW 冷却水 动力蒸气 待制冷的介质 蒸汽喷射制冷装置－类型标准化的蒸气喷射制冷装置－尺寸 Jet Pumps提供标准化的装置。 优点： 较短的交货时间。针对特定应用的八种标准规格装置可供选择（见下 表）。也可按规定量身定制。下表给出的厚度请参照 右侧/下页的照片（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） 温度 1212 12 12 12 12 12 12 出口温度 2.914.5 43.5 87 145 435 1086 2172 管口尺寸：/出口 DN 25/40 50/80 80/150 150/200 150/250 250/400 400/700 600/1000 冷却水 温度 3030 30 30 30 30 30 30 出口温度 4040 40 40 40 40 40 40 体积流量 3795 190 305 855 2140 4275 管口尺寸：/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 夏天（100%负载）kg/h 95 440 1100 2150 3450 9450 23500 47000 春天/夏天 60%kg/h 约60 约260 约660 约1300 约2070 约5700 约14000 约28000 冬天 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） 0.030.14 0.44 0.87 1.45 4.36 10.90 21.81 级数 设计类型紧凑 紧凑 塔式 塔式 塔式 安装非大气压 非大气压 非大气压 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 （100%）kW 0.5 2.5 10 18 36 110 270 620 冷却水泵2 （100%）kW 0.5 2.0 1525 80 200 450 被冷却介质泵 （100%）kW 0.5 1.0 1250 120 280 冷却塔风机（100%） kW 0.5 2.0 1118 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） 2.53.5 2.0 2.5 1520 22 1.01.5 2.0 2.5 2.53.0 12.0 14.0 17 13 1.32.2 1320 25 75 150 操作 1.53.0 10 16 25 32 100 200 充满水 2.04.0 14 28 40 70 240 550 不比如系统、泵、冷却塔和管件图11：塔式设计 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 可能的组合形式 制冷装置一般由三部分构成： 冷却水的循环换热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释放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非常简洁排 放。但是一旦这种布置所需的起码11m的高度难以达 到，那么就必须采取非大气压安装方法（图11）。 下表给出了多种可能的设计调试组合形式：冷却装置 可以以大气压或者非大气压方式排放，每种排放模式 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。见下表所示： 设计安装的或许组合形式： 制冷装置以 2-级蒸气喷射制冷装置为例: 桥式设计被制冷介质排放 的基本安装类型， 从真空 非大气压被制冷介质的循环 间接，通过中间热交换，根据热源介质的 要求 冷却水排放的基本安装类型， 从真空 非大气压冷却水的循环 间接，经中间换热到冷却塔 间接，经中间换热到其它热吸收器 （河水、其他工艺…） 11 安装与控制 安装的两种方法 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 动力蒸气 优点： 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。 真空室仅借助在大气腿中的液栓就可以与大气压隔离开来。 通常此平台不能认为是压力容器，因为这些布置不允许过压。 注意： 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。

因为封闭结构，设备一般可觉得是压力容器，在设计和生产时有专门的规定。 安装与控制 蒸汽喷射制冷装置的控制 对蒸气喷射制冷装置进行控制: 为了使制冷能力满足相关的规定和/或 减少操作成本 能力控制 一套蒸汽喷射制冷装置的能力可以借助开关单个喷射 泵的动力蒸汽阀来改变。假定有一股连续的介质有待 制冷，制冷能力可以根据制冷后介质在蒸气喷射制冷 装置出口处的湿度来控制。这可以借助手动或自动控 制来推动。 动力蒸汽流量控制－节省动力蒸气的控制 蒸汽喷吐冷却装置设计用于可能出现的最不利的操作 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明显 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。 根据喷射泵的特点，喷射泵出口处的最大允许排放压 力与动力蒸汽压力在必定范围内成比例。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。如果冷却水的湿度降低，冷凝压力将相应增加。 喷射泵就不需要压缩至高的工艺设计排放压力，而且 动力蒸汽压力也能借助节流阀相应增加。因此，当保 持制冷能力不变时蒸气喷射冷却装置的动力蒸气消耗 降低。

右图（图17和18）表明了这些关系。 动力蒸汽的节约有助于提高年平均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 基于以下两图（图16和17）所示比例 平均蒸汽损耗为最大值的72% 安装与控制13 蒸汽喷射制冷装置的蒸气、冷却水要求 蒸汽喷射制冷装置的蒸气、冷却水要求是按照： 要求在装置出口处被制冷介质达到的浓度图19显示了动力蒸汽和冷却水的消耗。例如：用一个 二级的蒸气喷射制冷装置将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 170）。而且从图上还可以看出，级数提高可以增加操作花费，但投资费用会降低 （反之亦然）。 蒸汽喷射制冷装置中的最优的蒸气和冷却水需求 制冷因子R有助于计算多大程度的冷却水升温可以带 来低的操作成本。 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，相对高的蒸汽价格都会造成高的R值。

因而，小的冷却水 温升将会花费操作成本，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 级蒸汽喷吐制冷装置，制冷能力1745 kW。 它基于以上条件： 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）的蒸气 和冷却水需求 冷却后介质出口温度 冷却能力[kW] 图20：操作成本的最优化 制冷能力Q[kW] 工艺设计条件下的 冷却水升温 14热回收装置 许多工艺排放水以及水溶液的湿度比较高。在此情况 下，热回收装置可以： 通过更好的使用能量增加污染图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 动力蒸气 被蒸发介质 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。很大比重的二次蒸汽 可以借助蒸汽喷射泵再利用于加热。在此例中，与用新蒸汽加温相比，约 60%的新蒸汽品质流量可借助二次蒸汽的再利用而花费下来（假定：新蒸 汽0.3MPa(g)）。

通过闪蒸将从造纸机的烘干筒出来的较热冷凝液的余热带走。用喷射泵将 其压缩到较高的加温蒸汽的压力水平。在此情况下，为满足造纸工业十分 精确的控制规定，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，蒸汽喷射冷却装置一般还是量身定制的设备，这是鉴于诸多不同的应用、操作人员的特殊性以 及规格、结构、布置、操作方式等方面的规定都存在巨大差异。 应当首先提问下述问题： 1．被制冷的是哪个？ 流体特征，例如沸点下降、晶体析出等等？ 2．被制冷的量有多少？ 质量流量或密度流量；间歇还是连续？ 3．制冷范围？ 和出口温度？ 在间断操作时的时间周期？ 4．动力能量？ 可用的动力蒸汽压力水平？蒸汽成本是多少？哪种品质流可用（可以考 虑废蒸汽以及闪蒸蒸汽）？ 5．冷却方法？ 可用冷却介质的类别和产量？成本是多少？ 6．冷却介质的室温？ 工艺操作之后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 9．需要的制冷能力？预期什么种类的负载分布（满负荷还是个别负载）？ 10．结构样式的类别？ 操作介质的类别、安装的位置、（气候等），以及操作员的经验蒸汽制冷机，都可 能要求采取特殊的结构材质。

11．是否有更多的法规/标准？ 是否有法律规定或工作标准应该被考量？ 12．特殊规定？ 是否有从类似装置操作中获取的特殊经验？或者关于蒸汽喷射制冷装置 有非常要求？ 13．备注： 我们的产品范围摘要 喷射泵 可传送和混和气体、液体、粒状固体；用于液体的直 接控温；用作热泵；通过专门设计可适于众多不同的 应用领域，例如核技术、高压技术等。 蒸汽喷射真空泵 由铸铁、不锈钢、哈斯特镍合金、钛、石墨、玻璃、 瓷等颜色制成。吸入口压力直至0.01mbar，很小和很 大的能力都能处理；也能结合机械真空泵；在冶金、 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 可生产热水，可冷却液体和产品溶液，甚至是侵蚀性 和磨蚀性的碱液，配备或不采用蒸气喷射压缩器或机 械压缩机。 项目研究、工程 针针对我们产品范围内的装置。 热回收装置 为了从污水、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气/气体混合物。 真空蒸馏装置 用于从水中或其它固体中去掉溶解的氨气。 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 用于废气的清洁和吸尘，分离悬浮颗粒、冷却和处理 气体，冷凝蒸汽、从污水中回收和再生产品，吸收气 体污染物。 WIEGAND

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