一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组

技术领域

本发明属于余热利用技术领域，具体涉及一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组。

背景技术

蒸汽喷射真空泵广泛应用在许多工业领域，例如钢液真空脱气、医药原料的浓缩、天然色素提纯、分子蒸馏、石油蒸馏、分馏、尿素合成及造粒、食用油精炼、航天和航空发动机高空模拟台等等。

蒸汽喷射真空泵有蒸汽喷射真空泵机组和蒸汽喷射水环真空泵机组二种应用形式。只在蒸汽喷射真空泵机组的末级有大量的蒸汽排出，同时生产工艺中有大量余热待利用。

现在应用的蒸汽喷射真空泵机组有国产和进口的两种，它们的蒸汽、冷却水消耗指标基本一致，差别不大。进口蒸汽喷射真空泵机组通常采用比较高的蒸汽压力1.0-1.4MPa.G；国产真空泵的蒸汽压力一般是0.8--1.2MPa.G。都采用35度常温进水。

但是，一号冷凝器的工作压力必须高于35度进水的饱和蒸汽压力。一号冷凝器之前无论是二级增压喷射器还是三级增压喷射器的蒸汽耗量及冷却水耗量都很高。并且在夏季高温高湿天气时，冷却塔效率降低，冷却水超过35度，严重影响工艺要求的真空度，导致产品不合格率剧增。另外，末级喷射泵排出的废蒸汽排入末级冷凝器，被冷却水冷凝，排出的废蒸汽的含热量很大需要大量的冷却水冷凝，然后再送入冷却塔降温，一方面增加了冷却塔的负荷和冷却水量，同时又浪费了大量的余热。另外，蒸汽喷射真空泵机组采用压力1.0-1.5MPa.G的工作蒸汽不但带来了设备、阀门成本的增加，也限制了使用集中供热的应用和余热的利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组，利用无压力废蒸汽的热量生产出自然环境不能稳定供应的低温水，作为冷凝器的冷却用水，具有稳定、且较低的进水温度，节约了工作蒸汽和冷却水量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组，包括：

热水罐A仓，其内用于盛装热源水。热水罐B仓，其内用于盛装次低温水。

蒸汽喷射真空泵机组，为多级设置，且由前到后依次串联连接，各级中由前到后均由串联连接的冷凝器和喷射泵组成；其中，末级喷射泵的出口通过管路与热水罐A仓相连接，用于将废蒸汽导入热水罐A仓中的热源水中。

吸收式制冷机，其发生器的两端分别与热水罐A仓管路连接，将热源水作为热源，形成热源水流通循环回路；其蒸发器的进出口端分别与热水罐B仓和热水罐D仓管路连接，形成低温水流通通道，将低温水在其内降温后，在出口端得到低温水。

进一步地，该低温水的温度为1～20℃。

进一步地，各冷凝器为直接冷凝器或间接冷凝器。

进一步地，该吸收式制冷机的低温水出口与最前端的冷凝器管路连通，用于将低温水管路输送至最前端的冷凝器喷淋装置，作为冷凝用低温水。

进一步地，其他各级冷凝器的喷淋装置均与最前端的冷凝器管路连通，用于将最前端的冷凝器中的喷淋后的冷却用低温水输入各喷淋装置。

进一步地，其他各级冷凝器的排水口还与热水罐B仓管路连接，用于将喷淋后用水输入热水罐B仓中。

进一步地，在最前端的冷凝器和吸收式制冷机的连接管路上设置有一热水罐D仓，用于盛装低温水。

进一步地，在最前端的冷凝器前串联连接有两级喷射泵，前端的喷射泵通过管路与真空罐相连接，用于真空罐中的由前到后传输，并由末级喷射泵排出；

各喷射泵均与蒸汽源供给装置管路连接，蒸汽源供给装置用于提供动力蒸汽。

进一步地，该热水罐A仓、热水罐B仓、热水罐C仓和热水罐D仓并列设置于同一个罐体内，且各仓的上部相连通。

进一步地，该蒸汽喷射真空泵机组中，各冷凝器独立水平放置；或者，各冷凝器在竖直方向上依次叠放，且顶层的冷凝器为最前端的冷凝器。

本发明具有如下优点：1.把末级喷射泵排出的无压力废蒸汽加热热水罐A仓的水，连接吸收式制冷设备生产低温水，然后送入一号冷凝器作为冷却进水。低温进水使得一号冷凝器的工作点提前，可以节约30％左右的蒸汽和20％左右的冷却水量这样既降低了冷却塔的负荷，又用废蒸汽的热量生产出来自然环境不能稳定供应的低温水。2.采用工艺余热和排汽余热生产的低温水，具有稳定、且较低的进水温度，节约了工作蒸汽和冷却水量。同时彻底消除了夏季高温、高湿天气导致冷却水温度超过35℃带来的不利影响，保证了产品的质量和产量。3.一号冷凝器的工作点提前，一级喷射泵和二级喷射泵的压缩比降低很多，为采用低压蒸汽作为工作动力提供了良好的条件；为利用余热生产低压蒸汽的用途创造了条件。

附图说明

图1为本发明一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组的结构示意图；

其中：1.真空罐；2.第一除尘器；3.第二除尘器；4.主截止阀；5.蒸汽源供给装置；6.第一级喷射泵；7.第二级喷射泵；8.一号冷凝器；9.三级喷射泵；10.二号冷凝器；11.四级喷射泵；12.三号冷凝器；13.五级喷射泵；14.冷却塔；15.第五水泵；16.吸收式制冷设备；17.第一水泵；18.热水罐A仓；19.第二水泵；20.第三水泵；21.热水罐B仓；22.热水罐C仓；23.热水罐D仓；24.第四水泵。

具体实施方式

本发明一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组，如图1所示，包括：热水罐A仓18，其内用于盛装热源水；热水罐B仓21，其内用于盛装次低温水。

蒸汽喷射真空泵机组，为多级设置，且由前到后依次串联连接，各级中，由前到后均由串联连接的冷凝器和喷射泵组成；其中，末级喷射泵的出口通过管路与热水罐A仓18相连接，用于将蒸汽导入热水罐A仓18中的热源水中。

吸收式制冷机16，其发生器的两端分别与热水罐A仓18管路连接，将热源水作为热源，形成热源水流通循环回路；其蒸发器的进出口端分别与热水罐B仓21管路连接，形成冷媒流通循环回路，将冷媒在其内降温后，在出口端得到低温水。低温水的温度为1～20℃。把末级喷射泵排出的无压力废蒸汽加热热水罐A仓的水，连接吸收式制冷设备生产低温水，然后送入一号冷凝器8作为冷却进水。低温进水使得一号冷凝器的工作点提前，可以节约30％左右的蒸汽和30％左右的冷却水量这样既降低了冷却塔的负荷，又用废蒸汽的热量生产出恒定温度的低温水。为了防止末级喷射泵排出的蒸汽量不能满足热水罐A仓中需要的热量，可在热水罐A仓中另外管路连接工艺余热源，作为补充热源。

上述吸收式制冷机16的低温水出口与最前端的冷凝器管路连通，用于将低温水管路输送至最前端的冷凝器喷淋装置，作为喷淋用水。在最前端的冷凝器和吸收式制冷机16的连接管路上设置有一热水罐D仓21，用于盛装低温水。

在最前端的冷凝器前串联连接有两级喷射泵，前端的喷射泵通过管路与真空罐1相连接，用于将真空罐1中的废气体由前到后传输，并由末级喷射泵排出。

各喷射泵均与蒸汽源供给装置5管路连接，蒸汽源供给装置5用于提供动力蒸汽。

热水罐A仓18、热水罐B仓21、热水罐C仓23和热水罐D仓23并列设置于同一罐体中，且各仓的上部相连通。当某一仓内水量多时，由上部溢出进入其他仓。

上述蒸汽喷射真空泵机组中，各冷凝器独立水平设置，且放置于承重平台上。或者，各冷凝器在竖直方向上依次叠放，且顶层的冷凝器为最前端的冷凝器。

上述蒸汽喷射真空泵机组的一种排布方式如下：蒸汽喷射真空泵机组为三级设置，三个冷凝器独立设置，且各自水平放置于承重台。

上述蒸汽喷射真空泵机组的另一种排布方式如下：蒸汽喷射真空泵机组为三级设置，三个冷凝器在竖直方向上依次叠放；冷凝器自身具有高度，在叠加放置时，下部的冷凝器相当于放置在一定的高度处，上部的冷凝器在工作时，在重力的作用下，即能实现将水和气体输送至下部冷凝器中。不需要再建设承重台来放置各冷凝器，节省了费用和场地。

作为本发明中的一个实施例，蒸汽喷射真空泵机组以设置三级为例；由前到后或者由上到下分别命名为三级喷射泵9、四级喷射泵11和五级喷射泵13，各级中串联连接的冷凝器，由前到后或者由上到下分别为一号冷凝器8、二号冷凝器10和三号冷凝器12。各冷凝器为直接冷凝器或间接冷凝器。设有进气口、排气口、进水口和排水口。

当为直接冷凝器时，直接冷凝器为真空容器，设有进气口、排气口、进水口和排水口；其内均设置有喷淋装置；喷淋装置用于喷淋低温水，与进水口管路连接。进水口一般开设于各冷凝器的上部或者中部。排水口位于下部。进气口和排气口并没有严格的位置要求，一般进气口开设于中部，而出气口位于上部。

当为间接冷凝器中，低温水和混合气体不直接接触，两者一个在管程中，一个在壳程中，在本实施例中，低温水的路线为管程，进水口和出水口均开设在冷凝器壳体的下部。进气口和排气口的位置由设计条件决定。

在一号冷凝器8前串联连接有两级蒸汽喷射真空泵，分别为第一级喷射泵6和第二级喷射泵7，且第一级喷射泵6与真空罐1管路连接。真空罐1中用于盛装待处理物体。各级喷射泵均与蒸汽源供给装置5管路连接，蒸汽源供给装置5向各蒸汽喷射真空泵提供蒸汽，作为动力蒸汽，以携带由真空罐1中抽出的气体在管路中输送，并在第二级喷射泵7出口达到设定的压强，与低温水换热相匹配。真空罐1和第一级喷射泵6间依次连接有第一除尘器2和第二除尘器3，在第二除尘器3的出口管路上设置有主截止阀4。真空罐1中抽出得气体的杂质经第一除尘器2和第二除尘器3后被过滤掉。

在本实施例中，设置有一热水罐，在其腔体内，沿水平向分割为热水罐A仓18、热水罐B仓21、热水罐C仓21和热水罐D仓23，上述热水罐A仓18中盛装有盛装热源水，热水罐B仓21中盛装冷媒水。热水罐A仓18、热水罐B仓21、热水罐C仓21和热水罐D仓23的上部空间并未隔离，各仓相连通，当一个仓内的水过多时，可以流向其他仓。在热水罐A仓18的前端设置缓存仓，使热交换后的交换水流入时，先流入缓冲仓，以起到缓存的作用。由于热水罐A仓18中的热源水的温度高，在热水罐A仓18和热水罐B仓21间还设置有竖直向的隔热板。

本实施例中，将上述五级喷射泵13末端排喷出的废蒸汽作为制冷机16的热源使用。五级喷射泵13的蒸汽出口与热水罐A仓18的一入口管路连接，以将五级喷射泵13末端的蒸汽排入热源水中，在热源水中放热，热源水的温度升至超过85℃。升温后的热源水作为吸收式制冷设备16的热源。吸收式制冷设备16的发生器的两端分别与热水罐A仓18管路连接形成热源水流通循环回路。热水罐A仓18中的热源水经过发生器后，先流入缓冲仓，再返回热水罐A仓18。

同时，热水罐B仓21的与吸收式制冷设备16的蒸发器所在的通道管路连接，形成低温水流通通道，将次低温水在其内降温后，在出口端得到1～20℃的低温水。

热水罐B仓21与吸收式制冷设备16间的管路上设置有第二水泵19。在一号冷凝器8和吸收式制冷机16的连接管路上设置有热水罐D仓21，用于盛装低温水。热水罐D仓23的出口与一号冷凝器8的喷淋装置管路连接，在管路上设置有第四水泵24，以将低温水通过管路输送至一号冷凝器8的喷淋装置，与动力蒸汽及其携带的气体混合，得喷淋后的水。经一次喷淋后的不可凝混合气体经管路输送至三级喷射泵9中，增压后，输送至二号冷凝器10中。

上述一号冷凝器8的排水口与热水罐C仓21的一入口管路连接，热水罐C仓21的出口与二号冷凝器10和三号冷凝器12均管路连接，在管路上设置有第三水泵20，以将喷淋后的水输送至二号冷凝器10和三号冷凝器12的喷流装置，在二号冷凝器10中，与输入的动力蒸汽及其携带的气体喷淋混合，得到次低温水。同时二次喷淋后的混合气体经管路输送至四级喷射泵11中，增压后，管路输送至三号冷凝器12中，与三号冷凝器12的喷淋装置喷洒的次冷水混合，得到再冷水。同时，三次喷淋后的混合气体经管路输送中三号冷凝器12中。二号冷凝器10和三号冷凝器12的的排水口均与热水罐B仓21的入口管路连接，以将再冷水输送至热水罐B仓21中，形成水循环回路，节约了用水。

本发明中一种利用工艺余热和排汽余热的蒸汽喷射真空泵机组的工作过程如下：在真空罐1中装入待处理物体，如融化的钢水。首先为各个冷凝器供水，为制冷机供给热水，产生低温水。首先开启五级喷射泵13，再依次开启四级喷射泵11、三级喷射泵9、二级蒸汽喷射真空泵7和一级蒸汽喷射真空泵6，同时蒸汽源供给装置5中的蒸汽输送至各蒸汽喷射真空泵13中，五级喷射泵13中排出的蒸汽经出口排入热水罐A仓18中，使得热水罐A仓18里热源水的温度迅速达到85度以上，升温后的热源水被第一水泵17送入吸收式制冷机16中，降温后返回热水罐A仓18循环。热水罐B仓21中的水进入制冷设备，降温得到1～20℃的低温水，然后管路输送至热水罐D仓23。由第四水泵24输送至一号冷凝器8中，喷淋后升温，排入热水罐B仓21里。再由第三水泵20送到二号冷凝器10和三号冷凝器12喷淋吸热，升温后排入热水罐B仓19里。真空罐1中待处理物体产生的废气和杂质通过第一除尘器2和第二除尘器3除去杂质，其余废气通过主截止阀4和各级喷射泵及冷凝器排入热水罐A仓中，使真空罐1内达到工艺要求的真空度。在停止抽真空时，先关闭一级蒸汽喷射真空泵6，再依次关闭二级蒸汽喷射真空泵7、三级喷射泵9、四级喷射泵11和五级喷射泵13，并关闭蒸汽源供给装置5。