摘要：利用低压蒸汽喷射式制冷机，以水为制冷剂和载冷剂，将焦化厂蒸汽吸气机使用完毕后的低压蒸汽作为动力源，制取低温水，实现了高效节能。
关键词：低压蒸汽；蒸发器；喷射器；节能
1 工作原理
蒸汽喷射制冷机主要以水为制冷剂，水和其它制冷工质一样，在某一状态下，其压力越低，相应的沸点温度亦越低。蒸汽喷射制冷就是利用水的这一特性。通过主喷射器使蒸发器内造成一定的真空，需要冷却的水被送入蒸发器后，在此真空条件下，部分水即沸腾蒸发，吸收人量的蒸发潜热，从而使另一部分未被蒸发的水因失热而被冷却到与蒸发器内真空压力也相对应的沸点温度。
2 主要设备简介
2.1 制冷蒸发器
制冷蒸发器又称冷冻塔，是低压蒸汽制冷装置中重要的组成部分。其主要功能是在蒸发器内，借一部分水的绝热蒸发带走水的潜热，使剩下的95％～98％的水迅速失热而降温达到所需要求的制冷水的温度。制冷蒸发器内部有筛板隔开的蒸发室。水从上部引进，经水的分布器洒下筛板，筛板孔一般为5-8mm若干个。要求水质好，不得有杂物。每层筛板是封闭的、分块的，以螺丝拧紧定位。分块筛板用不锈钢板制成，以防止腐蚀。蒸发器外表面及所有的进出口管道均需要保温以减少热损失。
2.2主喷射器
主喷射器在蒸汽喷射制冷循环中，起着压缩机的作用。从蒸发器内蒸发的冷媒蒸汽，经主喷射器的压缩升压提高到冷凝压力后，排入主冷凝器中冷凝。从而在蒸发器内达到制冷效果。主喷射器由主喷嘴和扩压器两部分组成。主喷射器是低压蒸汽制冷机的心脏，主喷射器抽出的是混合气。
2.3 辅助喷射器
辅助喷射器是把系统中不可凝气体排到大气中。这些不凝气体主要是空气、二氧化碳，它们是水在加热中放出来的气体，另一部分是从管路和设备渗进来的气体，同时也把不凝气体和部分水蒸气混合物排出去，达到一定的真空度。特别是开车启动时必须先开动一、二级辅助喷射器，把装置内部空气及水蒸气混合物抽空至少到0.065Mpa真空度以上才能保证顺利开车和正常运行。
2.4 混合冷凝器
冷凝器从安装和结构形式来看都属于立式，包括辅助冷凝器在内，只是直径和高度有所区别。冷凝器多用整体封闭式筛孔扳，水和蒸汽均采用对流式运动，即水从顶部往下运动，蒸汽从底部通入向上运动，两者在器内直接接触进行热交换，完成蒸汽冷凝过程。最后冷凝水从底部排出。冷却水的排出温度被假定为冷凝温度。主冷凝器内的空气和剩余蒸汽温度也接近冷凝温度。有三个冷凝室。每个冷凝室都有封闭的筛孔板隔开。在工作时必须有一个液面高度做为静压头来隔开三个冷凝室，而在隔板上下面从筒体外面有一个门型连通管，被称之为导气管，把空气引向顶部被一、二辅助喷射器把空气排出系统之外，当然要要求进冷却水量及通入的蒸汽压保持稳定，充分达到气液两相热交换，保证真空度相对稳定，也是保证了制冷量的稳定。
2.5 辅助冷凝器
辅助冷凝器把不凝气体排出系统，使制冷机正常运行。同时把没有全部冷凝的蒸汽再次冷凝，保证前段真空完成制冷和降温的过程。为了防止大量的冷却水沿器壁下流与蒸汽接触不良，在筒体的中部设一圆环，使沿壁下流的冷却水通过圆环形成水膜，以增加同蒸汽的接触面积。
3 影响蒸汽机制冷的主要因素及解决措施
3.1 蒸汽压力和温度
蒸汽喷射器常用的工作蒸汽压力为0.3—1.5MPa，在一定的压力范围内工作蒸汽压力愈高，单位制冷量工作蒸汽的消耗量也就愈少，但当工作蒸汽增高到2.4MPa时，在节约蒸汽方面就不太有效了。这是因为蒸汽在扩压过程中增加了额外的蒸汽量，反而会减少喷射器的抽气量。采用的最低蒸汽工作蒸汽压力低于0.25MPa时，主喷射器的操作不易稳定。辅助射器所用工作蒸汽压力的下限大约为0.35MPa。不过在同一蒸发温度的情况，蒸汽压力愈低，单位制冷量所消耗的工作蒸汽量也就愈多。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工作蒸汽一般应比饱和或过热度高10—20℃的蒸汽。采用过热温度的蒸汽或湿蒸汽都没有好处，这是因为对高度过热蒸汽来说，蒸汽可用能量的增加被蒸汽密度的降低所抵消，而采用湿蒸汽时又会使蒸汽有效热能变小，并且还会因水滴的存在而造成喷嘴的侵蚀和堵塞，致使系统的真空度产生波动。
在使用过程中，为了保证蒸汽的压力，我们在入汽包前的主蒸汽管道上加装稳压调节阀，保证蒸汽压力稳定在0.35Mpa，为保证蒸汽温度，我们在蒸汽主管道上加装减温阀。通过向蒸汽管道喷洒部分软水，保证蒸汽温度。并在汽包前管道安装疏水器，使蒸汽冷凝水及时排除。
3.2 蒸发器内筛板结构及冷冻水量
蒸发器的蒸发量与制冷量密切相关，当制冷水的最终温度和蒸发压力下相对应的蒸汽温度的温差为零时，水的蒸发量最大。但是要获得极小的温差，就必须使送入蒸发器中的水滴具有最大的蒸发面积，如果送入的水滴直径过大，就不能获得与蒸发压力下饱和蒸汽温度相同的水温。为了使水滴具有最大的蒸发面积，冷冻水进蒸发室通过筛板能产生低压射流，分散成大小均匀的水滴和水柱，既能产生较大的蒸发面积，又能避免冷蒸汽带出过多的水滴。
蒸发器内筛板塔盘一共三层，通过打来检查发现，筛板塔盘内部堵塞严重，主要为生物污泥堵塞筛板，导致冷冻水在筛板塔盘内分布不均匀，影响水分的蒸发，导致换热效果变差。由于蒸汽制冷站只在夏季使用，且冷冻水为闭路循环，运行过程中，未考虑向冷冻水系统添加药剂，导致生物淤泥量增多。对此作业区根据实际情况制定了合理的加药数量。
为保证最佳的蒸发空间，通过打开人孔来确认冷冻水在蒸发器内的液面，保证冷冻水在筛板上的储存高度为200mm。对蒸发器的外壳进行了保温，减少外界辐射和对流热的传入。对蒸发器与吸入室的连接处，跟换为绝热垫圈，以减少从喷射器传入的热量。
3.3 冷凝器内筛板结构及冷冻水量
为了达到冷却水与蒸汽热交换最佳效果必须能满足下列三个条件：（1）冷却水与水蒸气接触面积愈大愈好：（2）冷却水与蒸汽接触面应该迅速持续改变状态；（3）冷却水同水蒸气接触时间尽最长些。
通过检查发现，筛板塔盘内部堵塞严重，主要为凉水塔废旧填料堵塞筛板，导致冷冻水在筛板塔盘内分布不均匀，影响水分的蒸发，导致换热效果变差。因此我们在冷却水入口加装滤网，当冷却水量降低时，及时清理滤网内杂质。为保证最佳的气液空间，通过打开人孔来确认冷却水在蒸发器内的液面，保证冷却水在筛板上的储存高度为总空间的2/3，增加了气液接触空间。
4 应用效果及经济效益计算
4.1 应用效果
（1）制冷温差最大可达23℃，制取冷水温度最低可达1℃，有效利用能源率高。
（2）利用水的三态物理变化过程来完成制冷，以水为制冷剂和载冷剂，不使用其他任何化学制剂，无任何环境污染，属于真正的绿色环保技术。
（3）操作简单方便，无人值守，属于真正的免维护设备。
（4）生产运行环境干净、整洁、舒适、环保。
4.2 经济效益
结合蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机与新型低压蒸汽喷射式制冷机组自身特点及相关技术要求，结合实际情况，经过科学计算我们得到150万kcal／时•台制冷机综合费用对比（制冷期150天，每天24小时不间断运行；用电费用按1元／Kw计算）
5 结语
由此可见，采用余热制冷不仅能使余热得到充分利用，同时还节省了电制冷所需的大量电费，一举两得。利用钢铁企业的余热蒸汽制冷不需另设热源，经济性很提高，既环保又能综合利用能源，达到节能减排降耗的目的。项目实施后，不仅余热蒸汽得到了充分利用，而且节约了大量能源，大大提高了能源的综合利用能力。
参考文献：
[1]钟继生，张秀.低压余热蒸汽在宣钢焦化厂的应用[C]//河北省冶金学会炼铁技术暨学术年会.2010.
论文作者:潘东山
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
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