,在蒸汽噴射器中蒸汽經(jīng)過三個(gè)工作階段:絕熱膨脹階段
,混合階段和壓縮階段。
在絕熱膨脹階段水蒸汽通過噴嘴絕熱膨脹
,將其壓力能轉(zhuǎn)化為速度能
,以很高速度噴射出去。
在混合階段是水蒸汽與被抽的低壓氣體進(jìn)行混合
,二股氣流進(jìn)行能量交換
,被子抽氣流的速度增加,水蒸汽攜帶著被抽氣體進(jìn)入到擴(kuò)壓器中
。
混合階段在擴(kuò)壓器中水蒸汽與被抽氣體一邊繼續(xù)進(jìn)行能量交換
,一邊逐漸壓縮,動(dòng)能又轉(zhuǎn)化為位能
,到擴(kuò)壓器的喉部完成混合階段
,兩種氣流達(dá)到同一速度。再經(jīng)過擴(kuò)散
,此時(shí)速度降低
,壓力進(jìn)一步擴(kuò)大,從而將被抽氣體排出噴射器
,完成蒸汽噴射器的工作過程
。
被增壓的水蒸汽進(jìn)入冷凝器,在冷凝器(加熱器)中在近似等壓的過程中冷凝為凝結(jié)水
,同時(shí)放出汽化潛熱
。此時(shí)的凝結(jié)水壓力還比較高,可以再次利用
,采用減壓閥對(duì)其進(jìn)行減壓汽化
,再經(jīng)過下一級(jí)的冷凝器繼續(xù)凝結(jié)放熱。冷凝器放出的熱量在風(fēng)機(jī)的引導(dǎo)下進(jìn)入木材干燥窯對(duì)窯內(nèi)的木材進(jìn)行加熱
。
冷凝器里的水蒸汽放出汽化潛熱后的凝結(jié)水一部分流向凝結(jié)水箱
,泵送至鍋爐。另一部分經(jīng)膨脹閥絕熱降壓成低壓的凝結(jié)水
,在蒸發(fā)器中吸收汽化潛熱蒸發(fā)成低壓水蒸汽
,然后被噴射器引射,在混合管中與噴射蒸汽混合
,成為高溫高壓蒸汽
,流入冷凝器。
從干燥室排出的熱濕空氣流過蒸發(fā)器的表面時(shí)
,由于熱濕空氣的熱量被蒸發(fā)器吸收
,使熱濕空氣的溫度降低,當(dāng)溫度降到露點(diǎn)時(shí)
,濕空氣中所含的水蒸汽在蒸發(fā)器表面冷凝成水
,并匯集排出機(jī)外
。濕空氣經(jīng)脫水成為干空氣,被風(fēng)機(jī)送至冷凝器加熱后再送回干燥窯
,加熱和干燥木材
,如此反復(fù)循環(huán)。
這種熱泵供熱系統(tǒng)采用的供熱介質(zhì)是有一定壓力的水蒸汽
,所以供熱溫度較高可以達(dá)到100℃以上
,窯內(nèi)溫度利用加熱閥調(diào)節(jié)供氣壓力和供氣量來(lái)控制冷凝器內(nèi)水蒸汽的壓力和流量。當(dāng)需要對(duì)干燥窯內(nèi)木材進(jìn)行加熱和增濕時(shí)
,只需關(guān)閉蒸汽噴射器前面的加熱閥
,開啟旁通管上的蒸汽閥,只對(duì)窯內(nèi)木材加熱
,濕度還未達(dá)到要求
,再打開噴蒸閥提高窯內(nèi)的相對(duì)濕度
。由于沒有進(jìn)排氣道
,減少排熱損失。
對(duì)于一個(gè)干燥50m3木材的干燥窯來(lái)說
,如果干燥窯內(nèi)的最高溫度為100℃
,每小時(shí)應(yīng)由冷凝器(加熱器)供給的熱消耗量2.833×105 kJ/h,冷凝器每小時(shí)的蒸汽消耗量為152.41 kg/h
,每小時(shí)所需處理的循環(huán)空氣量1.35 kg/s
,可采用2臺(tái)并聯(lián)SRL5×5/3型加熱器為一組,將四組加熱器串聯(lián)便可滿足需要
。
蒸發(fā)器是蒸汽噴射式熱泵熱力系統(tǒng)的主要部件
,主要作用是將窯內(nèi)熱濕空氣冷卻除濕。每小時(shí)流過材堆的循環(huán)空氣量為5083.2kg/h
。每小時(shí)流過蒸發(fā)器表面的空氣為總的濕空氣循環(huán)量的1/3至2/3
,為此選定4臺(tái)型號(hào)為SRL5×5/3型換熱器。
蒸汽噴射泵的結(jié)構(gòu)由噴嘴
、吸引室
、混合室、擴(kuò)壓管等部件組成如圖4所示
,其工作原理是噴射蒸汽在壓力Pp下以高速度WP進(jìn)入噴管實(shí)行絕熱膨脹
,它的壓力由Pp降為P2,而速度由WP提高為W2射往混合室
。同時(shí)
,它將壓力為PH的被引射蒸汽吸入噴射泵內(nèi),被引射蒸汽在壓力P2下以速度W2進(jìn)入混合室
。在混合室內(nèi)引射蒸汽和被引射蒸汽相互混合
,他們的速度也逐漸趨一致
。在混合室的末端以共同的壓力P3和速度W3進(jìn)入擴(kuò)壓管,在擴(kuò)壓管中
,速度由W3降為Wc
,而壓力卻由P3提高Pc后送出噴射泵。
噴射器的工作蒸汽在噴嘴處的入口絕對(duì)壓力為:Pp = 0.40MPa
,νp = 0.46242 m3/kg
;被吸入蒸汽的絕對(duì)壓力為: PH = 0.0199MPa,νH = 7.6686 m3/kg
;從擴(kuò)壓管噴出的混合蒸汽絕對(duì)壓力為:Pc = 0.14326MPa
,νc = 1.2106 m3/kg。計(jì)算求得質(zhì)量比為1.8
。蒸汽噴射速度443.01 m/s
;被吸入蒸汽的吸入速度402.39 m/s;混合蒸汽的噴射速度428.97 m/s
。蒸汽噴射器的臨界直徑5.7 mm
;噴嘴出口13.2 mm。噴嘴出口錐角取20O
,長(zhǎng)L1為 21.3 mm
;噴嘴入口直徑0.0171 m;噴嘴入口長(zhǎng)度Lp為0.1026 m
;旌瞎苤睆絛3為 0.0190 m;混合管長(zhǎng)度Lk 為 0.114 m
。擴(kuò)壓管出口直徑為 0.0475 m
;擴(kuò)散管長(zhǎng)度Lh 為 0.171 m。
熱泵的性能系數(shù):當(dāng)蒸發(fā)器出口蒸汽為飽和蒸汽時(shí)COP=1.53
;蒸發(fā)器出口蒸汽為過熱蒸汽時(shí)COP=1.61
。
由此可見蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)比常規(guī)的蒸汽供熱系統(tǒng)節(jié)能50%以上。當(dāng)蒸發(fā)器出口溫度為過熱蒸汽時(shí)
,可以節(jié)能60%以上
。用蒸汽噴射器代替壓縮機(jī),蒸汽噴射器沒有運(yùn)動(dòng)部件
,使用壽命較長(zhǎng)
。
4 結(jié)論
1)用于木材干燥的蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)與常規(guī)的蒸汽供熱系統(tǒng)相比可以節(jié)約能源。
2)蒸汽噴射式熱泵供熱系統(tǒng)干燥窯與除濕干燥窯相比適應(yīng)性廣
,可以對(duì)各種木材進(jìn)行不同溫度的干燥包括高溫干燥
,因而能縮短干燥周期;能對(duì)木材進(jìn)行噴蒸處理,所以干燥質(zhì)量得以保證
。
3)用蒸汽噴射器代替壓縮機(jī)
,由于沒有運(yùn)動(dòng)部件,使用壽命長(zhǎng)
。