一种基于波转子设备的功交换网络实现方法 |
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| 申请号 | CN202210172818.6 | 申请日 | 2022-02-24 | 公开(公告)号 | CN114562341B | 公开(公告)日 | 2023-06-23 |
| 申请人 | 艾肯(江苏)工业技术有限公司; 大连理工大学; | 发明人 | 代玉强; 张璐伟; 郝刚; 武锦涛; 张正凯; 陈震翔; 葛剑; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于波 转子 设备的功交换网络实现方法，涉及工程节能技术领域；本发明通过非定常气波直接传递压 力 能，实现公用工程 蒸汽 的膨胀降温和高低压蒸汽等的换功过程，辅以高膨胀比喷射 增压 器 ，组成灵活多样的公用蒸汽功交换网络，达到节能目的；将波转子与喷射 增压器 根据工作特点进行不同形式的布置方式，实现高压蒸汽的膨胀降温过程，低品质蒸汽增压增温过程和高低压蒸汽的功交换过程等功能，无需消耗外界轴功，解决目前工业减压、减温压力能损失及额外生产蒸汽量低的现实问题，符合可持续发展原则，对工业过程装置降低能耗有益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于波转子设备的功交换网络实现方法，其特征在于：所述功交换网络包括蒸汽的膨胀降温和高低压蒸汽流股过程，所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现； |
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| 说明书全文 | 一种基于波转子设备的功交换网络实现方法技术领域[0001] 本发明涉及工程节能技术领域，具体为一种基于波转子设备的功交换网络实现方法。 背景技术[0002] 在整个社会生产中，过程工业的能耗占相当大的一部分；蒸汽在过程工业中起着至关重要的作用，高效利用蒸汽是传统工业为实现我国碳中和目标的重要改进手段。在过程系统工程中，换热网络综合技术较为成熟，且应用日渐广泛；但对于表压小于1bar的低品质蒸汽，通常使用冷凝器回收软水，造成了压力能的浪费；对于高压公用蒸汽减温减压，通常使用节流及喷嘴组成的减温减压装置达到使用目标，造成了巨大的压力能和热能浪费；功交换网络综合技术现在也备受关注，但其关键设备膨胀‑增压设备存在开发难题，高温高压蒸汽的带液率操作是开发此类大体积流量、高转速换功设备的技术瓶颈； [0003] 波转子是一种非定常流动设备，能够通过压力波传递能量，转子通道内的气波运动可使得波转子内的两种压力不同的流体直接交换压力能；喷射增压器是一种静止式增压设备，高压流体通过喷嘴以超音速喷出，在混合室与卷吸引力的低压流体发生动量和质量交换；因此，如何利用波转子和喷射增压器应用在功交换网络中，来提升低品质水蒸气的压力是亟待解决的技术问题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种基于波转子设备的功交换网络实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于波转子设备的功交换网络实现方法，所述功交换网络包括蒸汽的膨胀降温和高低压蒸汽流股过程，所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现。 [0006] 进一步的，所述高低压蒸汽流股的功交换工况B，使用波转子1b，所述波转子1b为三端口或者四端口类型中的任意一种，获取高压流股HPn和低压流股LPi；i和n均指流股中的股序数； [0007] 将所述高压流股HPn流入四端口波转子1b的高压端口，在四端口波转子1b内完成气波膨胀过程，并从四端口波转子1b的低压端口排出气流，达到目标压力LPn；所述低压流股LPi进入四端口波转子1b的低压端口，在四端口波转子1b内完成激波压缩和气波膨胀的功交换过程，被激波压缩升温升压后的流股自四端口波转子1b的高温端口排出，达到目标压力MPi。 [0008] 进一步的，所述蒸汽的膨胀降温的工况C，由外循环耗散式四端口波转子1c、换热器2c和降压单元3c组成，分别获取高压流股HPi和循环流股； [0009] 将所述高压流股HPi流入外循环耗散式四端口波转子1c内的高压端口中，完成气波膨胀过程，并从外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口排出降温降压后的气流，达到目标压力的LPi；将所述循环流股流入外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口，在外循环耗散式四端口波转子1c内完成激波增压过程后，从外循环耗散式四端口波转子1c的高压端口排出，将排出的汽体从换热器2c和降压单元3c所串联组成的路径中流出，并重新流入外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口中。 [0010] 进一步的，所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现，并配置性能参数，所述性能参数包括增压比、膨胀比和引射率。 [0011] 进一步的，所述功交换网络还包括，在高膨胀比值大于等于2.0、低增压比的值大于等于1.0小于1.5和低引射率大于等于0.15小于0.2，所对应的工况A；所述工况A使用喷射增压器1a与三端口波转子2a的串联组合或者喷射增压器1a与喷射增压器3a的串联组合实现； [0012] 在喷射增压器1a与三端口波转子2a串联组合时： [0013] 将高压流股HPi流入喷射增压器1a的高压端口以及低压流股LPi流入喷射增压器1a的次流端口，并将气流在喷射增压器1a内完成动量交换、混合和扩压过程后，将气流从喷射增压器1a的出口排出；将所述喷射增压器的输出口与三端口波转子2a的低压端口串联连接，将高压流股HPn流入三端口波转子2a的高压端口，并将气流在三端口波转子2a中的出口排出，达到中压流股MPi； [0014] 在喷射增压器1a与喷射增压器3a串联组合时： [0015] 将高压流股HPi流入喷射增压器1a的高压端口，并将气流从喷射增压器1a的出口流入至喷射增压器3a的高压端口中，从喷射增压器3a的出口排出，达到中压流股MPi。 [0016] 所述功交换网络还包括在低膨胀比值大于等于1.5小于2.0、低增压比值大于1.0小于2.0、高引射率为大于0.2小于0.35时的工况D；所述工况D使用三端口波转子1d，获取高压流股HPi； [0017] 将所述高压流股HPi流入三端口波转子1d的高压端口中，将所述低压流股LPi流入三端口波转子1d的低压端口中，并将汽流在三端口波转子1d中混合后，达到目标压力MPi。 [0018] 所述交换网络还包括，在低膨胀比小于等于2.0、高增压比大于1.5的工况E；在工况E中，使用多级三端口波转子进行串联，获取中压流股MPi、MPn、低压流股LPn和高压流股HPn； [0019] 将所述中压流股MPn流入三端口波转子1e的高压端口以及低压流股LPn流入三端口波转子1e的低压端口中，并将气流在三端口波转子中进行功交换和混合，并从三端口波转子1e中的出口流入至三端口波转子2e中的低压端口中，将所述中压流股MPi流入三端口波转子2e的高压端口中，将气流在三端口波转子中进行功交换和混合后，从三端口波转子2e中的出口流入至三端口波转子3e中的低压端口，将高压流股HPn流入至三端口波转子3e中的高压端口，将气流在三端口3e中完成换功过程和混合过程，混合后，从三端口波转子3e中的出口排出，达到目标压力MPn。 [0020] 在性能参数交叉范围内，波转子和喷射器能交换使用。 [0022] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明将波转子和喷射增压器进行组合使用，对高品质蒸汽降压过程，高效利用了高品质蒸汽的压力能，提升了低品质蒸汽的压力，避免了能源的浪费，起到了节能的作用；提高了整个工艺循环系统的效率；本发明中的波转子可以进行带液操作，工作转速低，抗腐蚀性好，解决了水蒸气功交换器选择困难的问题；本发明根据喷射增压器和波转子的优点进行适当工况下的组合组成了灵活多样的功交换网络。附图说明 [0024] 图1是本发明中功交换网络的工作流程示意图。 具体实施方式[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 请参阅图1，本发明提供技术方案： [0027] 一种基于波转子设备的功交换网络实现方法，所述功交换网络包括蒸汽的膨胀降温和高低压蒸汽流股过程，所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现； [0028] 所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现，所述实现方式可以包括喷射增压器的单独使用、波转子和喷射增压器的串联使用、多个喷射增压器的串联使用。 [0029] 进一步的，所述高低压蒸汽流股的功交换工况B，使用波转子1b，所述波转子1b为三端口或者四端口类型中的任意一种，获取高压流股HPn和低压流股LPi；i和n均指流股中的股序数； [0030] 将所述高压流股HPn流入四端口波转子1b的高压端口，在四端口波转子1b内完成气波膨胀过程，并从四端口波转子1b的低压端口排出气流，达到目标压力LPn；所述低压流股LPi进入四端口波转子1b的低压端口，在四端口波转子1b内完成激波压缩和气波膨胀的功交换过程，被激波压缩升温升压后的流股自四端口波转子1b的高温端口排出，达到目标压力MPi； [0032] 进一步的，所述蒸汽的膨胀降温的工况C，由外循环耗散式四端口波转子1c、换热器2c和降压单元3c组成，分别获取高压流股HPi和循环流股； [0033] 将所述高压流股HPi流入外循环耗散式四端口波转子1c内的高压端口中，完成气波膨胀过程，并从外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口排出降温降压后的气流，达到目标压力的LPi；将所述循环流股流入外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口，在外循环耗散式四端口波转子1c内完成激波增压过程后，从外循环耗散式四端口波转子1c的高压端口排出，将排出的汽体从换热器2c和降压单元3c所串联组成的路径中流出，并重新流入外循环耗散式四端口波转子1c的低压端口中； [0034] 所述循环流股能够起到节流降压和热耗散的作用。 [0035] 进一步的，所述功交换网络使用波转子和喷射增压器实现，并配置性能参数，所述性能参数包括增压比、膨胀比和引射率。 [0036] 进一步的，所述功交换网络还包括，在高膨胀比值大于等于2.0、低增压比的值大于等于1.0小于1.5和低引射率大于等于0.15小于0.2，所对应的工况A；所述工况A使用喷射增压器1a与三端口波转子2a的串联组合或者喷射增压器1a与喷射增压器3a的串联组合实现； [0037] 在喷射增压器1a与三端口波转子2a串联组合时： [0038] 将高压流股HPi流入喷射增压器1a的高压端口以及低压流股LPi流入喷射增压器1a的次流端口，并将气流在喷射增压器1a内完成动量交换、混合和扩压过程后，将气流从喷射增压器1a的出口排出；将所述喷射增压器的输出口与三端口波转子2a的低压端口串联连接，将高压流股HPn流入三端口波转子2a的高压端口，并将气流在三端口波转子2a中的出口排出，达到中压流股MPi； [0039] 在喷射增压器1a与喷射增压器3a串联组合时： [0040] 将高压流股HPi流入喷射增压器1a的高压端口，并将气流从喷射增压器1a的出口流入至喷射增压器3a的高压端口中，从喷射增压器3a的出口排出，达到中压流股MPi； [0041] 所述动量交换是指高压流股的动量和低压流股的动量，高压流股和低压流股的流动速度不相同，会使得高压流股和低压流股碰撞在一起时发生动量的交换； [0042] 所述混合是指高压流股和低压流股的混合过程，此处所指混合包括动量和能量的混合； [0043] 所述扩压是指混合后的流体在扩压段的速度降低时，导致压力增大的现象； [0044] 在工况A中，涉及到到了两种串联组合：第一种为：喷射增压器与喷射增压器的串联组合；第二种为：喷射增压器与三端口波转子的串联组合；上述两种串联组合最终都能够达到中压流股MPi, [0045] 喷射器所适用的膨胀压力比范围大，但为了提高喷射器的引射能力，喷射器的膨胀压力比值通常需大于2.0；波转子适宜的膨胀比在1.5～2.5；波转子和喷射器能够在一定膨胀比范围内交换使用，用户根据性能参数的需要，任意选择第一种串联组合或者第二种串联组合。 [0046] 所述功交换网络还包括在低膨胀比值大于等于1.5小于2.0、低增压比值大于1.0小于2.0、高引射率为大于0.2小于0.35时的工况D；所述工况D使用三端口波转子1d，获取高压流股HPi； [0047] 将所述高压流股HPi流入三端口波转子1d的高压端口中，将所述低压流股LPi流入三端口波转子1d的低压端口中，并将汽流在三端口波转子1d中混合后，达到目标压力MPi； [0048] 所述工况D也为低压蒸汽气波增压。 [0049] 所述交换网络还包括，在低膨胀比小于等于2.0、高增压比大于1.5的工况E；在工况E中，使用多级三端口波转子进行串联，获取中压流股MPi、MPn、低压流股LPn和高压流股HPn； [0050] 将所述中压流股MPn流入三端口波转子1e的高压端口以及低压流股LPn流入三端口波转子1e的低压端口中，并将气流在三端口波转子中进行功交换和混合，并从三端口波转子1e中的出口流入至三端口波转子2e中的低压端口中，将所述中压流股MPi流入三端口波转子2e的高压端口中，将气流在三端口波转子中进行功交换和混合后，从三端口波转子2e中的出口流入至三端口波转子3e中的低压端口，将高压流股HPn流入至三端口波转子3e中的高压端口，将气流在三端口3e中完成换功过程和混合过程，混合后，从三端口波转子3e中的出口排出，达到目标压力MPn。 [0051] 在性能参数交叉范围内，波转子和喷射器能交换使用。 [0052] 若高压流股疏水效果低于预设效果，并且包含大量凝结水时，采用闪蒸膨胀型波转子设备与常规波转子设备组合实现； [0053] 所述疏水效果低于预设效果是指排出蒸汽输送过程中出现的凝结水，但是所排出的凝结水效果不理想；所述包含大量凝结水的工况，是指凝结水的重量百分比大于30％，将采用闪膨胀型波转子设备与常规波转子设备组合；所述常规波转子设备是指不同于闪蒸膨胀型波转子设备的波转子设备，所述闪蒸膨胀型波转子设备使用了高压饱和流体闪蒸或者无相变膨胀得到的高压流体对气体增压，使得压缩机对气体增压成为可能，闪蒸膨胀型波转子设备的具体构件可详见专利202011108862.8。 [0054] 在附图1中，包括：喷射增压器1a，三端口波转子2a，喷射增压器3a，四端口波转子1b，外循环耗散式四端口波转子1c，换热器2c，降压单元3c，三端口波转子1d，三端口波转子 1e、2e、3e，各压力蒸汽流股：高压流股为HPi…HPn，中压流股MPi…MPn，低压流股LPi…LPn。 [0055] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。 [0056] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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