一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组

摘要

本发明公开了一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组，包括冷凝器组和用于放置于地面的一个蓄冷罐，冷凝器组设置于蓄冷罐上，多个冷凝器在竖直方向上依次叠放。各冷凝器通过管路依次串联连接，形成气体流通通道；且最下层冷凝器的排气口与外界管路连通，用于将气体排至大气；最上层冷凝器中的喷淋装置与蓄冷罐管路连通，用于将蓄冷罐中的冷水或冰水混合物输送至喷淋装置。相邻的两个冷凝器间，上层的冷凝器的排水口与下层冷凝器的进水口管路连接，用于提供下层喷淋装置的喷淋用水。使用该真空机组，不再需要建负荷平台，节省了上百万元的费用；且采用1～20℃的低温水和阶梯用水方式为各个冷凝器供应冷却水，节能效果显著。

说明书

技术领域

本发明属于蓄冷储能及真空获得技术领域，具体涉及一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组。

背景技术

钢液真空脱气装置包括RH真空脱气炉，VD真空脱气炉，VOD真空脱气吹氧炉及VC真空脱气浇注炉。与钢液真空脱气装置相配套的真空机组常采用如下几种：全蒸汽喷射真空机组，蒸汽喷射水环真空机组以及罗茨机械真空机组。

全蒸汽喷射真空机组应用广泛，性能稳定。但是蒸汽、冷却水耗量较大，冷却水污染严重，浊环水池和高架平台投资较大。而对于蒸汽喷射水环真空机组，由于采用了水环真空泵做前级泵，能耗有所降低。近十几年使用效果良好，但是，冷却水污染严重，浊环水池和高架平台投资大的缺点依然没有解决。罗茨真空机组近年应用逐渐增加，主要是用电力驱动，不需要高压蒸汽。但是还存在一些不确定因素，容易产生故障，导致真空性能不稳定。

蒸汽喷射水环真空机组有4级喷射+水环泵，3级喷射+水环泵二种形式。不同的在于C1冷凝器前是二级增压泵还是三级增压泵，共同点是C1冷凝器的进水温度都是35度，在我国绝大部分地区，夏季采用冷却塔降温获得的循环水最低温度是35度左右，某些高温高湿地区夏季向冷却水池投入冰块降温，获得35度的循环水，以保证正常生产需要的真空度。

对于进水温度是35度的C1冷凝器，真空罐的真空度为67Pa时，二级和三级增压泵的总压缩比是完全相同的，其蒸汽和冷却水耗量也是相差不多的，蒸汽、冷却水耗量大。目前全蒸汽喷射真空机组在真空度67Pa，800kg/h的国际先进能耗指标中位数为蒸汽耗量28t/h(单耗35kg蒸汽/公斤干空气)，冷却水量1600mm

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，提供一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组，不再需要建负荷平台，节省了上百万元的费用；且采用1～20℃的低温水和阶梯用水方式为各个冷凝器供应冷却水，节能效果显著。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组，包括冷凝器组和用于放置于地面的一个蓄冷罐，冷凝器组设置于蓄冷罐上，且由多个冷凝器组成，多个冷凝器在竖直方向上依次叠放。

各冷凝器均为真空容器，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。

最上层冷凝器通过管路与真空罐相连接，用于将真空罐中的气体输入其内，各冷凝器通过管路依次串联连接，形成气体流通通道；且最下层冷凝器的排气口与外界管路连通，用于将气体排至大气；最上层冷凝器中的喷淋装置与蓄冷罐管路连通，用于将蓄冷罐中的冷水或冰水混合物输送至喷淋装置。

相邻的两个冷凝器间，上层的冷凝器的排水口与下层冷凝器的进水口管路连接，用于提供下层喷淋装置的喷淋用水；或者最上层冷凝器的排水口与其他各层冷凝器的进水口均管路连接，用于提供各层喷淋装置的喷淋用水；除去最上层的冷凝器，其他各层冷凝器的底部均与蓄冷罐相连通，用于将喷淋后的水输送至蓄冷罐。

还包括制冷装备，用于将蓄冷罐中的喷淋后的水冷却至低温水或冰水混合物。

进一步地，上述低温水或冰水混合物的温度为1～20℃。

进一步地，该制冷装备包括：换热管，用于放置于蓄冷罐中，冷却喷淋后的水；制冷机，其冷媒通道的两端与换热管的两端对应连接，形成循环回路，用于将降温后的冷媒输送至换热管内；其水通道的两端均与冷却塔管路连通，形成循环回路，用于冷却通过冷媒通道中的冷媒。

进一步地，还包括多个冷能储罐，各冷能储罐均与蓄冷罐管路连通，用于存储蓄冷罐中多余的低温水或冰水混合物。

进一步地，在真空罐和最上层冷凝器间串联连接有两级增压泵，各增压泵均与分汽包管路连通。

进一步地，在相邻的两个冷凝器间，上层冷凝器两冷凝腔的连接管路上均各连接有一喷射泵，各喷射泵均与分汽包管路连通。

进一步地，最下层冷凝器的底部与蓄冷罐相贯通，将蓄冷罐作为其蓄水罐。

进一步地，最下层冷凝器的排气口与外界连通的管路上设置有水环式真空泵，且管路与水环式真空泵的水路连通。

进一步地，在冷凝器组中，冷凝器为3个，包括：在竖直向上、由上到下依次叠加设置的C1冷凝器、C2冷凝器和C3冷凝器，C3冷凝器设置于蓄冷罐上。

进一步地，该C2冷凝器的排气口与C3冷凝器的进气口间通过两路并行的管路连通，且在两路管路上对应连接有S4A喷射泵和S4B喷射泵。

本发明具有如下优点：(1)各冷凝器在竖直方向上依次叠放，且最下层的冷凝器放置在蓄冷罐上，满足了在竖直方向上，上层水向下层的无动力输送，不再需要建负荷平台，节省了上百万元的费用。(2)采用1～20℃的低温水和阶梯用水方式为各个冷凝器供应冷却水，降低了最上层冷凝器前的增压泵的总压缩比，减少了冷凝器前的喷射泵排出的混合气体，其蒸汽耗量降低了60％左右，冷却水耗量降低了70％左右，节能效果显著。(3)使用蓄冷罐中的低温水，在最上层冷凝器中进行一次热交换，一次热交换水分为并行的多路管路输送至其他各层冷凝器中，作为其他各层冷凝器中的冷却用水，热交换后排入蓄冷罐，冷却用水形成一循环闭环回路，取消了庞大的浊环水池，节约了投资费用，也减轻了污染。(4)设置冷能储罐，可以在夜间低谷时蓄冷，白天工作，削峰填谷，使用低价电力，节省了费用。

附图说明

图1为本发明一种蓄能式蒸汽喷射水环真空机组的结构示意图；

其中：1.真空罐；2.粗除尘器；3.精除尘器；4.主截止阀；5.S1增压泵；6.S2增压泵；7.S4B喷射泵；8.阀门；9.C1冷凝器；10.S3喷射泵；11.第一调节阀；12.C2冷凝器；13.第二调节阀；14.阀门；15.废气流量计；17.水环真空泵；18.冷却塔；20.制冷机；21.冷媒泵；22.冷媒水槽；23.水泵；24.S4A喷射泵；25.C3冷凝器；26.水管；27.蓄冷罐；28.管道；29.分汽包，30.二管道。

具体实施方式

本发明一种蓄能式蒸汽喷射水环真空机组，如图1所示，包括：包括冷凝器组和用于放置于地面的一个蓄冷罐27，冷凝器组设置于蓄冷罐27上，且由多个冷凝器组成，多个冷凝器在竖直方向上依次叠放。冷凝器组竖直放置，由于各冷凝器自身有一定的高度，冷凝器中的水在重力作用下，管路输送至蓄冷罐27，且蓄冷罐27也作为一个高度支撑台。就不需要在额外修建承载平台放置冷凝器组，常规的平放的冷凝器，需要修改11米高的重载平台，需要的费用为上百万元。故采用本发明中的冷凝器组，仅重载平台一项，即可节约上百万元的费用。

各所述冷凝器均为真空容器，设有进气口、排气口、进水口和排水口；各冷凝器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。

最上层冷凝器通过管路与真空罐1相连接，用于将所述真空罐1中的气体输入其内，各所述冷凝器通过管路依次串联连接，形成气体流通通道；且最下层冷凝器的排气口与外界管路连通，用于将气体排至大气。真空罐1中的气体管路输送时，在到达最上层冷凝器的进气口时，要保证满足进气口的压力。

由于真空罐1中的气体由动力蒸汽携带流动，到达最上层冷凝器时，由于采用低温水作为最上层冷凝器的喷淋用水，降低了需要的压缩比。且由于各冷凝器管路串联连接，减少了最上层冷凝器前的动力蒸汽的消耗量。

最上层冷凝器中的喷淋装置与蓄冷罐27管路连通，用于将蓄冷罐27中的低温水输送至喷淋装置。低温水的温度为1～20℃。

相邻的两个冷凝器间，上层的冷凝器的排水口与下层冷凝器的进水口管路连接，用于提供下层喷淋装置的喷淋用水；或者最上层所述冷凝器的排水口与其他各层冷凝器的进水口均管路连接，用于提供各层喷淋装置的喷淋用水；除去最上层的冷凝器，其他各层冷凝器的底部均与所述蓄冷罐27相连通，用于将喷淋后的水输送至所述蓄冷罐27。其设置方式为，最下层冷凝器的底部与蓄冷罐27贯通，将蓄冷罐27作为其蓄水罐。其他各层冷凝器中设置竖直向的管路，以将喷淋后的水输送至蓄冷罐27。

上述低温水的温度为1～20℃，在进行一次热交换后，水温一般会升高5～10，也就是一次热交换后的水温为6～30℃左右，保证了一次热交换后的水能继续作为下一个冷凝器的热交换水使用，然后一次热交换后的水由并行管路输送至其他各层冷凝器中的喷淋装置中，与各层冷凝器中的蒸汽混合热交换。只是最上层的冷凝器中需要管路输入低温水，且低温水是分梯度依次使用，减少了低温水的使用量。

在上述各冷凝器的工作中，使用蓄冷罐27中的低温水作为冷却水，在最上层冷凝器中进行一次热交换，一次热交换水分为并行的多路管路输送至其他各层冷凝器中，作为其他各层冷凝器中的冷却用水，热交换后排入蓄冷罐27。冷却用水形成一循环闭环回路，二次热交换后的水，冷却后，作为冷却水，再次管路输送至最上层冷凝器的喷淋装置。因为形成了循环回路，热交换后的水的处理量是一定的，且不会随着时间的变化而增加，热交换后的水的处理量是一定的，且不会随着时间的变化而增加，不需要额外设置一冷却水处理池。且热交换后的水中的沉淀物，在蓄冷罐27中沉降至底部，定期处理。节约了投资费用，也减轻了污染。

还包括制冷装备，用于将蓄冷罐27中的喷淋后的水冷却至冷水或冰水混合物。在蓄冷罐27内，由于冷水和热水的密度存在差异，冷水或冰水混合物与热交换后的水在蓄冷罐27自动分层或设置隔板分层，冷水或冰水混合物位于蓄冷罐27内的下部，热交换后的水位于蓄冷罐27内的上部。

上述制冷装备包括：换热管，包括蛇形部分和直管部分，蛇形部分放置于蓄冷罐27中，冷却喷淋后的水。

制冷机20，其冷媒通道的两端与换热管的两端对应连接，形成循环回路，用于将降温后的冷媒输送至换热管内；其水通道的两端均与冷却塔18管路连通，形成循环回路，用于冷却通过冷媒通道中的冷媒。

还包括多个冷能储罐，各冷能储罐均与蓄冷罐27管路连通。由于在晚间用电低谷时间段，电费低，则可以在此时间段，由制冷装备制备足够的低温水或冰水混合物，并储存在多个冷能储罐中。在用电高峰期时，制冷装备停止工作，使用储存的冷水或冰水混合物。在用电高峰期时，制冷装备停止工作，使用储存的低温水或冰水混合物。

在真空罐1和最上层冷凝器间串联连接有两级增压泵，各增压泵均与分汽包29管路连通，分汽包29内储存蒸汽源，作为动力蒸汽，与由真空罐1中导出的气体混合，增大压力，以携带真空罐1中的气体导入最上层冷凝器中。在相邻的两个冷凝器间，两冷凝器的连接管路上均各连接有一喷射泵，各喷射泵均与分汽包29管路连通。由于采用的冷水或冰水混合物的温度为1～20℃，所以采用两级增压泵增压后，即能满足进入出口处的压力需求，且在1～20℃的温度下，需要的蒸汽压强较35℃水的压强低，降低了蒸汽耗量。在相邻的两个冷凝器间，排气口和进气口间的连接管路上均各连接有喷射泵。

本发明的一种实施例如图1所示，在冷凝器组中，冷凝器为3个，包括：在竖直向上、由上到下依次叠加设置的C1冷凝器9、C2冷凝器12和C3冷凝器25，C3冷凝器25放置于蓄冷罐27上，且与蓄冷罐27相连通；各冷凝器上均开设有进气口、排气口、进水口和排水口。进气口和进水口均开设在冷凝器的上部，且各进水口均与对应腔内的喷淋装置管路连通。排气口并没有严格的位置要求。

上述C1冷凝器9的排水口与C2冷凝器12和C3冷凝器25的喷淋装置并行连通；C1冷凝器9的喷淋水装置与真空罐1管路连接，其排气口与C2冷凝器12的进气口管路连通。

其中，C2冷凝器12的排气口与C3冷凝器25的进气口管路连接，其排水口与蓄冷罐27管路连通。其具体方式为，C2冷凝器12的底部竖直设置一连通管，且该连通管穿过C3冷凝器25，端部穿入蓄冷罐27中，C3冷凝器25的底部与蓄冷罐27相连通。

在该实施例中，各冷凝器在竖直方向上依次叠放，其最下层冷凝器放置在蓄冷罐27上，各冷凝器和蓄冷罐27自身均有一定的高度，在自身高度下，满足各层冷凝器中冷水的输送。不再需要修建承载冷凝器和蓄冷罐27负荷平台，节省了费用。而建造一个面积为300平米，高22米左右的负荷平台，需要的费用约为200多万。

上述真空罐1和C1冷凝器9的进气口管路连接，在管路上串联连接有两级增压泵，为串联连接的S1增压泵5和S2增压泵6。S1增压泵5和S2增压泵6均与分汽包29管路连接，蒸汽源管路输送至各增压泵，作为动力蒸汽。真空罐1中的气体依次经粗除尘器2和精除尘器3，精除尘器3的出口安装有主截止阀4。然后顺次经过S1增压泵5和S2增压泵6，在各增压泵中，与动力蒸汽混合增压，由S2增压泵6的出口导出，达到最上层冷凝器入口处所需的气体压强。

上述C3冷凝器25的排气口与各水环真空泵17的入口管路连接，并经水环真空泵17由抽气管道16排入大气。在抽气管道16上设置有废气流量计15。水环式真空泵的水路与蓄冷罐27的上部连通。水环真空泵17的抽气能力与进水温度关系很大，采用低温水使其具有较好的真空抽气能力。

工作时，上述蓄冷罐27中的低温水经过水泵23泵入C1冷凝器9的顶部，经喷淋装置喷洒，与进入C1冷凝器9中的气体和动力蒸汽混合，冷凝后，低温水温度略有提高，它从C1冷凝器9底部，分二路排出。一路通过第一调节阀11进入C2冷凝器12的喷淋装置，另一路通过第二调节阀13进入C3冷凝器25的喷淋装置，与进入C2冷凝器12和C3冷凝器25混合气体混合，冷凝。同时，C2冷凝器12中的水通过水管26进入蓄冷罐27，C3冷凝器25中的热交换后的水直接流入蓄冷罐27中。在蓄冷罐27经过降温处理后，再次得到低温水，然后泵入C1冷凝器9中，重复上述工作过程，循环使用。

蓄冷罐27中的热交换后的水由制冷装备降温，制冷装备包括：换热管，由蛇形部分和两端的直管部分组成，蛇形部分用于放置于蓄冷罐27中的热交换后的水中。冷媒水槽22，设置于蓄冷罐27外，具有出口和入口，其入口与换热管的一端管路连接。制冷机20，其冷却入口与冷媒水槽22的出口管路连通，冷却出口与蓄冷罐27下部管路连通，用于将热交换后的水降温至低温水或冰，并管路输送至蓄冷罐27的下部；制冷机20的冷却管路的两端均与冷却塔16管路连接，形成环路。

上述制冷机20为双工况制冷，制冷机20可以为蓄冷罐27储存充足的低温水或冰水混合物。可以保证一个钢液真空脱气装置循环的低温水用量或者一个白天的低温水用量。还可设置多个冷能储罐，各冷能储罐均为密闭真空容器，也均与蓄冷罐27中管路连通，以通过管路将蓄冷罐27中的冷水或冰水混合物输送并储存至各冷能储罐。在夜晚用电低谷时，制备足够多的冷水或冰水混合物，多余的冷水或冰水混合物储存在冷能储罐中。在白天用电高峰时，使用储存的冷水或冰水混合物，削峰填谷，使用低价电力经济实惠。

采用本实施例中的一种蓄冷水/冰式蒸汽喷射水环真空机组处理钢液，钢液真空脱气装置有多种，有RH，VD，VOD，VC等，不同的钢液真空脱气装置根据需要处理的钢液质量不同，则需要不同结构和容积的真空罐1，真空罐1设置有盖子，盖上盖子后，为封闭状。蓄冷罐27内储存足够的低温水或者冰水混合液。

工作过程如下：开启各水环式真空泵17，开启制冷机20，将蓄冷罐27里的水降低到需要的低温水。在钢液包吊放在真空罐1，并封闭。首先由水泵23给各个冷凝器和水环真空泵17供低温水。然后开启阀门14，使水环真空泵17达到需要的压力。开启S4A喷射器24和S4B喷射器7，使真空罐1内的压强达到8Kpa，关闭S4B喷射器7。继续开启S3喷射泵，S2增压泵、S1增压泵5，使真空罐1达到67Pa，且保持67Pa真空度10～30分钟，此时钢液真空脱气装置工作结束，打开真空罐1与粗除尘器2间管路上的放气阀，然后依次关闭S1增压泵5、S2增压泵6、S3喷射泵10、S4喷射泵24、阀门14、水环真空泵17和水泵23。

钢液真空脱气装置处理过程中，在真空罐1产生的废气夹带有很多灰尘，温度达到1000度左右，它们通过二管路30进入粗除尘器2，首先废气被降温，多数毫米级灰尘沉降在粗除尘器2底部，废气进入精除尘器3，少数毫米级灰尘和多数微米级灰尘被继续降温并且沉降在精除尘器底部。其余少量微米级灰尘进入S1增压泵5，S2增压泵6和C1冷凝器9被低温水带入蓄冷罐27，沉降在底部通过阀门被定期清理排出。

蒸汽喷射真空机组最经典的节能理论是尽早设置冷凝器，由于C1冷凝器的蒸汽耗量视总压缩比的增加呈几何级数的增长，所以采用低温水设置C1冷凝器可以大大减少增压泵总压缩比，从而大大减少蒸汽耗量和冷却水耗量。