基本介紹
概念,蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統,供汽系統狀況及存在的問題,能量的品位及節流減壓過程中的能量損失,蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統的工作機理,研究結論,二次壓縮氣流法測試棉纖維細度成熟度,研究背景,氣流法測量棉纖維馬克隆 、成熟度和細度,研究結論,
概念
空壓機制氣過程是：吸氣 → 壓縮 → 排氣。因此當空壓機吸氣壓縮排氣後空壓機中還有部分空氣未完全排盡，這部分空氣會參與空壓機的第二次壓縮。因此被稱為“ 二次壓縮 ”。可以實現對換熱後的低品位副產蒸汽和冷
凝水系統產生的二次蒸發氣進行充分的回收，並回用到工業生產中，實現蒸汽能量在數量上的充分利用，以及在使用方式和部位上的最佳利用。
凝水系統產生的二次蒸發氣進行充分的回收，並回用到工業生產中，實現蒸汽能量在數量上的充分利用，以及在使用方式和部位上的最佳利用。
蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統
供汽系統狀況及存在的問題
上海氯鹼化工股份有限公司是一家大型氯鹼生產企業，年耗各種壓力等級的蒸汽 200 萬噸，占公司總能耗的 18%。公司蒸汽減壓系統中，普遍採用閥門進行節流，將高壓（高品位）蒸汽節流後，向工業生產中的用熱部位供汽。 換熱設備換熱後的蒸汽冷凝水大多只進行簡單的回收利用，冷凝水平均溫度大於 100℃。 由於蒸汽的使用壓力大於大氣壓力，所以凝結水所具有的熱量可達蒸汽全熱量的20%-30%，且壓力、 溫度越高，凝結水具有的熱量就越多，占蒸汽總熱量的比例也就越大。
由於工藝條件的要求，送達終端的蒸汽所需的壓力等級各不相同，需要進行一定的減壓。常規的閥門節流減壓造成了能量的無效貶值，使高品位（壓力） 的蒸汽在沒有對外做功的情況下轉化為低品位（壓力）的蒸汽，屬於用能質量上的浪費。供汽系統產生的二次蒸發氣（或副產蒸汽）以及疏水系統產生的泄漏蒸汽，通常直接對空排放，或者沒有進行合理的回收利用，屬於用能數量上的浪費。常規的閥門節流供汽系統從用能質量和用能數量上，都存在著用能不合理和未能綜合利用能量的問題。如何降低減壓過程中的能量損失和實現對換熱後的低品位副產蒸汽和冷凝水系統產生的二次蒸發氣進行充分的回收利用，蒸汽噴射二次壓縮技術能解決這個問題，它可以實現：
1） 最大限度的減少蒸汽減壓過程中的能量損失，實現蒸汽能量的梯級利用，實現對蒸汽所含值（即對外作功能力）進行合理和充分的使用；
2）可以增加換熱設備的排水壓差，實現換熱設備暢通排出蒸汽冷凝水，充分挖掘換熱設備的換熱能力，提高換熱效果，以利於產品產量和生產率的提高。
能量的品位及節流減壓過程中的能量損失
（1）能量的品位
能量是物質的基本特性參數，它表示物質所具有的做功能力，熱力學第一定律指出不同形式的能量可以相互轉換，在轉換的過程中數量守恆。熱力學第二定律指出能量除了有數量上的多少外，還有品位的高低，不同品位的能量轉變為功的能力不同。物質的總能量中，可用能所占的比例代表了能量的品質，能量中可轉變為技術功的部分稱為㶲（ Exergic）。
（2）節流過程中的能量損失
蒸汽截流通常是利用閥門的阻力特性，控制閥後蒸汽流量，達到蒸汽減壓的目的。 這種減壓方式，是對外界不作功的等焓熵增過程，是典型的不可逆過程。蒸汽在截流減壓過程中，由於摩擦、 渦流等，使大量有規則熱運動的分子轉變為無序運動，產生耗散功，導致在沒有對外做功的情況下產生熵的增加，降低了蒸汽對外做功的能力，致使蒸汽產生了無形的能量損失。
蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統的工作機理
蒸汽噴射二次壓縮技術，利用熱平衡、 㶲平衡和能級平衡理論，在工業生產中，利用新型的蒸汽二次壓縮供汽系統替代常規的閥門節流供汽系統，使蒸汽中的能量在品位和數量上都能夠得到充分合理的使用。
圖1 蒸汽噴射壓縮器示意圖
圖1 蒸汽噴射壓縮器示意圖（1）噴射壓縮系統工作機理
利用蒸汽噴射二次壓縮技術組成引射式減壓系統，按蒸汽噴射二次壓縮技術製作引射減壓設備，利用蒸汽減壓前後的能量差為動力，提升低品位蒸汽的 值，將高品位蒸汽和低品位蒸汽在蒸汽噴射二次壓縮過程中進行速度均衡和能量均衡，擴壓後進入熱力管網供用戶使用。 採用蒸汽噴射二次壓縮技術引射式減壓系統，可以避免蒸汽節流減壓過程中產生的㶲值損失，同時利用蒸汽減壓前後的能量差作為動力，提升低品位蒸汽的壓力等級，在避免蒸汽減壓損失的同時，實現對低品位蒸汽的回收利用，實現對能量從數量和質量上都進行充分和合理的使用。
蒸汽噴射二次壓縮技術由噴嘴、 接受室、 混合室和擴壓室共四個部分組成，高品位蒸汽稱為工作蒸汽 PP，低品位蒸汽稱為引射蒸汽PH，混合後的蒸汽稱為壓縮蒸汽 PC(參見圖 1）。
工作蒸汽在噴嘴內， 由於流通截面逐漸變小，工作蒸汽流速逐漸增加，蒸汽的壓力勢能逐漸轉化為動能，壓力逐漸降低。 當工作蒸汽通過噴嘴後，在噴嘴出口達到極高的速度（超音速），大部分壓力勢能轉化為動能，使蒸汽壓力降低到引射蒸汽壓力以下，形成局部相對負壓，將引射蒸汽抽吸到接受室。兩股共軸流體在混合室內進行充分混合併使速度與能量均衡，在混合室的出口截面，建立起均勻速度場和能量場，形成穩定均一的高速度蒸汽流。蒸汽流進入擴壓室後，隨著流通截面面積的逐漸擴大，蒸汽流速逐漸降低，蒸汽動能逐漸轉化為勢能，壓力逐漸得到恢復，當達到擴壓室末端時，壓力得到完全恢復，達到工藝所要求的壓力，供工業生產中的換熱設備使用。
圖1 蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系示意圖
圖1 蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系示意圖（2）蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統的基本流程
基本的蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統由蒸汽噴射二次壓縮技術、 高效擴容閃蒸罐、 壓差疏水器、 換熱器、 自動控制系統等組成(見圖 2）。
（3）蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統的運行
蒸汽噴射二次壓縮技術供汽系統全部採用自動化控制技術，各壓力、 溫度、 液位等參數的採集均使用相應的變送感測器，控制執行機構為氣動或電動調節閥門，控制中心為工控機或可程式控制器（ PLC）。系統設定好各個參數後，自動穩定運行。
研究結論
利用蒸汽二次壓縮技術對高品位蒸汽進行引射式節流替代傳統的閥門節流，向用汽系統提供所需要品位和數量的蒸汽，即可以實現蒸汽無損耗節流，又可以利用高品位蒸汽節流後的壓力差為動力，回收工業廢熱蒸汽（或冷凝水系統產生的二次蒸發汽或副產低品位蒸汽） 並回用到工業生產，可以靈活地實現能級的梯級利用和能量平衡，從而實現熱力系統用汽數量上和質量上的平衡，達到最佳化工業生產用汽網路，實現廢熱資源化，提高能源利用率，降低單位產品能耗，節約能源和保護自然環境的目的。
二次壓縮氣流法測試棉纖維細度成熟度
研究背景
棉纖維細度 、成熟度是棉花的重要幾何特徵，影響著棉紗棉布質量和紡紗工藝，是棉紡配棉的主要依據馬克隆值是細度、成熟度的綜合指標，在國際棉花貿易中是計價指標之一。細度和成熟度是表征棉花物理性能的重要指標，對紡紗工藝和織物質量有著重要的影響。棉纖維的細度對紗線條幹、強力及捻度影響很大；纖維的成熟度越高，紗線和織物的色澤、吸色能力和染色均勻度越高，彈性也越好。
中段稱重法( GB/T 6100 -2007)、排列法( GB/T 17686 -1999) 用於測量棉纖維細度，中腔胞壁對比法 ( GB/T 6099 . 1 -1985)、顯微鏡法 ( GB/ T13777 -2006)、偏光儀法( GB/T 6099.2 -1992) 用於測量棉纖維成熟度。這些方法有幾個共同點：一是測試指標單一，只能單獨測量成熟度或線密度一個指標；二是速度很慢，這在講究效率和人工成本日益提高的社會背景下顯得很不合時宜，限制了其實用性；三是重複性比較差，原因是這些方法幾乎都是人工、半人工測量，受人為因素影響較大。氣流法能測試馬克隆效率和重複性，但測試出的馬克隆值反映的是棉花成熟度和細度的綜合效果，無法測量紡織企業十分關心的成熟度和細度指標。基於上述背景，二次壓縮氣流法測試棉纖維成熟度、細度就顯得十分必要，它克服了上述測試方法指標單一、速度慢和重複性差的缺陷，能快速、全面、準確地測量棉花的馬克隆、細度 、成熟度。
氣流法測量棉纖維馬克隆 、成熟度和細度
氣流法測試棉花馬克隆值 、細度和成熟度，具有自動快速、效率高、重複性好等優點。氣流法又可分為一次壓縮氣流法(用於測量馬克隆值)和二次壓縮氣流法(用於測試馬克隆值、成熟度和細度)。氣流法的理論基礎是苛仁納( Kozeny) 公式。
（1）一次壓縮氣流法的套用
根據以上原理，測量棉纖維馬克隆值有定流量式氣流儀和定壓式氣流儀。定壓式氣流儀需要測試通過纖維塞的流量Q，根據相關數學模型得到馬克隆值。主要儀器為Y145C 型馬克隆值測定儀。定流量式氣流儀需要測試纖維塞兩端的壓力差 Δp，根據相關數學模型得到馬克隆值。主要儀器有多家儀器公司生產的 175 型攜帶型棉纖維氣流儀和 M C 型棉纖維馬克隆儀。其中，陝西華斯特儀器公司的產品 SJ175 棉纖維氣流儀的特點為電子稱重、氣壓感測器測定馬克隆值、數字顯示、語音報數、標準棉樣自動校正、馬克隆值自動分級、智慧型剔除異常數據等功能；蘇州市光華電測技術研究所研製的MC型棉纖維馬克隆儀，利用全數位化的測試系統，微電腦完成測量的自動控制和數據處理，具有對馬克隆值校準棉樣的自動校正功能。
（2）二次壓縮氣流法的套用
二次壓縮氣流法主要採用固定氣流流量，測試2 次壓縮的壓力差，根據相關數學模型得到棉纖維的馬克隆值、細度和成熟度。具體測試流程為：試樣筒內放入開松良好、清潔、調濕(置於大氣中)、無規則取向的指定質量的棉纖維試樣，先後壓縮成2種不同的固定體積，形成纖維多孔塞。測量試樣在不同壓縮狀態下的透氣性。在每一種壓縮狀態下，氣流以指定的流量通過試樣，在壓力計上指示出試樣上的壓力降(以 mm H2O 水柱高度表示)，得到2個壓力降：一個松壓纖維塞的壓力降(用 PL 表示)，另一個緊壓纖維塞的壓力降(用PH表示)。用相應的計算模型和公式可以得到棉纖維的馬克隆值Mic、細度LD、成熟度比M、成熟纖維百分率PM。
表 1 二次壓縮氣流法測試棉纖維細度成熟度儀器的對比
表 1 二次壓縮氣流法測試棉纖維細度成熟度儀器的對比當前國內市場上採用二次壓縮氣流法測試棉纖維細度、成熟度的主要有以下4個生產廠家：英國錫萊(SDL)、英國維拉( WIRA)、常州第一紡織設備有限公司、長嶺紡電公司。這些採用二次壓縮氣流法則試棉纖維細度、成熟度的儀器均能同時測試棉纖維的馬克隆值、細度、成熟度比和成熟纖維百分率指標，同時它們各有其特點，詳細對比見表1。採用二次壓縮氣流法的棉纖維細度、成熟度測試儀相對於傳統測試方法來說，具有測試指標全、適
合紡織廠使用，測試速度快、適合棉花的大容量測試，測試質量大、代表性強等優點。同時，細度、成熟度比、成熟纖維百分率的測試與傳統測試方法在理論上存在差異，同時溫濕度對測試指標有一定的影響，但通過軟體修正、棉花校正能達到測試數據的準確要求；馬克隆值的測量也一樣，需要軟體修正，才能使其測試指標與國際指標統一。
合紡織廠使用，測試速度快、適合棉花的大容量測試，測試質量大、代表性強等優點。同時，細度、成熟度比、成熟纖維百分率的測試與傳統測試方法在理論上存在差異，同時溫濕度對測試指標有一定的影響，但通過軟體修正、棉花校正能達到測試數據的準確要求；馬克隆值的測量也一樣，需要軟體修正，才能使其測試指標與國際指標統一。
研究結論
在闡述氣流法測試棉纖維馬克隆值、細度、成熟度的原理和一次壓縮氣流法、二次壓縮氣流法的實際套用基礎上，套用二次壓縮氣流法測試了棉纖維細度、成熟度 ，從系統組成、工作原理方面與傳統測試方法測試數據進行詳細對比。實驗結果表明，二次壓縮氣流法測試棉纖維細度、成熟度和馬克隆值與傳統測試方法結果相當。二次壓縮氣流法測試棉纖維細度、成熟度的指標全、速度快、質量大、代表性強。這項技術可套用於棉花科研領域、生產、收購、貿易、加工等各部門，對紡織行業有重大意義。
