低碳技术 引射式热泵

引射式热泵利用引射原理进行余热利用，其核心部件是引射器。引射器是一种利用高速高能流体，引射低速低能流体的装置，主要由喷嘴、接受室、混合室、扩压室组成，如下图所示。

驱动引射器工作的高速高能流体叫作工作流体（又称为一次流体），被吸入的低速低能流体叫作引射流体（又称为二次流体）。高压工作流体经过喷嘴减压增速，以很高的速度进入流通截面较大的接受室，产生紊动扩散，卷吸周围流体，从而在接受室内形成低压区域，吸入引射流体。工作流体和引射流体进入混合室混合并进行动量交换，在流动过程中速度逐渐均匀、略有降低，流体压力略有升高。随后，混合流体进入扩压室，随着流通截面积的增加，流速随之降低，压力升高，最终混合流体在扩压室出口形成高于引射流体的压力。

从上述流程可以看出，引射器利用工作流体的内能，实现了低能引射流体的升压，且整个设备没有活动部件，简单易用，可以实现气-气、液-液、液-气等多种引射形式，用途广泛，既可以用作低能流体的动力装置，也可以用于低能流体的能量回收。本文重点讨论回收低温流体热量的装置，即引射式热泵。

引射式热泵指的是利用高温高压流体引射低温低压流体，产生高于中温中压的混合流体，实现余热利用的功能。从设备结构来看，可以分为直接引射式热泵和间接引射式热泵两种。

直接引射式热泵的工作流体和引射流体均为外界直接提供的，或经相变产生的流体。直接引射式热泵最常见的是汽-汽引射器，也叫蒸汽增压机、压力匹配器、热压机等。该设备利用高压蒸汽作为驱动，引射低压蒸汽，或者低温水闪蒸形成的低压蒸汽，生成中压蒸汽。中压蒸汽可以直接利用，也可以换热后应用。这种设备在工业余热利用中有广泛应用，而随着供热节能的兴起，热电厂也出现了采用直接引射式热泵回收乏汽余热供暖的案例，但受限于设备较差的变工况性能，应用效果并不理想。

直接引射式热泵的核心设备是引射器，一旦加工成型，其性能就已经确定下来，本身不具备变工况能力，当运行工况较大的偏离设计工况时，设备性能严重下降，被引射的流体大幅度减少，甚至出现工作流体倒流回引射流体管道的情况。在工业余热回收领域，运行工况相对稳定，直接引射式热泵的效率高、投资低，非常适合应用。热电厂供热的余热回收项目，采暖温度变化幅度大，电厂采暖抽汽和乏汽却相对稳定，在某些工况下，直接引射式热泵无法满足使用要求。在这种情况下，有厂家在引射器内部增加了调节装置，可以进行一定范围的调节。但是，调节装置的调节范围相对较小，无法彻底满足供热项目变工况的需求，同时，调节装置非常精密，且长时间运行在高温、高速流体环境中，磨损较严重，需要定期更换，因此这种直接引射式热泵价格较高，维护费用也高。所以，直接引射式热泵并不适合应用在供暖领域。

除了调节能力较差之外，直接引射式热泵还存在其他限制，在外部工质参数无法满足直接引射式热泵的压力差、高能流体与低能流体不能直接混合等余热回收项目中不能使用。在这些领域，可以采用间接引射式热泵。

间接引射式热泵不是直接利用外部高能流体和低能流体的压力差做功，而是利用两种流体的温度差驱动。间接引射式热泵将内部工质密封在由引射器、换热器、泵、管道形成的腔体内，外部流体并不直接进入引射器，而是通过换热器与内部工质换热。最基础的间接引射式热泵包括三个换热器、一台引射器、一台工质泵和一个节流装置。

外部高温流体进入的换热器叫做发生器，用于加热液体工质，使之蒸发产生高压蒸汽；外部低温流体进入的换热器叫做蒸发器，用于加热液体工质，使之蒸发产生低压蒸汽；高压蒸汽作为工作流体进入引射器吸收低压蒸汽，产生中压蒸汽进入第三台换热器冷凝，加热外部流体，这台换热器叫作冷凝器；冷凝的液体工质，一部分通过节流装置降压后流回蒸发器，另外一部分通过工质泵升压后流回发生器，进行下一个循环。

间接引射式热泵利用高温热源驱动，回收低温热源的热量，产生中温热量供外界使用，实现了余热回收的功能。间接引射式热泵的核心在于内部工质，根据外部流体的参数特点，选择物性合理的工质，可以实现多种参数组合，达到较好的余热回收效果。间接引射式热泵降低了引射器对外部流体温度和压力参数的要求，同时也实现了不同流体之间互相隔离的热量传递，因此具有更大的应用范围。但是，系统复杂、造价升高，也是间接引射式热泵的不足之处。

综合而言，引射式热泵具有结构简单、运行稳定、造价低等优点，在工况稳定、参数合理的范围内具有很好的应用效果，特别是间接引射式热泵降低了对外部参数的要求，应用领域进一步扩大，尤其在工业余热利用项目上有很好的适用性。但是，引射式热泵的变工况能力不足，在工况变化幅度较大的供热领域并不适用，即使加入性能调节装置，也不能保证高效稳定运行，而设备造价和运行成本均有较大幅度的升高，经济性较差。