1. 技術簡介
 超音速汽液兩相流升壓加熱技術是西安交通大學電廠熱能動力與控制工程研究所在全國自然科學基金委（編號：50106010）和陜西省科技計劃（2001C47）的共同資助下，根據汽液兩相流動原理開發的最新科研成果（專利號：ZL00226806.X、ZL0026690.3、ZL02145501.5、ZL200420041986.9），在該技術的基礎上成功研制了SJ系列超音速汽液兩相流升壓加熱裝置。圖1給出了該裝置的工作原理圖。
超音速汽液兩相流升壓加熱原理圖
2. 工作原理
蒸汽經過噴嘴后形成超音速汽流，與低壓水一起進入混合腔，充分混合后形成超音速汽液兩相流，經過混合腔后壓力升高，凝結成為高壓熱水流出。
3. 技術特性
3.1. 換熱特性：該裝置采用了高速蒸汽與過冷水射流直接混合的方法進行熱交換，其換熱系數達到 ，比常規表面式換熱器效率高出兩個數量級以上，是一種高效換熱裝置，且不受結垢和不凝結氣體的影響；
3.2. 升壓特性：該裝置利用了蒸汽的低品位熱量中的可用能，轉換為機械能對冷水作功，使出口熱水的壓力升高。出口熱水壓力最大可達進口蒸汽壓力的3倍以上；
3.3. 啟動特性：該裝置僅需2-10秒的啟動時間，且啟動后可立即供應熱水，具有很好的啟動特性；
3.4. 運行可靠性：該裝置完全采用流體力學原理完成升壓及換熱過程，無運動部件和電氣控制元件，全密封，無泄露，運行穩定、安全、可靠；
3.5. 其它：該裝置可節省電能，因體積小、可省略加熱器、水泵，節省泵房及場地，免去維護工作量和維護費用，從而能保證設備長周期可靠運行。
4. 設計參數
4.1. 進口蒸汽壓力：≥0.2MPa(表壓)
4.2. 進口蒸汽流量：0.2-15t/h
4.3. 進口冷水壓力：≥0.1MPa(表壓)
4.4. 進口冷水溫度：<75℃
4.5. 出口熱水溫度：高于進口冷水溫度30-50℃
4.6. 出口熱水壓力：不超過進口蒸汽壓力的2倍
4.7. 出口熱水流量：1-150t/h
5.規格及性能表
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型號 |
應用管徑（mm） |
設計進汽壓力
（MPa） |
額定蒸汽流量（t/h） |
加熱溫升（℃） |
熱水流量（t/h） |
裝置寬度（mm） |
裝置長度（mm） |
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SJ-50 |
Ф57 |
0.3 |
0.1～1.0 |
30～60 |
1～10 |
800 |
200 |
|
Ф57 |
0.5 |
0.1～1.5 |
30～60 |
1～15 |
800 |
200 |
|
Ф57 |
0.8 |
0.1～2.0 |
30～60 |
1～20 |
800 |
200 |
|
SJ-80 |
Ф89 |
0.3 |
1.0～2.0 |
30～60 |
10～20 |
1200 |
300 |
|
Ф89 |
0.5 |
1.5～3.0 |
30～60 |
15～30 |
1200 |
300 |
|
Ф89 |
0.8 |
2.0～4.0 |
30～60 |
20～40 |
1200 |
300 |
|
SJ-100 |
Ф108 |
0.3 |
2.0～4.0 |
30～60 |
20～40 |
1500 |
400 |
|
Ф108 |
0.5 |
3.0～6.0 |
30～60 |
30～60 |
1500 |
400 |
|
Ф108 |
0.8 |
4.0～8.0 |
30～60 |
40～80 |
1500 |
400 |
|
SJ-150 |
Ф159 |
0.3 |
4.0～8.0 |
30～60 |
40～80 |
2000 |
500 |
|
Ф159 |
0.5 |
6.0～12.0 |
30～60 |
60～120 |
2000 |
500 |
|
Ф159 |
0.8 |
8.0～15.0 |
30～60 |
80～150 |
2000 |
500 |
SJ系列超音速汽液兩相流升壓加熱裝置均可按照用戶提供的數據進行單獨設計和加工。
5. 應用范圍
SJ型超音速汽液兩相流升壓加熱裝置可同時實現加熱和升壓的目的，能廣泛應用于電力、化工、制冷、造紙、生活區、賓館及軍工等行業，以取代龐大的廠房、換熱設備與水泵。如：生水加熱及升壓、采暖熱水、生活熱水的制取及升壓、低壓乏汽回收等。
6. 經濟效果
圖一為采用SJ系列超音速汽液兩相流升壓加熱裝置改造熱網供熱的系統圖。該系統應用了一臺SJ-150型裝置為供暖區及供應熱水，代替了原供暖系統4個龐大的混合加熱罐及3臺75kW的熱水泵，每年可節電30萬度以上。經過兩年的運行證明，該裝置性能穩定，運行可靠，可同時滿足采暖和熱水供應兩種負荷的要求。
圖一 SJ型超音速汽液兩相流升壓加熱裝置供暖區及供應熱水系統安裝示意圖
圖二為河南某熱電有限公司2×210MW熱電聯產工程除鹽水系統應用SJ系列超音速汽液兩相流升壓加熱裝置系統示意圖：
冷水進入SJ-150型超音速兩相流升壓加熱器被蒸汽加熱為熱水流出。為滿足系統實際運行中除鹽水流量的要求，整個系統由4臺并聯組成，其最大出口熱水流量可達500t/h。該系統投運三年以來，運行穩定可靠，除鹽水溫度提高了40～60℃，降低了除氧器熱負荷，提高了除氧效果，保證了機組安全運行。
圖二為河南某熱電有限公司2×210MW熱電聯產工程除鹽水系統應用系統示意圖
圖三給出了某電廠家屬區生活熱水升壓加熱系統安裝示意圖。該系統由一臺SJ-100/0.5型與一臺變頻泵并聯，從水箱中抽取冷水加熱升壓后送出。通過調節SJ-100進汽閥的開度及變頻泵的轉速，可實現熱水出口流量在40～120t/h之間變化。由于水質硬度較高，原系統使用的管式加熱器結垢嚴重的問題得以解決。節省了熱能、維護費用和維護工作量，自2001年投運以來，運行安全可靠。
圖三某電廠家屬區生活熱水升壓加熱系統安裝示意圖
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