暖通空调第四章蒸汽供热系统

第四章蒸汽系统4.1蒸汽系统概述4.2蒸汽采暖系统4.3蒸汽系统专用设备4.1蒸汽系统概述4.1.1蒸汽系统示意图蒸汽供热系统能够向生产用热设备、供暖、热水供应、通风、空调等用户提供热能。图4-1蒸汽系统示意图(a)工艺设备供汽系统(b)蒸汽采暖系统(c)热水采暖供汽系统(d)热水供应供汽系统(e)通风、空调供汽系统4.1蒸汽系统概述4.1.2蒸汽在暖通空调中的应用1.采暖热媒：P≤0.39MPa2.加热空气:热空气幕、空调系统等3.制备热水：空调系统、生活热水等4.加湿空气：干蒸汽加湿器5.制冷热源：吸收式制冷4.1蒸汽系统概述4.1.3蒸汽作为热媒的特点（与热水相比）1．优点(1)适应性广：可同时满足对压力和温度有不同要求的多种用户的用热要求。(2)管道初投资低蒸汽：主要靠相变放出热量(放出汽化潜热)水：靠温度降低放出热量，无相变。(3)散热设备面积小(4)对于高层建筑高区，不会使建筑物底部的设备和散热器超压。(5)热惰性小，供汽时热得快，停汽时冷得也快。4.1蒸汽系统概述4.1.3蒸汽作为热媒的特点（与热水相比）2．缺点⑴蒸汽和凝结水状态参数(密度和流量)变化大，且伴随相变，设计、运行管理复杂。⑵易出现“跑、冒、滴、漏”问题。⑶蒸汽压力与温度有关，而且压力变化时，温度变化不大。因此蒸汽采暖不能采用改变热媒温度的质调节，只能采用间歇调节。⑷蒸汽采暖系统用户室内温度波动大，间歇工作时有噪声。⑸散热器和管道的表面温度高，散热器表面有机灰尘的分解和升华，会影响室内空气质量。⑹停汽时，易吸入空气，管道易受到氧腐蚀，使用寿命短。⑺蒸汽管温度高，无效热损失大。4.2蒸汽采暖系统4.2.1蒸汽采暖系统的类型1．按供汽压力高压蒸汽采暖系统P(表压)＞0.07MFa低压蒸汽采暖系统P(表压)≤0.07MPa真空蒸汽采暖系统P(绝对压力)＜0.1MPa2．按立管的数量：单管、双管3．按蒸汽干管的位置：上供式、中供式和下供式。4．按凝结水回收动力：重力回水和机械回水。5．按凝结水系统是否与大气相通：开式系统(通大气)和闭式系统(不通大气)。6．按凝结水充满管道断面的程度：干式回水和湿式回水。4.2蒸汽采暖系统4.2.2低压蒸汽采暖系统1．低压蒸汽采暖系统的型式(1)重力回水低压蒸汽采暖系统①主要特点：凝结水在有坡管道中依靠自身的重力回流到热源。②系统型式：有上供和下供式。锅炉停运时，锅筒和总凝水管处在Ⅰ-Ⅰ水位。锅炉运行时，在蒸汽压力作用下，总凝结水管内的水位升高h值,达Ⅱ-Ⅱ水位（h为锅筒蒸汽压力P折算的水柱高度)。4.2蒸汽采暖系统为使系统内空气能从A点出顺利排出，A点前的水平凝结水干管就不能充满水，其最低点应比Ⅱ-Ⅱ截面高出200-250mm。系统工作时该管道断面上部充满空气，下部从满凝结水，凝结水靠重力流动。系统停止工作时，该管内充满空气。这种非满管流动的凝结水管称为干式凝结水管，这种回水方式被称为干式回水。Ⅱ-Ⅱ截面以下的总凝水立管全部充满凝水管，凝结水满管流动，称为湿式凝结水管，这种回水方式被称为湿式回水。4.2蒸汽采暖系统4.2.2低压蒸汽采暖系统⑵机械回水低压蒸汽采暖系统①主要特点:凝结水依靠水泵的动力送回热源重新加热。水平凝结水干管仍为干式凝结水管。图中的高度h用来防止凝结水泵汽蚀；逆止阀8用于防止凝结水倒流，保护水泵；疏水器11用于排除蒸汽管中的沿途凝水以减轻系统的水击。系统作用半径较大，适用于较大型系统。4.2蒸汽采暖系统4.2.2低压蒸汽采暖系统2．设计要点(1)供给散热器的蒸汽流量工程中蒸汽流量常用单位为kg/h，因此(2)散热器面积及传热系数①散热器面积的计算方法和公式与热水为热媒时基本相同，但应注意传热系数公式；②散热器热媒的平均温度为对应压力下的饱和温度。1000QMQQM6.3100036004.2蒸汽采暖系统4.2.2低压蒸汽采暖系统(3)自动排气阀安装位置在低压蒸汽采暖系统中，空气比低压蒸汽重，散热器内如有空气，则聚集在其中部或中部偏下处。①如进入散热器的蒸汽流量正好全部满足冷凝要求，则凝结水沿散热器壁呈膜状向下流动，内部全充满蒸汽。②如果进入散热器的蒸汽量小于给定热负荷对应的数量，则下部积聚未被排走的空气，如图4-4(b)所示。③如果进入散热器的蒸汽量少或凝结水排除不畅，则散热器内的凝结水位将升高，如图4-4(c)所示。自动排气阀安装位置：距散热器底部的高度为l/3的散热器全高。4.2蒸汽采暖系统4.2.2低压蒸汽采暖系统(4)低压蒸汽采暖系统水力计算时可不考虑沿途蒸汽密度的变化和沿途凝结水对蒸汽流量的影响。(5)为了防止凝结水泵内产生汽蚀，水泵应在凝结水箱最低水位以下。(6)蒸汽管或凝结水管通过门或洞口时采用上图中的方式。7)蒸汽管:能及时排除沿途凝结水，以防水击，水平供汽管道要考虑坡度，并尽可能使蒸汽和沿途凝结水同向流动。蒸汽干管向上拐弯处，必须设置疏水器。(8)凝结水管：能及时排出凝结水和空气，要考虑坡度和坡向，要保证干湿凝水干管高度。4.2蒸汽采暖系统4.2.3高压蒸汽采暖系统1．特点：蒸汽压力高，温度高，散热器F↓，d↓，供热半径↑；但卫生条件差，热损失大，管理运行复杂。供汽表压力P0.07MPa，一般不超过0.39MPa。2．系统的型式：上供式、中供式或下供式。为了简化系统及防止水击，应尽可能采用上供式，使立管中蒸汽与沿途凝结水同向流动。3．工作原理⑴开式上供高压蒸汽采暖系统：凝结水箱上有空气管，用于排除箱内的空气和二次蒸汽。减压阀设有旁通管，供修理减压阀时旁通蒸汽用。安全阀用于进入采暖系统的最高压力不超过额定值。图4-6开式上供高压蒸汽采暖系统示意图1-高压分汽缸2-工艺用户供汽管3-低压分汽缸4-减压阀5-减压阀旁通管4.2蒸汽采暖系统⑵闭式高压蒸汽采暖系统系统中采用如图所示的闭式凝结水箱。补汽管5向箱内补给蒸汽，使其内部压力维持在5kPa左右(由压力调节器控制)。水箱上设置安全水封，防止箱内压力升高、二次蒸汽逸散和隔绝空气。图4-7闭式凝结水箱l-凝结水进入管2-安全水封3-压力调节器4-凝结水排出管5-补汽管4.2蒸汽采暖系统⑶设二次蒸发箱的高压蒸汽采暖系统当用汽设备较多，用汽量大时，可设二次蒸发箱，回收二次蒸汽。用汽设备的凝结水通过疏水器进入二次蒸发箱，扩容后产生的二次汽供二次蒸汽热用户使用。当二次汽量较小时，由高压蒸汽供汽管补充。靠压力调节器控制补汽量，以保持箱内压力20-40kPa(表压力)，并满足二次蒸汽热用户的用汽量的要求。当箱内二次汽量超过二次汽热用户的用汽量时，箱内压力增高，箱上安装的安全阀开启，排汽降压。4.2蒸汽采暖系统4．设计要点⑴高压蒸汽采暖系统供汽压力差别较大，计算蒸汽管时应根据散热器内的压力选用不同的水力计算表。蒸汽管路计算可用平均比摩阻法和推荐流速法。⑵管道布置尽可能采用上供式和同程式。⑶在入口处根据需要设不同压力分汽缸。⑷要在干管上设补偿器。⑸设疏水器。⑹在散热器入口和出口设阀门，以调节蒸汽量，保证关断。⑺可设二次蒸发箱回收二次蒸汽。⑻高压蒸汽管道除经常拆卸检修的地方用法兰连接外，尽量用焊接，不用螺纹连接，以方泄漏。4.3蒸汽系统专用设备4.3.1疏水器具作用：顺利排除凝结水（有的还能同时排除空气），防止蒸汽逸漏。种类：疏水器、水封和孔板式疏水阀。4.3.1.1疏水器1、疏水器的种类和工作原理1）机械型：利用蒸汽和凝水的密度不同，形成凝水液位，以控制凝水排水孔自动起闭工作的疏水器。2）热动力型：利用蒸汽和凝水动力学（流动）特性的不同来工作的疏水器。圆盘式、脉冲式、孔板或迷宫式等。3）热静力型（恒温型）：利用蒸汽和凝水的温度不同引起恒温元件膨胀或变形来工作的疏水器。2、疏水器的选择计算：1）排水量计算：选择疏水器排水阀孔的直径或截面积，使其能满足凝结水排水量的要求。疏水器排水阀孔d的大小，用起接管管径表示，不应以凝结水管的管径作为选择疏水器的依据。：疏水器的排水系数。：疏水器的选择倍率。KPdAM2t1.0tAK4.3蒸汽系统专用设备4.3蒸汽系统专用设备2）疏水器前后压力的确定：前压力P1：安装在用热设备的出口凝水支管（低压）：：用热设备前的蒸汽表压力安装在凝水干管末端（高压）：：供热系统的入口蒸汽表压力后压力P2：一般取疏水器后如果是干凝水管路则P2等于大气压力。高：对余压回水有利，但疏水器前后压差减小，对选择疏水器不利。eq195.0PPeqPs17.0PPsP125.0PP4.3蒸汽系统专用设备4.3.1.2水封和孔板式疏水阀1、疏水器的种类和工作原理1）机械型：利用蒸汽和凝水的密度不同，形成凝水液位，以控制凝水排水孔自动起闭工作的疏水器。2）热动力型：利用蒸汽和凝水动力学（流动）特性的不同来工作的疏水器。圆盘式、脉冲式、孔板或迷宫式等。3）热静力型（恒温型）：利用蒸汽和凝水的温度不同引起恒温元件膨胀或变形来工作的疏水器。4.3蒸汽系统专用设备4.3.2减压阀：1）作用：降低蒸汽的压力，并不受阀前压力的影响，维持阀后的压力恒定。2）类型：活塞式、波纹管式、薄膜式等。3）工作原理：以活塞式为例。工程设计中，减压阀孔面积可用图4-18的曲线图选取。减压阀前后压力比大于5～7时，应串联两个减压阀;热负荷不稳定时，两阀间的距离尽量拉长些；负荷稳定时，其中一个减压阀可用节流板代替。4.3蒸汽系统专用设备4.3.3二次蒸发箱1、二次蒸发箱：1）作用：将室内各用汽设备排除的凝水，在较低压力下分离出一部分二次蒸汽，输送到热用户；2）压力：0.02～0.04MPa3）容积：0.05～1.5m3，x：凝结水内二次蒸汽的含量：％。xMxMV0005.020004.3蒸汽系统专用设备4.3.4安全水封