供热工程第四章蒸汽系统

2019/8/7采暖通风与空调1第四章蒸汽系统ZH2019/8/7采暖通风与空调24.1概述蒸汽是最常用的热媒之一。特别是在工业生产中被广泛应用。2019/8/7采暖通风与空调34.1.1蒸汽系统示意图图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1—蒸汽管；2—凝结水管；3—减压阀；4--工艺用汽设备；5—疏水器；6—汽水换热器；7—凝结水箱；8—凝结水泵；9—散热器；10—膨胀水箱；11—热水贮水箱；12—通风、空调设备；13—温度调节器2019/8/7采暖通风与空调44.1.1蒸汽系统示意图2019/8/7采暖通风与空调54.1.1蒸汽系统示意图图4—1表示了用蒸汽为热媒向工业用热设备（汽锤、干燥、印染等）（图（a））、采暖（图（b）、（c））、热水供应（图（d））、通风、空调（图（e））等用户供热的示意图。蒸汽采暖系统分有凝结水回收和无凝结水回收两种型式。图中给出的是有凝结水回收的型式。用热设备出口都有疏水器5、凝结水箱7和凝结水泵8，凝结水泵将凝结水沿凝结水管2送回热力站或热源。为了节约能耗、减少费用，凝结水都应回收。2019/8/7采暖通风与空调64.1.1蒸汽系统示意图在凝结水可以就地利用、而且经过技术经济比较，方案合理时，才能采用无凝结水回收的型式。用热系统与室外蒸汽网路的连接取决于用热系统和设备的特点。如热用户使用蒸汽，则采用直接连接（图4—1中的（a）、（b）、（e））；如果用户使用热水，可通过汽水换热器间接连接（图4—1中的（c）、（d））。如各用户用汽参数不同，供汽压力应满足最高压力用户的要求。如果供汽压力高于其它用户要求，则在其它用户入口安装减压阀。2019/8/7采暖通风与空调74.1.2蒸汽作为热媒的特点与热水相比，蒸汽作为热媒有如下特点：1.某些工艺生产只能用蒸汽；某些工艺生产要求热媒的压力和温度较高，用蒸汽作热媒，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。在为生产创造条件的同时，兼作其它热用户的热媒。2019/8/7采暖通风与空调84.1.2蒸汽作为热媒的特点2.蒸汽在散热设备中主要靠相变放出热量（放出汽化潜热）。水在散热设备内温度降低放出热量，不发生相变。就单位质量热媒而言，蒸汽放出的汽化潜热比热水温降放出显热要大许多倍。对相同热负荷，蒸汽比热水供热的热媒质量流量要小得多，因而凝结水管流量小、管径小。使得蒸汽系统节省管道初投资。2019/8/7采暖通风与空调94.1.2蒸汽作为热媒的特点3.蒸汽在散热设备内定压凝结放热，散热设备的热媒平均温度为相应压力下的饱和温度。热水在散热设备内靠温降供热，散热设备的热媒平均温度为其进、出口水温平均值。因此在相同热负荷下，蒸汽系统散热设备的传热温差大，所需散热设备面积比热水系统少得多2019/8/7采暖通风与空调104.1.2蒸汽作为热媒的特点4.蒸汽和凝结水在管路内流动时，状态参数（密度和流量）变化大，甚至伴随相变。饱和蒸汽沿管路流动时，管壁散热产生凝结水，变成湿蒸汽；湿蒸汽流经阻力较大的阀门时，被绝热节流，可能变成饱和蒸汽或过热蒸汽。这些都是流动过程中的相变。从散热设备流出的饱和凝结水通过疏水器和凝结水管路，压力下降的速率快于温降。多余的热焓，使部分凝结水重新汽化，形成“二次蒸汽”。这些特点使得蒸汽供热系统的设计计算和运行管理复杂。出现“跑、冒、滴、漏”问题，解决不当时，降低蒸汽供热系统的经济性。2019/8/7采暖通风与空调114.1.2蒸汽作为热媒的特点（5）蒸汽密度比水小得多，用于高层建筑高区（特别是高度大于160m的特高层建筑），不会使建筑物底部的设备和散热器超压（见图3—20）。（6）蒸汽供热系统热惰性小，供汽时热得快，停汽时冷得也快2019/8/7采暖通风与空调124.1.2蒸汽作为热媒的特点（7）蒸汽流动的动力来自于自身压力。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。因此使蒸汽采暖系统用户室内温度波动大，间歇工作时有噪声，供暖质量受到影响。2019/8/7采暖通风与空调134.1.2蒸汽作为热媒的特点（8）灰尘在65~70℃时开始分解，在温度高于80℃时分解过程加剧。用蒸汽作热媒时，散热器和管道的表面温度高于100℃。以水为热媒时，大部分时间散热器表面平均温度低于80℃。用蒸汽时散热器表面有机灰尘的分解和升华，不利于提高室内空气质量。2019/8/7采暖通风与空调144.1.2蒸汽作为热媒的特点（9）蒸汽管道系统间歇工作。蒸汽管内时而流动蒸汽，时而充斥空气；凝结水管时而充满水，时而进入空气。管道（特别是凝结水管）受到氧腐蚀，使用寿命短。（10）蒸汽管温度高，无效热损失大。2019/8/7采暖通风与空调154.1.2蒸汽作为热媒的特点综上所述，由于凝结水回收率低，二次蒸汽不能充分利用，造成跑冒滴漏现象严重，蒸汽供热比热水供热耗能多，管理麻烦，运行费用高，供暖效果差。蒸汽作热媒主要用于工业建筑及其辅助建筑。它不仅能满足工业生产用热的要求，也可以作为动力来源（如用在蒸汽锻锤上）。在某些工业企业中，是不可替代的热媒。在生产厂房不仅可以采用蒸汽，也可经换热设备变成热水来采暖。也用于商服部门（洗浴、洗衣房、餐饮）和医院（消毒）等有专门用途的地方。对特高的高层建筑或人们不长时间停留、需要间歇供暖的场所作热媒有独到之处。2019/8/7采暖通风与空调164.2蒸汽采暖系统4.2.1蒸汽采暖系统的类型蒸汽采暖系统从不同的角度可以分为多种类型。2019/8/7采暖通风与空调174.2.1蒸汽采暖系统的类型（1）根据供汽压力P分为：高压蒸汽采暖系统（P（表压）0.07MPa）、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）MPa）。根据供汽汽源的压力、对散热器表面最高温度的限度和用热设备的承压能力来选择高压或低压蒸汽采暖系统。工业建筑及其辅助建筑可用高压蒸汽采暖系统。真空采暖系统的优点是热媒密度小，散热器表面温度低，便于调节供热量；其缺点是需要抽真空设备，对管道气密性要求较高。因需增加设施和运行管理复杂，国内外用得都很少。2019/8/7采暖通风与空调184.2.1蒸汽采暖系统的类型（2）根据立管的数量分为.：单管蒸汽采暖系统和双管蒸汽采暖系统。单管系统易产生水击和汽水冲击噪声，所以多采用垂直双管系统。2019/8/7采暖通风与空调194.2.1蒸汽采暖系统的类型（3）根据蒸汽干管的位置分为：上供式、中供式和下供式。其蒸汽干管分别位于所供热媒的各层散热器上部、中部和下部。为了保证蒸汽、凝结水同向流动，防止水击和噪声，上供式系统用得较多。2019/8/7采暖通风与空调204.2.1蒸汽采暖系统的类型（4）根据凝结水回收动力分为：重力回水和机械回水。（5）根据凝结水系统是否通大气分为：开式系统（通大气）和闭式系统（不通大气）。（6）根据凝结水充满管道断面的程度分为：干式回水和湿式回水。2019/8/7采暖通风与空调214.2.1蒸汽采暖系统的类型（4）根据凝结水回收动力分为：重力回水和机械回水。（5）根据凝结水系统是否通大气分为：开式系统（通大气）和闭式系统（不通大气）。（6）根据凝结水充满管道断面的程度分为：干式回水和湿式回水。2019/8/7采暖通风与空调224.2.2低压蒸汽采暖系统低压蒸汽采暖系统一般都采用开式系统，根据凝结水回收的动力分为重力回水和机械回水两大类。供汽干管位置可为上供式、下供式和中供式。低压蒸气采暖系统用于有蒸气汽源的工业辅助建筑和厂区办公楼。2019/8/7采暖通风与空调234.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式（1）重力回水低压蒸汽采暖系统2019/8/7采暖通风与空调244.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式（1）重力回水低压蒸汽采暖系统2019/8/7采暖通风与空调254.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式2019/8/7采暖通风与空调264.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式（1）重力回水低压蒸汽采暖系统2019/8/7采暖通风与空调274.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式2019/8/7采暖通风与空调284.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式重力回水低压蒸汽采暖系统的主要特点是供汽压力小于0.07MPa以及凝结水在有坡管道中依靠其自身的重力回流到热源。图4—2为重力回水低压蒸汽采暖系统原理图。图（a）为上供式，图（b）为下供式。锅炉1内的蒸汽在自身压力作用下，沿蒸汽管2输送进入散热器6，同时将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱赶入凝结水管3、4，经连接在凝结水管末端B点的空气管5排出。蒸汽在散热器内冷凝放热，凝结水靠重力作用返回锅炉，重新加热变成蒸汽。2019/8/7采暖通风与空调294.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式锅筒内水位为Ⅰ—Ⅰ。在蒸汽压力作用下，总凝结水管内的水位Ⅱ—Ⅱ比Ⅰ—Ⅰ水位高出（为锅筒蒸汽压力折算的水柱高度），水平凝结水干管的最低点比Ⅱ—Ⅱ水位还要高出200~250mm，以保证水平凝结水干管内不被水充满。系统工作时该管道断面上部充满空气，下部流动凝结水；系统停止工作时，该管内充满空气。这种特点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。2019/8/7采暖通风与空调304.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式管道4的整个断面、始终充满凝结水，称为湿式凝结水管，这种回水方式被称为湿式回水。图（b）中水封8（详见图4—19）排除蒸汽管沿途凝结水，可防止立管中的汽水冲击并阻止蒸汽窜入凝结水管。水平蒸汽干管应坡向水封。水封底部应设放水丝堵排污和放空之用。2019/8/7采暖通风与空调314.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式重力回水低压蒸汽采暖系统简单，不需要设置占地的凝结水箱和消耗电能的凝结水泵。供汽压力低，只要初调节好散热器入口阀门，原则上可以不装疏水器，以降低系统造价。一般重力回水低压蒸汽采暖系统的锅炉位于一层地面以下。2019/8/7采暖通风与空调324.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式（2）机械回水低压蒸汽采暖系统机械回水低压蒸汽采暖系统的主要特点是供汽压力小于0.07Mpa以及凝结水依靠水泵的动力送回热源重新加热。2019/8/7采暖通风与空调334.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式2019/8/7采暖通风与空调344.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式2019/8/7采暖通风与空调354.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式图4—3为中供式机械回水低压蒸汽采暖系统原理图。由蒸汽锅炉输送来的蒸汽沿蒸汽管1输送进入散热器9，散热后凝结水汇集到凝结水箱6中，再用凝结水泵7沿凝结水管3送回热源重新加热。凝结水箱应低于底层凝结水干管2，管2插入水箱水面以下。从散热器流出的凝结水靠重力流入凝结水箱。2019/8/7采暖通风与空调364.2.2.1低压蒸汽采暖系统的型式空气管4在系统工作时排除系统内的空气；在系统停止工作时进入空气。通气管5用于排除水箱水面上方的空气。水平凝结水干管仍为干式凝结水管。图中的高度h（其值见表4—1）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结水以减轻系统的水击（疏水器的作用原理及种类详见4.4.1）。机械回水低压蒸汽采暖系统消耗电能，但热源不必设在一层地面以下。系统作用半径较大，适用于较大型系统。2019/8/7采暖通风与空调374.2.2.2低压蒸汽采暖系统的设计要点蒸汽采暖系统与热水采暖系统的水力计算方法有类似之处和不同点。低压蒸汽压力低，密度变化不大；这一点与热水采暖系统不考虑密度变化雷同。蒸汽采暖系统水力计算时蒸汽管与凝结水管分开进行，这是与热水系统计算闭合环路的不同之处。在计算时特别要注意以下各点：2019/8/7采暖通风与空调384.2.2.2低压蒸汽采暖系统的设计要点（1）蒸汽在散热器内冷凝放出汽化潜热。通常，流出散热器的凝结水的温度稍低于凝结压力下的饱和温度，低于饱和温度的数值称为过冷度。其值相对于汽化潜热而