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第四章 蒸汽系统,4.1概述4.2蒸汽采暖系统4.3蒸汽在通风与空调系统中的应用4.4蒸汽采暖系统专用设备,4.1概述,一 蒸汽系统示意图 图4-1表示以蒸汽为热媒的各类用户供应。蒸汽供应分为有凝（凝结水）回收和无凝回收。图中给出的是有凝结水回收。回收时采用：用户设疏水器，凝水箱，凝结水泵 凝结水尽量回收，节省热能，水资源当可就地利用，或凝水污染，不宜回收，且经技术经济比较，才可能回收。直接、间接、减压。,4.1概述,、蒸汽在系统散热设备中，靠水蒸汽凝结成水放出热量。每1kg蒸汽在散热设备中凝结时放出的热量q，可按下式计算：q=i-q1 kJkg当进入散热设备的蒸汽是饱和蒸汽，流出的凝水是饱和凝水时：q=r kJkg 如采用高温水130/70 供暖，每1kg水放出的热量为Q=ctG=251.2kJkg。采用蒸汽表压力200kPa供热，相应的汽化潜热r2164kJkg。,二 蒸汽作为热媒的特点,特点：与热水相比，有如下特点：（1）可同时满足不同用户对不同压力，程度，动力要求；（2）相变放热，单位质量携能多，流量小，管径小；（3）平均温度高，在相同负荷下，节省散热设备面积；（4）状态变化大，有相变设计和运行管理复杂，易出现“跑，冒，滴，漏”，（5）密度大，无水静压问题，适用于高层建筑高压；（6）热惰性小；（7）压力变化时，温度变化不大，不能质调，只能间歇调节；造成 室温波动大，供暖质量收影响，（8）易造成管道和设备表面有机灰尘的分解与升华；（9）间歇工作管道易腐蚀；（10）管道温度高，无效热损失大。综上所述，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，主要用于工业建筑及辅助建筑，商服，特高层等。,4.2蒸汽采暖系统,一 蒸汽采暖系统的类型（1）根据供气压力分为：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）0.1MPa）（2）根据立管根数分压：单管系统：易产生水击和汽水冲击噪声 双管系统：多采用垂直式,（3）根据蒸汽干管的位置分：上供式 中供式 下供式 蒸汽干管位于散热器上，中，下即为保证汽，水同向流动，防止水击和噪声，上供式用的最多。（4）根据凝结水回收动力分：重力回水 机械回水（5）根据凝结水系统是否通大气分为：开式 闭式（6）根据凝结水充满管道断面的程度分为：干式回水 湿式回水 一般采用开式，分为重力和机械，可上，中，下供，用于有蒸汽源的工业辅助建筑和厂企办公楼,低压蒸汽采暖系统的型式,1（1）重力回水低压蒸汽采暖系统 特点：供汽压力0.07MPa，凝结水在有坡度管道中靠重力流回热源工作原理：图4-2（a）为上供式（b）为下供式干式凝水管：水平凝结水干管的最低点比水位还高200-250mm保证不被水充满。工作时该管道上部充满空气，下部凝结水。系统停止工作时，该管内充满空气，称为干式凝水管。回水方式称干式回水湿式凝水管：管道4的整个断面始终充满凝结水，称为湿式凝水管，回水方式称为湿式回水,水封：图（b）中水封8（详见图4-17）排除蒸汽管沿途凝水，防止主管中汽水冲击，阻止蒸汽窜入凝水管，水平蒸汽干管坡向水封，水封低部设放水丝堵排污，上设放空。优缺点：系统简单，不设凝水箱，凝结水泵，少占地，不耗电能，调节好可不设疏水器。但锅炉要低于孔高，当作用半径大时，需高压力，图4-2中h加大，否则，水平蒸汽干管内甚至底层散热蒸汽水，空气不能排出，蒸汽不能正常进入系统，影响运行，适用于小型系统（2）机械回水低压蒸汽采暖系统特点：凝结水靠水泵动力送回热源工作原理：图4-3中供式机械回水优缺点：消耗电能，但热源可不低设，系统作用半径 大，适用于较大型系统,低压蒸汽供暖系统的基本型式重力回水,低压蒸汽供暖系统的基本型式重力回水,工作原理:锅炉充水至II平面。锅炉加热后产生的蒸汽，在其自身压力作用下，克服流动阻力，沿供汽管道输进散热器内，并将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱入凝水管，最后，经连接在凝水管末端的B点处排出。蒸汽在散热器内冷疑放热。凝水靠重力作用沿凝水管路返回锅炉，重新加热变成蒸汽。,低压蒸汽供暖系统的基本型式重力回水,重力回水低压蒸汽供暖系统型式简单，无需如机械回水系统那样，需要设置凝水箱和凝水泵，运行时不消耗电能，宜在小型系统中采用。但在供暖系统作用半径较长时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。当系统作用半径较大，供汽压力较高(通常供汽表压力高于20kPa)时，就都采用机械回水系统。,低压蒸汽供暖系统的基本型式重力回水,1低压恒温式疏水器 2凝水箱 3空气管 4凝水泵,机械回水低压蒸汽供暖系统,机械回水低压蒸汽供暖系统,机械回水系统是一个“断开式”系统。凝水不直按返回锅炉，而首先进入凝水箱。然后再用凝水泵将凝水送回热源重新加热。在低压蒸汽供暖系统中，凝水箱布置应低于所有散热器和凝水管。进凝水箱的凝水干管应作顺流向下的坡度，使从散热器流出的凝水靠重力自流进入凝水箱。为了系统的空气可经凝水干管流入凝水箱，再经凝水箱上的空气管排往大气，凝水干管同样应按干式凝水管设计。,.低压蒸汽采暖系统的设计要点,与其水采暖水力计算有类似和不同，压力低，密度变化不大，不考虑密度变化与热水相同，但蒸汽管与凝结水管水力计算分开进行，与热水不同。注意：（1）蒸汽在散热器内冷凝放出汽化潜热蒸汽流量 式中各项见教材P79工程中蒸汽流量常用单位为KG/H，因此式（4-1）变为,.低压蒸汽采暖系统的设计要点,（2）为热媒时所需散热器面积的计算方法和方式基本相同注意试验测的的散热器传热系数公式，平均温度为对应压力下的饱和温度（3）热水采暖空气聚集在散热器上部，蒸汽系统在中部或中部偏下，见图4-4（a）.（b）.(c).三种情况，自动排气阀应设于底部向上1/3处。（4）为简化计算，低压系统不考虑沿途蒸汽密度的变化和沿途凝水对蒸汽流量的影响。蒸汽压力用于克服蒸汽管路的阻力损失，从锅炉出口到最远散热器的管路为最不利支路。,平均比摩阻用下述公式计算：式中各项见教材P79散热器入口预留压力2000Pa，用于克服蒸汽流入散热器阻力损失，并疏散空气。水利计算表按蒸汽密度（对应饱和压力P=5KPa）管道当量粗糙度K=0.2mm编制，在P=5-20KPa内使用，误差不大若不只锅炉出口或用户入口压力，可取推荐值R=60Pa/m计算。（5）散热器凝水支管可不设疏水器，可在每支路。每立管上设。,（6）为防止凝结水泵汽蚀，要求正水头，图4-3。H值见表4-1（7）蒸汽或凝结水过门时，按图4-5安装（8）饱和蒸汽易产生沿途凝水，出现“水害”，“水击”，要使水平供汽管道有足够坡度，使汽水同向流动，干管坡度0.002，支管坡度0.01-0.02。蒸汽干管向上拐弯处。须设疏水器图4-3中的11或水封图4-2（b）中的8。如水封连接点蒸汽压力为P（kPa）。水封密度.0.2m是考虑气压波动安全值。（9）干式和湿式重力回水凝结水管管径的确定。凝结水管坡度i0.005,管径可查表4-3数值。,为了保持蒸汽的干度，避免沿途凝水进人供汽立管，供汽立管宜从供水干管的上方或侧上方接出。在每个散热器上设置蒸汽自动排汽阀等装置等措施进行补进空气。,“水击”现象产生的原因:在蒸汽供暖系统中，沿管壁凝结的沿途凝水可能被高速的蒸汽流裹带，形成随蒸汽流动的高速水滴；落在管底的沿途凝水也可能被高速蒸汽流重新掀起，形成“水塞”，并随蒸汽一起高速流动，在遭到阀门、拐弯或向上的管段等使流动方向改变时，水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击，就产生“水击”。“水击”现象造成的危害:噪声、振动、局部高压，严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。,三 高压蒸汽采暖系统,多用于对卫生条件和室内温度均匀性要求不高，不要求调节每组散热器热量的厂房。P0.07MPa.一般不超过0.39MPa。1.高压蒸汽采暖系统的型式减压 上供图4-6为开式上供高压蒸汽采暖系统示意图。工作原理：阀们，热胀，二次蒸汽，闭式系统采用图4-7闭式凝结水箱有补偿，水封，防止箱内压力升高。二次汽逸散和隔绝空气，减轻系统腐蚀，节热能。当二次气量较大。设二次蒸发箱。图4-8,高压蒸汽采暖系统的设计要点,（）与低压系统类似（设计计算），因供汽压力差别较大，应根据散热器内压力造成不同水力计算表。室内系统作用半径不大，仍可认为密度为常数。计算可用平均比摩阻法和推荐流速法。主干线平均比摩阻按下式：（4-4）式中各项见教材P83 最不利阻力占启始点压力的1/4，剩余压力用于克服疏水器及凝结水管路的阻力损失，保证排除凝水，有利于远近支路的阻力平衡。,如入口供汽压力P未知，可采用推荐流速法，取蒸汽推荐流速 U=（50%-60%），为最大允许流速，查表4-3系统入口所要求压力由下式计算：式中各项见教材P83（）高压系统并联管路平衡较困难，一般不进行并阻计算。尽可能采用上供式和同程式，图4-9示异程式，使各散热设备回水压力，远处设备凝结水汇流有阻碍。（）须经常维修拆卸处用法兰外，尽管用焊接，不用丝接，非满管凝结水管管径可根据管段负荷查表4-4,蒸汽在通风与空调系统中的应用,在通风空调系统中加热，加强空气，制备热水及制冷等一.用蒸汽加热空气通风系统，全气空调系统或空气-水空调系统在冬季运行时，空气可用蒸汽-空气换热器在空调机组，新风机组中进行加热。注意：肋电管垂直多台换热器蒸汽管路并联蒸汽入口装压力表，调节阀，出口装疏水器；被加热空气温升大时，空气行程串联，空气量大时，并联。图4-10,暖风机应用：车间中采暖常用蒸汽，压力大于0.39Mpa，供热能力大，相同暖风机比热水多一倍。热空气幕：寒冷地带为阻挡室外冷风侵入，设热空气幕（详见8.7）二.用蒸汽加热空调系统用热水全水空调，空气-水或全空气中所用热水可用汽-水换热器加热，图4-1三.用蒸汽等温加湿空气用于蒸汽对空调空气加湿是常用方法之一。加湿速度，均匀，稳定，效率高，不带水滴和细菌，若电能，运行费用低，布置方便。但须有汽源和输汽管道，初投资高，有现成汽源时，应优先采用。供汽管应用镀锌管，从供汽管道顶部引出，接管越短越好，防凝结水，减压阀，调节阀前后安阀门，出口装疏水器。,四.溴化锂吸收式制冷用蒸汽,热力制冷，分为单效与双效单效：单一供冷或热，使用蒸汽或热水作热媒，热力系数=除有废热作热源外，一般不提倡使用。双效：同时供冷热，热力系数比单效高约60%-70%，但一次能源效率不如电制冷。,.蒸汽采暖系统专用设备,正确选用的意义：与热水相比，因热媒特点，有专用设备，正确选择，计算这些设备关系到系统的正常运行和节能。一.排除凝结水的设备散热器，换热器，蒸汽管沿途凝水，需及时排除，防止水击。种类：疏水器水封孔板式疏水阀。,1.疏水器,（）疏水器的种类及工作原理根据作用原理不同，可分为三种类型机械型：利用疏水器内凝结水液位变化动作的。浮筒式，吊桶式、浮球式。热动力型：靠蒸汽和凝水流动时热动力特性不同来工作热动力方式、脉冲式。热静力型：靠凝结水温度变化：波纹管式，双金属电式、,介绍常用的疏水器（a）浮筒式疏水器 构造如图4-12，工作原理4-13优点：构造简单，制造方便只能水平安装，漏气量小，凝水表压力P1在500Kpa或更小能疏水，排水孔阻力小。缺点：体积大，排量小，活动部件多，筒内易沉渣结垢，阀孔易磨损，维修量大。（b）热动力式疏水器图4-14工作原理 优点：体积小，重量轻，结构简单，安装维修方便 缺点：周期性漏汽，只能水平安装。（c）恒温式图4-15，波纹盒内装易蒸发液体。,浮筒式疏水器。浮筒式疏水器是一种原始形式的疏水阀，体积较大。汽水混合物进入阀体时，由于凝结水的浮力，将浮筒托向最高位置，浮筒中心杆 顶部是一个疏水阀尖，此阀尖将疏水阀孔堵死，蒸汽不能排出。而当凝结水面超过浮筒高度时，凝结水溢人筒内，至一定程度，桶内水与浮筒重量之和大于其所受浮 力时，浮筒下沉，疏水孔开启，蒸汽压力将凝结水压经套管流出。在上面盖子里有个止回阀，起防止凝结水倒流的作用。部分凝结水排出后，浮筒再次浮起，做下一 个循环动作。,热动力工疏水器利用凝结水和蒸汽动压、静压的变化阻汽排水。凝结水以压力顶开阀片，经环形孔流向出口。由于水的重度大，黏滞 系数大，流速较低，加上结构上使阀片保持微开状态。一旦蒸汽进入，因其重度小，黏滞系数小，流速快，便在阀片和阀座间造成运动负压，又占据阀片上部空间，使阀片卜下静压力平衡。管道出现冷却凝结水，凝结水靠工作压力推开阀片，迅速排放。当凝结水排放完毕，蒸汽随后排放，因蒸汽比凝结水的体积和流速大，使阀片上下产生压差，阀片在 蒸汽流速的吸力下迅速关闭。当阀片关闭时，阀片受到两面压力，阀片下面的受力面积小于上面的受力面积，因疏水阀(Steam Traps)汽室里面的压力来源于蒸汽压力，所以阀片上面受力大于下面，阀片紧紧关闭。当疏水阀(疏水器)(Steam Traps)汽室里面的蒸汽降温成凝结水，汽室里面的压力消失。凝结水靠工作压力推开阀片，凝结水又继续排放,循环工作，间断排水。,恒温式疏水器 expansion steam trap；thermostatic steam trap依靠凝结水温度变化而工作的热力式疏水器，也称热静力式疏水器。,（）疏水器的选择计算使其排水能力大于用热设备的理论排水量。即各项意义见教材P88引出选择倍率K的原因：K是考虑实际条件与理论计算情况不可能完全一致而引出的系数实际条件：用汽压力下降，背压升高导致疏水器排水能力下降；用汽量增加时，凝结水量会增加；用热设备情况可能变化，在低压力大负荷下启动时，排水量要大于设备正常排水量。K的选择：不是越大越好，浮筒式，K值大，体积大，造价高，热动力式K值大，易漏气，不同K值，可查表4-5,疏水器的排水量计算按下式式中各项意义见教材P88当通过冷水时At=32，当通过饱和凝结水时，按手册或厂家样本选用，由于二次汽影响At32,在d相同情况下,越大,二次汽占的比例越大,At和 减小的越多。手册中排水量是按背压为零（P2为大气压）给出，在相同情况，背压增高，二次汽化量减小，排水能力大于手册给出数值。较安全。,疏水器前后压力的确定原则器前表压力P1取决于疏水器在系统中位置，当用于排除蒸汽管路的凝水时P1=疏水点处蒸汽表压力；在用热设备出口时，P1=0.95Peq用热设备前的蒸汽表压；在凝结水干管末端时，P1=0.7Ps-供热系统入口表压。凝结水通过疏水器及其排水阀孔时，有能量损失，P2比P1低。为保证疏水器正常工作，必须有一个最小压差。如P1给定值，P2不得超过最大允许值（4-8）值取决于类型和规格，通常由厂家提供数据。多数 左右。（3）疏水器与管路的连接方式见图4-16，多为水平安装,疏水器的安装,疏水器的安装,疏水器的安装,疏水器的安装,疏水器的安装,疏水器的安装,2.水封和孔板式疏水阀,水封图（4-17）和孔板式疏水阀图（4-18）都起阻汽疏水作用。优点：结构简单，无活动部件，维修率低。水封：积存凝结水阻止了蒸汽的通过，水封高度H应等于水封安装处前后压差相当的水柱高度，有10%的富裕值。用于蒸汽压力小于0.05Mpa处孔板式：凝结水密度大，能通过，蒸汽密度小，受阻。,二.减压阀,1.作用：调节阀孔大小，对蒸汽节流减压。2.种类：活塞式 波纹管式 薄膜式 图4-19活塞式工作原理，见教材P903.阀孔面积计算 各项意义见教材P91,4.理论饱和蒸汽量q：每平方厘米阀孔面积通过的qg/cm.h可查图4-20，根据阀前压力（绝对）P1（图中弧线）和阀后压力P2（横坐标）查出q值，用总q和A查表4-6求出对应DN。当 时，或P2较小时，应串联两个减压阀，以减小振动、噪声和保证可靠运行。图4-21为安装图,三 二次蒸发箱1.作用：在较压力下分离出凝结水或汽水混合物中的二次汽，并输送到热用户利用。2.构造：图4-223.容积计算：当流入凝结水量为（kg/h）二次汽的含汽率为x凝结水的含汽量为。若蒸发箱内所对应的蒸汽比容为v含汽所对应的体积为，二次箱的容积V按 每小时分离2000 蒸汽确定。所需容积按下式：式中各项见教材P92，箱容积20%存水，80%为蒸汽分离空间，按蒸汽流速不大于2.0m/s来计算截面积，水流速不应大于0.25m/s,可查图示标准图等,二次蒸发箱的作用 将室内各用汽设备排出的凝水，在较低的压力下分离出一部分二次蒸汽。二次蒸发箱的工作原理高压含汽凝水沿切线方向的管道进入箱内，分离出二次蒸汽。,四.安全水封见图4-23，三个水罐，四根管组成作用：正常工作时将凝结水系统与大气隔绝，凝水系统超压时排水，排汽。工作原理：系统启动前冲水至 高度，在正常压力作用下，下贮水罐C充满水，管口内水面比管4管1睡眠低高度h,与大气隔绝。当系统压力高于大气压力H1米水柱时，凝从管2，4经压力罐A流入大气。当系统压力回落，罐A中自动补充主管2，4中。箱内真空，只要真空度小于H2米水柱，水封不破坏。,