1、第4章 蒸 汽 系 統(tǒng)4.1 概 述華北電力大學(xué)-荊有印4.1.1 蒸汽系統(tǒng)示意圖蒸汽供熱系統(tǒng)能夠向生產(chǎn)用熱設(shè)備、供暖、熱水供應(yīng)、通風(fēng)、空調(diào)等用戶提供熱能。圖4-1為蒸汽管網(wǎng)與用戶連接示意圖。 圖4-1 蒸汽系統(tǒng)示意圖(a)工藝設(shè)備供汽系統(tǒng) (b)蒸汽采暖系統(tǒng) (c)熱水采暖供汽系統(tǒng)(d)熱水供應(yīng)供汽系統(tǒng) (e)通風(fēng)、空調(diào)供汽系統(tǒng)l-蒸汽管 2-凝結(jié)水管 3-減壓閥 4-工藝用汽設(shè)備 5-疏水器 6-汽水換熱器 7-凝結(jié)水箱 8-凝結(jié)水泵 9-散熱器 10-膨脹水箱 11-熱水貯水箱 12-通風(fēng)、空調(diào)設(shè)備 13-溫度調(diào)節(jié)器 用熱系統(tǒng)與室外蒸汽網(wǎng)路的連接取決于用熱系統(tǒng)和設(shè)備的特點(diǎn)。可分為直接連接

2、和間接連接。當(dāng)熱用戶使用蒸汽時(shí)，采用直接連接，如圖4-1中(a)、(b)、(e)；當(dāng)用戶使用熱水時(shí)，可通過汽水換熱器間接連接，如圖4-1中(c)、(d)。當(dāng)各用戶用汽參數(shù)不同時(shí)，供汽壓力應(yīng)滿足最高壓力用戶的要求；如供汽壓力高于其他用戶要求，則在其他用戶入口安裝減壓閥。4.1.2 蒸汽作為熱媒的特點(diǎn)（與熱水相比） 1優(yōu)點(diǎn)(1)適應(yīng)性廣可同時(shí)滿足對(duì)壓力和溫度有不同要求的多種用戶的用熱要求。 (2)管道初投資低蒸汽：主要靠相變放出熱量(放出汽化潛熱)水：靠溫度降低放出熱量，無相變。當(dāng)熱媒為飽和蒸汽時(shí)，在同樣的下，蒸汽系統(tǒng)管道初投資低。 (3) 散熱設(shè)備面積小蒸汽在散熱設(shè)備的熱媒平均溫度為相應(yīng)壓力下的

3、飽和溫度；熱水在散熱設(shè)備內(nèi)的熱媒平均溫度為進(jìn)、出口水溫平均值。因?yàn)?；，所以?(4) ，對(duì)于高層建筑高區(qū)(特別是高度大于160m的特高層建筑)，不會(huì)使建筑物底部的設(shè)備和散熱器超壓。 (5)熱惰性小，供汽時(shí)熱得快，停汽時(shí)冷得也快。 2缺點(diǎn) 蒸汽和凝結(jié)水狀態(tài)參數(shù)(密度和流量)變化大，且伴隨相變，設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理復(fù)雜。 易出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”問題。蒸汽壓力與溫度有關(guān)，而且壓力變化時(shí)，溫度變化不大。因此蒸汽采暖不能采用改變熱媒溫度的質(zhì)調(diào)節(jié)，只能采用間歇調(diào)節(jié)。蒸汽采暖系統(tǒng)用戶室內(nèi)溫度波動(dòng)大，間歇工作時(shí)有噪聲。 散熱器和管道的表面溫度高，散熱器表面有機(jī)灰塵的分解和升華，會(huì)影響室內(nèi)空氣質(zhì)量。 停汽時(shí)，易吸入

4、空氣，管道易受到氧腐蝕，使用壽命短。 蒸汽管溫度高，無效熱損失大。4.2 蒸汽采暖系統(tǒng)4.2.1 蒸汽采暖系統(tǒng)的類型 1按供汽壓力高壓蒸汽采暖系統(tǒng) P(表壓)0.07MFa低壓蒸汽采暖系統(tǒng) P(表壓)0.07MPa真空蒸汽采暖系統(tǒng) P(絕對(duì)壓力)0.1MPa 2按立管的數(shù)量單管（國內(nèi)絕大多數(shù)）雙管（立管中為汽水兩相流，易產(chǎn)生水擊和汽水沖擊聲，很少使用） 3按蒸汽干管的位置上供式、中供式和下供式。 4按凝結(jié)水回收動(dòng)力重力回水和機(jī)械回水。 5按凝結(jié)水系統(tǒng)是否與大氣相通開式系統(tǒng)(通大氣)和閉式系統(tǒng)(不通大氣)。 6按凝結(jié)水充滿管道斷面的程度干式回水和濕式回水。4.2.2 低壓蒸汽采暖系統(tǒng)1低壓蒸汽采

5、暖系統(tǒng)的型式 (1)重力回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng) 主要特點(diǎn)供汽壓力<0.07MPa，凝結(jié)水在有坡管道中依靠其自身的重力回流到熱源。系統(tǒng)型式如圖4-2所示。有上供式和下供式。系統(tǒng)工作原理鍋爐運(yùn)行前，鍋爐上水至-平面（鍋爐正常水位）。鍋爐加熱后產(chǎn)生蒸汽，壓力升高。鍋爐內(nèi)的蒸汽在自身壓力作用下，沿蒸汽管輸送進(jìn)入散熱器，同時(shí)將積聚在供汽管道和散熱器內(nèi)的空氣驅(qū)趕入凝結(jié)水，經(jīng)連接在凝結(jié)水管末端B點(diǎn)的空氣管排出。蒸汽在散熱器內(nèi)冷凝放熱，凝結(jié)水靠重力作用返回鍋爐，重新加熱變成蒸汽。鍋爐停運(yùn)時(shí)，鍋筒和總凝水管處在-水位。鍋爐運(yùn)行時(shí)，在蒸汽壓力作用下，總凝結(jié)水管內(nèi)的水位升高h(yuǎn)值,達(dá)-水位（h為鍋筒蒸汽壓力P折算

6、的水柱高度)。為使系統(tǒng)內(nèi)空氣能從B點(diǎn)出順利排出，B點(diǎn)前的水平凝結(jié)水干管就不能充滿水，其最低點(diǎn)應(yīng)比-截面高出200-250mm。系統(tǒng)工作時(shí)該管道斷面上部充滿空氣，下部從滿凝結(jié)水，凝結(jié)水靠重力流動(dòng)。系統(tǒng)停止工作時(shí)，該管內(nèi)充滿空氣。這種非滿管流動(dòng)的凝結(jié)水管稱為干式凝結(jié)水管，這種回水方式被稱為干式回水。-截面以下的總凝水立管全部充滿凝水管，凝結(jié)水滿管流動(dòng)，稱為濕式凝結(jié)水管，這種回水方式被稱為濕式回水。 圖4-2 重力回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng)(a)上供式 (b)下供式1-鍋爐 2-蒸汽管 3-干式自流凝結(jié)水管 4-濕式凝結(jié)水管5-空氣管 6-散熱 7-截止閥 8-水封圖(b)中水封8的作用：排除蒸汽管道沿途

7、凝結(jié)水，以防止立管中的汽水沖擊并阻止蒸汽竄入凝結(jié)水管。水平蒸汽干管應(yīng)坡向水封，水封底部應(yīng)設(shè)放水絲堵，用于排污和放空。 重力回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng)只適用于小型系統(tǒng)。機(jī)械回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng) 主要特點(diǎn)供汽壓力小于007MPa，凝結(jié)水依靠水泵的動(dòng)力送回?zé)嵩粗匦录訜?。系統(tǒng)工作原理圖4-3為中供式機(jī)械回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng)原理圖。由蒸汽鍋爐輸送來的蒸汽沿蒸汽管輸送進(jìn)入散熱器，散熱后凝結(jié)水匯集到凝結(jié)水箱中，再用凝結(jié)水泵沿凝結(jié)水管送回?zé)嵩粗匦录訜帷Ｋ侥Y(jié)水干管仍為干式凝結(jié)水管。圖中的高度h用來防止凝結(jié)水泵汽蝕；逆止閥8用于防止凝結(jié)水倒流，保護(hù)水泵；疏水器11用于排除蒸汽管中的沿途凝結(jié)水以減輕系統(tǒng)的水擊。系統(tǒng)作

8、用半徑較大，適用于較大型系統(tǒng)。圖4-3 中供式機(jī)械回水低壓蒸汽采暖系統(tǒng)1-蒸汽管 2-凝結(jié)水管 3-回?zé)嵩吹哪Y(jié)水管4-空氣管 5-通氣管 6-凝結(jié)水箱 7-凝結(jié)水泵8-止回閥 9-散熱器 10-截止閥 11-疏水器2設(shè)計(jì)要點(diǎn) (1) 供給散熱器的蒸汽流量蒸汽在散熱器內(nèi)冷凝放出汽化潛熱，供給散熱器的蒸汽流量為： （4-1）式中 -散熱設(shè)備的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，W； -蒸汽流量，kg/s； -蒸汽在凝結(jié)壓力下的汽化潛熱，kJ/kg。 工程中蒸汽流量常用單位為kg/h，因此式(4-1)變?yōu)?（4-2） (2) 散熱器面積及傳熱系數(shù)散熱器面積的計(jì)算方法和公式與熱水為熱媒時(shí)基本相同，但應(yīng)注意傳熱系數(shù)公式；散熱

9、器熱媒的平均溫度為對(duì)應(yīng)壓力下的飽和溫度。 (3) 自動(dòng)排氣閥安裝位置空氣聚集在散熱器內(nèi)會(huì)影響散熱效果，安裝自動(dòng)排氣閥可排除散熱器內(nèi)的空氣。在低壓蒸汽采暖系統(tǒng)中，空氣比低壓蒸汽重，散熱器內(nèi)如有空氣，則聚集在其中部或中部偏下處。如進(jìn)入散熱器的蒸汽流量正好全部滿足冷凝要求，則凝結(jié)水沿散熱器壁呈膜狀向下流動(dòng)，內(nèi)部全充滿蒸汽，如圖4-4(a)所示。如果進(jìn)入散熱器的蒸汽量小于給定熱負(fù)荷對(duì)應(yīng)的數(shù)量，則下部積聚未被排走的空氣，如圖4-4(b)所示。如果進(jìn)入散熱器的蒸汽量少或凝結(jié)水排除不暢，則散熱器內(nèi)的凝結(jié)水位將升高，如圖4-4(c)所示。自動(dòng)排氣閥安裝位置：距散熱器底部的高度為l/3的散熱器全高。圖4-4 蒸

10、汽在散熱器內(nèi)的凝結(jié)與空氣的聚集 (4)為簡化計(jì)算，在低壓蒸汽采暖系統(tǒng)水力計(jì)算時(shí)，不考慮沿途蒸汽密度的變化和沿途凝結(jié)水對(duì)蒸汽流量的影響。 (5)低壓蒸汽進(jìn)入散熱器后，壓力降低到接近大氣壓，散熱器凝結(jié)水支管上可不設(shè)疏水器。也可在每一支路或一個(gè)立管上設(shè)一個(gè)疏水器。 (6)為了防止凝結(jié)水泵內(nèi)產(chǎn)生汽蝕，水泵應(yīng)在凝結(jié)水箱最低水位以下。圖4-5 門或洞口處管道的安裝(a)濕式凝結(jié)水管時(shí) (b)蒸汽管和干式凝結(jié)水管時(shí)1-濕式凝結(jié)水管 2-空氣管 3-排污放水絲堵4-蒸汽管或干式凝結(jié)水管 5-繞行管 6-排氣管 (7)蒸汽管或凝結(jié)水管通過門或洞口時(shí)采用圖4-5的方式。 (8) 蒸汽管: 能及時(shí)排除沿途凝結(jié)水，以

11、防水擊，水平供汽管道要考慮坡度，并盡可能使蒸汽和沿途凝結(jié)水同向流動(dòng)。蒸汽干管向上拐彎處，必須設(shè)置疏水器。 (9)凝結(jié)水管：能及時(shí)排出凝結(jié)水和空氣，要考慮坡度和坡向，要保證干濕凝水干管高度。4.2.3 高壓蒸汽采暖系統(tǒng) 1特點(diǎn)蒸汽壓力高，溫度高，散熱器F，d，供熱半徑；但衛(wèi)生條件差，熱損失大，管理運(yùn)行復(fù)雜。供汽表壓力P>0.07MPa，一般不超過0.39MPa。2系統(tǒng)的型式 采用上供式、中供式或下供式。為了簡化系統(tǒng)及防止水擊，應(yīng)盡可能采用上供式，使立管中蒸汽與沿途凝結(jié)水同向流動(dòng)。3工作原理圖4-6 開式上供高壓蒸汽采暖系統(tǒng)示意圖1-高壓分汽缸 2-工藝用戶供汽管 3-低壓分汽缸 4-減壓閥

12、5-減壓閥旁通管 6-壓力表 7-安全閥 8-供汽主立管9-水平供汽干管 10-供汽立管 11-供汽支管 12-方形補(bǔ)償器13-疏水器 14-凝結(jié)水箱 15-凝結(jié)水泵 16-通氣管 開式上供高壓蒸汽采暖系統(tǒng)如圖4-6所示。由鍋爐房將蒸汽送入高壓分汽缸，將高壓蒸汽分配給生產(chǎn)工藝用汽；蒸汽經(jīng)減壓閥減壓后進(jìn)入低壓分汽缸。減壓閥設(shè)有旁通管，供修理減壓閥時(shí)旁通蒸汽用。安全閥用于進(jìn)入采暖系統(tǒng)的最高壓力不超過額定值。從低壓分汽缸上分出許多供汽管，分別供空調(diào)系統(tǒng)的蒸汽加濕、汽水換熱器以及蒸汽暖風(fēng)機(jī)等用汽。系統(tǒng)中設(shè)有疏水器，將沿途以及系統(tǒng)產(chǎn)生的凝結(jié)水排到凝結(jié)水箱，凝結(jié)水箱上有空氣管，用于排除箱內(nèi)的空氣和二次蒸汽

13、。凝結(jié)水箱中的水由凝結(jié)水泵送回凝結(jié)水站或熱源。 閉式高壓蒸汽采暖系統(tǒng)圖4-7 閉式凝結(jié)水箱l-凝結(jié)水進(jìn)入管 2-安全水封 3-壓力調(diào)節(jié)器4-凝結(jié)水排出管 5-補(bǔ)汽管在閉式高壓蒸汽采暖系統(tǒng)中采用如圖4-7所示的閉式凝結(jié)水箱。由補(bǔ)汽管5向箱內(nèi)補(bǔ)給蒸汽，使其內(nèi)部壓力維持在5kPa左右(由壓力調(diào)節(jié)器控制)。水箱上設(shè)置安全水封，防止箱內(nèi)壓力升高、二次蒸汽逸散和隔絕空氣。 設(shè)二次蒸發(fā)箱的高壓蒸汽采暖系統(tǒng)當(dāng)用汽設(shè)備較多，用汽量大時(shí)，可設(shè)二次蒸發(fā)箱，回收二次蒸汽。用汽設(shè)備的凝結(jié)水通過疏水器進(jìn)入二次蒸發(fā)箱，擴(kuò)容后產(chǎn)生的二次汽供二次蒸汽熱用戶使用，如圖4-8所示。當(dāng)二次汽量較小時(shí)，由高壓蒸汽供汽管補(bǔ)充。靠壓力調(diào)節(jié)

14、器控制補(bǔ)汽量，以保持箱內(nèi)壓力20-40kPa(表壓力)，并滿足二次蒸汽熱用戶的用汽量的要求。當(dāng)箱內(nèi)二次汽量超過二次汽熱用戶的用汽量時(shí)，箱內(nèi)壓力增 高，箱上安裝的安全閥開啟，排汽降壓。圖4-8設(shè)置二次蒸發(fā)箱的高壓蒸汽采暖系統(tǒng)l-高壓用汽設(shè)備 2-放水閥 3-疏水器 4-止回閥5-二次蒸發(fā)箱 6-安全閥 7-壓力調(diào)節(jié)器4設(shè)計(jì)要點(diǎn) 高壓蒸汽采暖系統(tǒng)供汽壓力差別較大，計(jì)算蒸汽管時(shí)應(yīng)根據(jù)散熱器內(nèi)的壓力選用不同的水力計(jì)算表。蒸汽管路計(jì)算可用平均比摩阻法和推薦流速法。 管道布置盡可能采用上供式和同程式。 在入口處根據(jù)需要設(shè)不同壓力分汽缸。 要在干管上設(shè)補(bǔ)償器。 設(shè)疏水器。在散熱器入口和出口設(shè)閥門，以調(diào)節(jié)蒸汽

15、量，保證關(guān)斷。可設(shè)二次蒸發(fā)箱回收二次蒸汽。高壓蒸汽管道除經(jīng)常拆卸檢修的地方用法蘭連接外，盡量用焊接，不用螺紋連接，以方泄漏。4.3 蒸汽在通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用 蒸汽除用于生產(chǎn)和采暖外，還可用于通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)中空氣的加熱、加濕，制備空調(diào)用熱水及制冷等。4.3.1 用蒸汽加熱空氣 通風(fēng)系統(tǒng)、全空氣空調(diào)系統(tǒng)或空氣-水空調(diào)系統(tǒng)在冬季運(yùn)行時(shí)，其空氣可用蒸汽/空氣換熱器在空調(diào)機(jī)組、新風(fēng)處理機(jī)組中進(jìn)行加熱。 1換熱器當(dāng)被加熱空氣溫升大時(shí)，空氣行程宜采用串聯(lián)；而空氣量大時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)安裝。圖4-10為四臺(tái)空氣/蒸汽換熱器的蒸汽管路并聯(lián)安裝示意圖。圖4-10 蒸汽管路并聯(lián)加熱空氣 2暖風(fēng)機(jī)車間中采暖用的暖風(fēng)機(jī)

16、常用蒸汽作為熱媒。蒸汽壓力不大于0.39MPa。蒸汽型暖風(fēng)機(jī)供熱能力大。 3熱空氣幕熱空氣幕適宜用在車間大門、特別是出入汽車等交通工具的大門處。蒸汽型熱空氣幕一般使用表壓0.39MPa的蒸汽。 4設(shè)計(jì)要點(diǎn)暖風(fēng)機(jī)、熱空氣幕的蒸汽系統(tǒng)宜用上供式系統(tǒng)。設(shè)備進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)關(guān)斷閥，出口凝結(jié)水管設(shè)疏水器。4.3.2 用蒸汽加熱空調(diào)系統(tǒng)用熱水 全水空調(diào)系統(tǒng)或空氣水空調(diào)系統(tǒng)或全空氣系統(tǒng)中所用的熱水可用汽水換熱器進(jìn)行加熱。圖4-11汽-水換熱器的管路連接蒸汽管路與熱水管路都是并聯(lián)連接。在水系統(tǒng)最高點(diǎn)應(yīng)設(shè)排氣裝置，在最低點(diǎn)設(shè)泄水和排污閥。4.3.3 用蒸汽等溫加濕空氣1. 干蒸汽加濕器的特點(diǎn)用干蒸汽加濕器對(duì)空氣進(jìn)行加濕是空調(diào)系統(tǒng)中常用的加濕法之一。加濕迅速、均勻、穩(wěn)定、效率高(接近100)、不帶水滴和細(xì)菌，節(jié)省電能，運(yùn)行費(fèi)用低，布置方便。但由于必須有汽源和輸汽管道，初投資高，不可能專門為采用蒸汽加濕而建造熱源，但在有現(xiàn)成蒸汽熱源時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用蒸汽加濕。2設(shè)計(jì)要點(diǎn)蒸氣壓力為0.02-0.4MPa。 接干蒸汽加濕器的供汽管道宜用鍍鋅管道，必須從供汽管道頂部引出，而且接管越短越好，以防過多沿途凝結(jié)水帶入加濕器。其入口供汽管減壓閥和調(diào)節(jié)閥的前、后應(yīng)安裝閥門，其出口裝疏水器。4.3.4 溴化鋰吸收式制冷用蒸汽 吸收式制