第四章--蒸汽供热系统.ppt

18 07 27 1 第四章蒸汽供热系统 以蒸汽为热媒 向供暖 通风 热水供应 空气调节 生产工艺等热用户供热的供热系统 称蒸汽供热系统 18 07 27 2 蒸汽作为热媒的特点 与热水相比 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 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 散热设备面积小蒸汽在散热设备的热媒平均温度为相应压力下的饱和温度 热水在散热设备内的热媒平均温度为进 出口水温平均值 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 18 07 27 3 散热设备面积小蒸汽在散热设备的热媒平均温度为相应压力下的饱和温度 热水在散热设备内的热媒平均温度为进 出口水温平均值 18 07 27 4 对于高层建筑高区 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 18 07 27 5 第一节低压蒸汽供暖系统 一 蒸汽供暖系统的分类以蒸汽为热媒 只向供暖热用户供热的供热系统 称为蒸汽供暖系统 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 国内绝大多数 双管 立管中为汽水两相流 易产生水击和汽水冲击声 很少使用 18 07 27 6 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 18 07 27 7 二 蒸汽供暖系统热媒的选择蒸汽供暖系统热媒的选择 见表4 l 18 07 27 8 18 07 27 9 三 低压蒸汽供暖系统低压蒸汽供暖系统供汽表压力 70kPa 一般供汽压力约为5 20kPa 温度为100 110 所以系统长度不能太长 一般控制在200m以内 1 低压蒸汽供暖系统的工作原理 机械回水低压蒸汽采暖系统 重力回水低压蒸汽采暖系统 18 07 27 10 图4 1上分式机械回水低压蒸汽供暖系统图1 室外蒸汽管 2 宅内蒸汽干管 3 蒸汽立管 4 散热器支管 5 凝结水支管 6 凝结立管 7 凝结水干管 8 凝结水箱 9 凝结水泵 10 疏水器 11 减压阀 12 止回阀 18 07 27 11 图4 2上分式重力回水低压蒸汽供暖系统图1 蒸汽总立管 2 室内蒸汽干管 3 蒸汽立管 4 蒸汽支管 5 凝水支管 6 凝水立管 7 凝水干管 18 07 27 12 2 低压蒸汽供暖系统形式按蒸汽干管的位置分为 上供式 中供式和下供式 按立管的数量分为 单管式和双管式 18 07 27 13 双管上供下回式 h 200 250mm 适用范围室温需调节的多层建筑特点常用双管做法易上冷下热 图式 18 07 27 14 双管下供下回式 图式 适用范围室温需调节的多层建筑特点可缓解上冷下热现象供汽立管需加大需设地沟室内顶层无供汽水平干管 美观 18 07 27 15 双管中供式 适用范围当顶层无法布置水平干管的多层建筑特点缓解上冷下热现象接层方便 图式 18 07 27 16 单管下供下回式 适用范围三层以下建筑特点单立管 汽水逆向流动 立管管径大室内无供汽水平干管 美观安装简便 造价低需设地沟 图式 18 07 27 17 单管上供下回式 图式 适用范围多层建筑特点常用单管做法安装简便 造价低 18 07 27 18 3 设计要点 为简化计算 在低压蒸汽采暖系统水力计算时 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 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 蒸汽管或凝结水管通过门或洞口时采用图4 7的方式 18 07 27 19 图4 7干式凝结水管过门装置1 15空气绕行管2 凝结水管3 泄水口 18 07 27 20 蒸汽管应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 蒸汽干管汽水同向流动时 坡度i宜采用0 003 0 002 进入散热器支管的坡度i 0 0l 0 02 蒸汽干管向上拐弯处 必须设置疏水器 凝结水管应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 18 07 27 21 散热器排气阀安装位置在低压蒸汽采暖系统中 低压蒸汽 空气 散热器内如有空气 则上部是蒸汽 中下部是空气 底部是凝结水 如图4 3 a 所示 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 如图4 3 b 图4 3 a 所示 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 3 b 所示 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 3 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 18 07 27 22 图4 3 蒸汽散热器内的凝结与空气聚集 图4 3散热器内蒸汽凝结示意图 18 07 27 23 18 07 27 24 构造 过滤器 锥形阀 波纹管 校正螺丝 外壳 波纹管内有少量易蒸发液体 如酒精 工作原理 当饱和温度的凝结水 疏水器 凝水温度 液体蒸发温度 波纹管内的液体瞬时蒸发 蒸汽的压力增高 波纹管沿轴线伸长 带动阀芯 关闭凝水通路 防止蒸汽逸出 当凝水温度 波纹管自动收缩 锥形阀打开 凝水排出 图4 4恒温式疏水器 18 07 27 25 第二节低压蒸汽供暖系统的水力计算 一 低压蒸汽管道的水力计算散热器前蒸汽管 水力计算与蒸汽压力有关 蒸汽密度是随压力变化 散热器后的凝结水管 水力计算与管内是否充满水有关 在低压蒸汽供暖系统中 靠锅炉出口处蒸汽本身的压力 使蒸汽沿管道流动 最后进入散热器凝结放热 18 07 27 26 1 沿程阻力损失 比摩阻 管段的沿程阻力损失2 局部压力损失3 压力损失 18 07 27 27 4 水力计算方法及步骤 先从最不利管路开始 即从锅炉房到最远的散热器的管路开始计算 最不利管路的水力计算 通常采用 控制比压降法 将最不利管路的每1m总压力损失控制在约100Pa m 平均比摩阻法 已知锅炉或室内入口处蒸汽压力P下 按平均比摩阻选管径 18 07 27 28 其他并联环路的水力计算按平均比摩阻选择管径 管内流速 最大允许流速 蒸汽 水同向流动 30m s蒸汽 水逆向流动 20m s 并联支路节点压力不平衡率一般控制在25 以内 考虑凝结水和空气的影响 蒸汽干管始端管径在50mm以上时 末端管径不小于32mm 蒸汽干管始端管径在50mm以下时 末端管径不小于25mm 18 07 27 29 二 凝结水管的确定 干式凝结水管 为非满管流动 部分截面流水 部分截面排空气 可能产生二次蒸汽 要求管径大 湿式凝结水管 为满管流动 当系统不产生二次蒸汽时使用 但需安装排空气装置 凝结水管管径 根据凝结水管负担的供热量来确定 见附录4 3 凝水干管的坡度 i 0 005 且凝水干管始端管径一般 25mm 个别始端负荷不大时 可 20mm 散热器凝水支管一般用15mm 湿式凝水管的空气管管径一般采用15mm 18 07 27 30 第三节高压蒸汽供热系统 一 高压蒸汽供热系统 室外管网 1 系统型式单管系统 对要求不同参数的各用户 一般采用一根管道输送 必要时在用户入口处加减压阀或减温减压器或减温器 双管或多管系统 当生产要求蒸汽压力差别很大 单管输送不能满足要求或不经济时 可考虑采用双管或多管输送 18 07 27 31 2 系统连接方式 与生产工艺用户连接一般采用间接加热的方式 这样有利于提高凝结水的回收率 与采暖 通风用户的连接一般经减压阀减压后 再进入散热器或暖风机 如用户需热水供暖 则可在用户入口处安装汽 水换热器或蒸汽喷射器 与生活热水用户的连接采用间接连接 通过容积式换热器或汽 水加热器的连接方式 不宜采用蒸汽直接加热的连接方式 18 07 27 32 3 凝结水回收系统 系统作用回收热量 80 100 回收水量 软化水 热电厂凝结水 除盐水 定义蒸汽在用热设备凝结放热后 凝结水经疏水器 管道及设备返回热源的回水管 称为凝结水回收系统 分类按是否与大气相通 开式和闭式按流动方式 单相流 满管流和非满管流 和两相流按驱使凝结水流动的动力 重力回水 靠水位差或坡度 和机械回水 靠水泵 18 07 27 33 二 高压蒸汽供暖系统 1 系统的特点高压蒸汽供暖系统 供汽表压力P 70kPa 400kPa 高压蒸汽供暖与低压蒸汽供暖相比 主要特点是 优点 蒸汽压力高 温度高 散热器F d 供热半径 缺点 卫生条件差 热损失大 管理运行复杂 18 07 27 34 2 系统基本形式 系统分类双管系统 单管系统 同程式系统 异程式系统 单管系统 汽 水在一根管子里流动 容易产生水击现象 所以很少采用 异程式系统 小型供暖系统可采用 常用系统形式上供下回式 上供上回式和水平串联式 见表4 6 18 07 27 35 上供下回式 适用范围单层公用建筑或工业厂房特点常用做法 可节约地沟 18 07 27 36 上供上回式 适用范围工业厂房暖风机供暖系统特点节约地沟 检修方便系统泄水不便 18 07 27 37 水平串联式 适用范围构造简单 造价低散热器接口处易漏水漏汽特点节约地沟 检修方便系统泄水不便 18 07 27 38 3 系统工作原理 图4 6室内上供下回式高压蒸汽供暖系统示意图 18 07 27 39 4 设计要点 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 尽可能采用上供式和同程式 在入口处 根据需要设不同压力分汽缸 分汽缸上应安装压力表 安全阀及疏水装置 在干管上设补偿器 18 07 27 40 在散热器入口和出口设截止阀 以调节蒸汽量 保证关断 散热器后应设疏水器 当疏水器本身无止回功能时 应在疏水器后的凝水管上设置止回阀 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 以防泄漏 其他要求同低压蒸汽管道 18 07 27 41 第四节高压蒸汽供热系统的水力计算 室外高压蒸汽管路 管路较长 压降较大 蒸汽密度变化大 水力计算时密度变化不能忽略 应详细计算 室内高压蒸汽管路 管路较短 压降较小 蒸汽密度变化小 在水力计算时可以忽略蒸汽密度的变化 室内高压蒸汽是从70kPa 400kPa 压力范围较大 在水力计算时应采用不同蒸汽压力下的蒸汽管径计算表 18 07 27 42 一 室内高压蒸汽供暖系统水力计算 1 基本公式室内高压蒸汽供暖系统水力计算 一般采用当量长度法 2 管径选择及其压力损失计算采用平均比摩阻法或流速法 平均比摩阻法 已知系统起始点蒸汽压力 计算最不利管路的平均比摩阻 根据Rpj和Q 查蒸汽管路水力计算表 确定d 计算 P 18 07 27 43 流速法 暖通规范 规定 高压蒸汽供暖系统的最大允许流速不应大于下列数值 汽 水同向流动时80m s汽 水逆向流动时60m s在工程实践中 总结出不同管径的允许流速和推荐流速 见表4 7 选最不利环路 根据Q和允许流速 查蒸汽管路水力计算表 确定管径d 计算 P 18 07 27 44 3 计算方法及步骤 蒸汽管路计算 最不利管路水力计算 a 选最不利环路 b 根据Q和允许v 查蒸汽管路水力计算表 确定d 计算 P 一般采用流速法 推荐采用v 10 40m s 见表4 7 其他立管的水力计算根据Q和允许v 查蒸汽管路水力计算表 确定d 计算 P 18 07 27 45 凝结水管管径的确定凝结水管路计算 散热器至疏水器之间的凝结水管属于干式凝水管 为非满管流的流动状态 管径是根据凝结水管负担的供热量 查附录4 3确定 18 07 27 46 二 高压蒸汽管网的水力计算 由于蒸汽管路输送的距离远 负担的用户多 蒸汽流量大 因此蒸汽网路的流量通常以t h表示 1 沿程压力损失2 局部阻力损失按当量长度法计算 查表附录4 7 3 蒸汽网路总压降 18 07 27 47 4 计算步骤 1 首先确定各管段的流量 各热用户的计算流量 各管段的计算流量 2 绘制蒸汽管网平面图 并在图中标注所有管道附件 管道长度等 18 07 27 48 3 确定主干线的平均比摩阻 4 假定计算管段末端压力按主干线上压力损失均匀分布来确定 5 计算管段蒸汽平均密度 18 07 27 49 6 将平均比摩阻换算成查表用比摩阻 7 根据计算管段G和Rbi pj 查表选管径d 得所选定d下Rbi和vbi 8 将Rbi和vbi换算成实际Rsh和vsh 9 检查管内流速是否超过限定流速 见表4 12 10 根据选定管径d 查附录4 7 得出Ld 计算 Psh 18 07 27 50 11 确定实际末端压力计算管段实际平均密度 12 校核计算验算与是否相等 18 07 27 51 13 蒸汽管道分支线的水力计算以分支线与主干线节点处的蒸汽压力 作为分支线的始端蒸汽压力 按上述步骤和方法进行计算 18 07 27 52 18 07 27 53 18 07 27 54 三 凝结水管网水力计算 图4 11各种流动状况的凝结水回收系统示意图1 用汽设备 2 疏水器 3 二次蒸发箱 4 凝水箱 5 凝水泵 6 总凝水箱 7 压力调节器 18 07 27 55 1 管段AB 由用热设备出口至疏水器入口的管段 流动状态 汽 蒸汽 空气 水混合物 非满管流 管道坡度 i 0 005 管径选择 按附录4 3确定 18 07 27 56 2 管段BC 从疏水器出口至二次蒸发箱 或高位水箱 或凝水箱入口的管段 凝结水靠其余压集中到二次蒸发器 产生的二次蒸汽可供暖 为保证二次蒸汽压力 可通过压力调节器补汽 流动状态 汽 蒸汽 空气 水混合物 满管流 18 07 27 57 2 管段BC 余压凝水管的资用压力余压回水管段的允许平均比摩阻 18 07 27 58 3 管段CD 从二次蒸发箱 或高位水箱 出口到凝水箱的管段 流动状态 压力下的饱和水 如管中压降过大 仍可能汽化 凝水靠二次蒸发箱和封闭凝水箱回形管标高差的势能 由二次蒸发箱流入封闭凝水箱 18 07 27 59 3 管段CD 作用压力h 二次蒸发箱中水面与凝水箱回形管顶的标高差 m 18 07 27 60 4 管段DE 分站凝结水箱后的凝结水管 流动状态 机械回水 单相水压力满管流 水力计算方法 按热水管道计算方法进行 流速范围1 0 1 2m s 确定各管段的管径 沿程阻力 附录2 1热水网路水力计算表 局部阻力 按当量长度计算 18 07 27 61 凝水泵所需的扬程 式中 凝结水泵的扬程 mH20 在工程设计中 还应加上30 50kPa的富裕压力 自凝水泵至总凝水箱之间凝水管路的压力损失 Pa h 总凝水箱回形管顶与凝水泵分站凝水箱最低水面的标高差 m 当凝水泵分站比凝水箱的回形管高时 h值为负值 18 07 27 62 注意 水泵出口均需装止回阀 当所选水泵扬程大于需要值时 必须在水泵出口处装减压孔板及调节阀门 消耗掉多余压头 否则会影响其他并联水泵工作 凝水管网的水力计算方法 都很不完善 有待进一步研究和探讨 18 07 27 63 第五节蒸汽供热系统的辅助设备 一 低压蒸汽供暖系统的辅助设备1 二次蒸发箱 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 并将低压二次蒸汽输送到热用户 结构 如图4 18所示 图4 18二次蒸发箱 18 07 27 64 容积计算与选型号容积为 式中v 二次蒸汽比容 m3 kg G 进入二次蒸发箱的凝结水量 t h 根据计算容积 按国家标准图 R405 选二次蒸发箱型号 18 07 27 65 2 凝结水箱 作用 以收集凝结水 形式 开式 无压 和闭式 有压 开式水箱多为长方形 如图4 19所示 水箱的附件 人孔盖 水位计 温度计 进 出水管 空气管和泄水管等 当h 1 5时 应设内 外扶梯 凝水进入管应插入水面以下 图4 19开式水箱1 空气管 2 人孔盖 3 凝水进入管 4 水位计 5 凝水排出管 6 泄水管 7 溢流管 18 07 27 66 闭式水箱闭式水箱为承压水箱 水箱应做成圆筒形 如图4 12所示 水箱附件 人孔盖 水位计 温度计 进 出水管 泄水管 压力表 取样装置和安全水封等 安全水封的作用 防止水箱压力过高 防止空气进入水箱内 兼作溢流管 图4 20闭式水箱1 凝水进入管 2 凝水排出管 3 泄水管 4 安全水封 5 水位计 18 07 27 67 凝结水箱的容积参见表4 15 18 07 27 68 二 高压蒸汽供暖系统的辅助设备 1 疏水器 作用自动 迅速地排出设备与管道中的空气 包括不凝性气体 和凝结水 并阻止蒸汽逸漏 分类按作用原理分为机械型 热动力型和热静力型 机械型疏水器依靠凝水水位的作用来控制凝水排水孔的自动启闭 如浮桶式 钟形浮子式 自由浮球式 倒吊筒式疏水器等 18 07 27 69 浮筒式疏水器构造 如图4 21所示 浮筒 外壳 顶针 阀孔 放气阀 可调重块 a 构造图1 排沟栓塞 2 浮桶 3 阀体 4 挡板 5 阀针 6 阀座 7 排气阀 8 中央套管 18 07 27 70 工作原理 凝结水流入疏水器外壳内 当壳内水位升高时 浮筒浮起 阀针关闭阀孔 阻汽状态 如图4 21 b b 阻汽状态 1 蒸汽凝水入口 2 凝水出口 3 开门浮桶 4 外壳 5 阀门 6 导向装置 7 导向装置 8 顶针 18 07 27 71 继续进水 凝水就会进入浮筒内 当水充满浮筒后 浮筒下降 阀孔打开 凝结水借蒸汽压力排入凝结水管 如图4 21 c c 排水状态1 蒸汽凝水入口 2 凝水出口 3 开门浮捅 4 外壳 5 阀门 6 导向装置 7 导向装置 8 顶针 18 07 27 72 当凝结水排出一定数量后 筒的总重量减轻 浮筒再度浮起 又将阀孔关闭 如此反复循环 b 阻汽状态 1 蒸汽凝水入口 2 凝水出口 3 开门浮桶 4 外壳 5 阀门 6 导向装置 7 导向装置 8 顶针 18 07 27 73 热动力型疏水器依靠流体动力学原理来自动启闭凝水排水孔 如圆盘式 脉冲式 孔板或迷宫式疏水器 圆盘式疏水器构造 如图4 22 由阀体 阀盖 过滤器等组成 图4 22圆盘式疏水器1 阀体 2 阀片 3 阀盖 4 过滤器 18 07 27 74 工作原理 当冷的凝水流入A孔时 靠凝结水压力顶开阀片 水经过环形槽B 从向下开的小孔排出 在此流动过程中 由于凝水的比容几乎不变 空气和凝结水通畅 阀片常开 连续排出 图4 22圆盘式疏水器1 阀体 2 阀片 3 阀盖 4 过滤器 18 07 27 75 当蒸汽进入时 顶开阀片 蒸汽在阀片下面的A孔经B槽流向出口 在出口孔口处的较低压力作用下 蒸汽比容随压降急剧增大 阀片下面的蒸汽流速激增 使阀片下面的静压下降 与此同时 蒸汽被迫从阀片与阀盖之间的缝隙冲入阀片上部的控制室 在室内建立起足够高的压力 迅速将阀片向下关闭阻汽 图4 22圆盘式疏水器1 阀体 2 阀片 3 阀盖 4 过滤器 18 07 27 76 直至蒸汽凝结成水 阀片上部压力消失 阀片被凝水顶开 又重新排水 图4 22圆盘式疏水器1 阀体 2 阀片 3 阀盖 4 过滤器 18 07 27 77 温调式疏水器靠凝结水温度变化而工作的热静力式疏水器 构造 如图4 23所示 过滤器 锥形阀 波纹管 调节螺丝等 波纹管是 个内部充以易蒸发液体的感温元件 图4 23温调式疏水器1 大管接头 2 过滤网 3 网座 4 弹簧 5 温度敏感元件 6 子通 7 垫片 8 后盖 9 调节螺钉 10 锁紧螺母 18 07 27 78 工作原理 当具有饱和温度的凝结水到来时 由于凝水温度超过了液体的蒸发温度 波纹管内的液体瞬时蒸发 蒸汽压力 波纹管沿轴线伸长 带动阀芯 关闭凝水通路 防止蒸汽逸出 当凝水散热温度 蒸汽凝结压力 波纹管自动收缩 锥形阀打开 凝水排出 图4 23温调式疏水器1 大管接头 2 过滤网 3 网座 4 弹簧 5 温度敏感元件 6 子通 7 垫片 8 后盖 9 调节螺钉 10 锁紧螺母 18 07 27 79 疏水器的选择 按用热设备的工作压力 使用要求及投资条件 确定疏水器的类型 选择疏水器的规格尺寸应满足排凝水量的要求 不同型号疏水器在不同压力下的排水量 应由厂家提供的样本来选用 18 07 27 80 2 减压阀 作用减压阀靠启闭阀孔对蒸汽进行节流减压 以满足用户所需的介质压力 类型活塞式 波纹管式 薄膜式在蒸汽供热系统中使用较多的是活塞式和波纹管式减压阀 18 07 27 81 活塞式减压阀构造及工作原理 构造如图4 24所示 阀体 阀盖 活塞 主阀 脉冲阀 下弹簧 薄膜 上弹簧 螺丝 图4 24活塞式减压阀工作原理图1 主阀 2 活塞 3 下弹簧 4 针阀 5 薄膜片 6 上弹簧 7 旋紧螺丝 18 07 27 82 工作原理