《暖通空调》教案蒸汽系统11页.docx

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《暖通空调》教案蒸汽系统11页

第4章蒸汽系统

4.1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为蒸汽管网与用户连接示意图。

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

l-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

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。

可分为直接连接和间接连接。

当热用户使用蒸汽时，采用直接连接，如图4-1中（a）、（b）、（e）；

当用户使用热水时，可通过汽水换热器间接连接，如图4-1中（c）、（d）。

当各用户用汽参数不同时，供汽压力应满足最高压力用户的要求；如供汽压力高于其他用户要求，则在其他用户入口安装减压阀。

4.1.2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。

当热媒为饱和蒸汽时

，在同样的

下，

，蒸汽系统管道初投资低。

（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。

因为

；

，

，

，所以

。

（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。

（5）热惰性小，供汽时热得快，停汽时冷得也快。

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）＜0.1MPa

2．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）

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。

4.2.2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

供汽压力<0.07MPa，凝结水在有坡管道中依靠其自身的重力回流到热源。

②系统型式

如图4-2所示。

有上供式和下供式。

③系统工作原理

锅炉运行前，锅炉上水至Ⅰ-Ⅰ平面（锅炉正常水位）。

锅炉加热后产生蒸汽，压力升高。

锅炉内的蒸汽在自身压力作用下，沿蒸汽管输送进入散热器，同时将积聚在供汽管道和散热器内的空气驱赶入凝结水，经连接在凝结水管末端B点的空气管排出。

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。

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）。

为使系统内空气能从B点出顺利排出，B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。

图4-2重力回水低压蒸汽采暖系统

（a）上供式（b）下供式

1-锅炉2-蒸汽管3-干式自流凝结水管4-湿式凝结水管

5-空气管6-散热7-截止阀8-水封

图（b）中水封8的作用：

排除蒸汽管道沿途凝结水，以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，用于排污和放空。

重力回水低压蒸汽采暖系统只适用于小型系统。

⑵机械回水低压蒸汽采暖系统

①主要特点

供汽压力小于0．07MPa，凝结水依靠水泵的动力送回热源重新加热。

②系统工作原理

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输送进入散热器，散热后凝结水汇集到凝结水箱中，再用凝结水泵沿凝结水管送回热源重新加热。

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结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。

图4-3中供式机械回水低压蒸汽采暖系统

1-蒸汽管2-凝结水管3-回热源的凝结水管

4-空气管5-通气管6-凝结水箱7-凝结水泵

8-止回阀9-散热器10-截止阀11-疏水器

2．设计要点

（1）供给散热器的蒸汽流量

蒸汽在散热器内冷凝放出汽化潜热，供给散热器的蒸汽流量为：

（4-1）

式中

--散热设备的设计热负荷，W；

--蒸汽流量，kg/s；

--蒸汽在凝结压力下的汽化潜热，kJ/kg。

工程中蒸汽流量常用单位为kg/h，因此式（4-1）变为

（4-2）

（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。

（3）自动排气阀安装位置

空气聚集在散热器内会影响散热效果，安装自动排气阀可排除散热器内的空气。

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，如图4-4（a）所示。

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。

图4-4蒸汽在散热器内的凝结与空气的聚集

（4）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。

（5）低压蒸汽进入散热器后，压力降低到接近大气压，散热器凝结水支管上可不设疏水器。

也可在每一支路或一个立管上设一个疏水器。

（6）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。

图4-5门或洞口处管道的安装

（a）湿式凝结水管时（b）蒸汽管和干式凝结水管时

1-湿式凝结水管2-空气管3-排污放水丝堵

4-蒸汽管或干式凝结水管5-绕行管6-排气管

（7）蒸汽管或凝结水管通过门或洞口时采用图4-5的方式。

（8）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。

（9）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。

4.2.3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P>0.07MPa，一般不超过0.39MPa。

2．系统的型式

采用上供式、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

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6-压力表7-安全阀8-供汽主立管

9-水平供汽干管10-供汽立管11-供汽支管12-方形补偿器

13-疏水器14-凝结水箱15-凝结水泵16-通气管

⑴开式上供高压蒸汽采暖系统

如图4-6所示。

由锅炉房将蒸汽送入高压分汽缸，将高压蒸汽分配给生产工艺用汽；蒸汽经减压阀减压后进入低压分汽缸。

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。

从低压分汽缸上分出许多供汽管，分别供空调系统的蒸汽加湿、汽水换热器以及蒸汽暖风机等用汽。

系统中设有疏水器，将沿途以及系统产生的凝结水排到凝结水箱，凝结水箱上有空气管，用于排除箱内的空气和二次蒸汽。

凝结水箱中的水由凝结水泵送回凝结水站或热源。

⑵闭式高压蒸汽采暖系统

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

在闭式高压蒸汽采暖系统中采用如图4-7所示的闭式凝结水箱。

由补汽管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。

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，如图4-8所示。

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。

图4-8设置二次蒸发箱的高压蒸汽采暖系统

l-高压用汽设备2-放水阀3-疏水器4-止回阀

5-二次蒸发箱6-安全阀7-压力调节器

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蒸汽在通风与空调系统中的应用

蒸汽除用于生产和采暖外，还可用于通风与空调系统中空气的加热、加湿，制备空调用热水及制冷等。

4.3.1用蒸汽加热空气

通风系统、全空气空调系统或空气-水空调系统在冬季运行时，其空气可用蒸汽/空气换热器在空调机组、新风处理机组中进行加热。

1．换热器

当被加热空气温升大时，空气行程宜采用串联；而空气量

大时，应采用并联安装。

图4-10为四台空气/蒸汽换热器的蒸汽管路并联安装示意图。

图4-10蒸汽管路并联加热空气

2．暖风机

车间中采暖用的暖风机常用蒸汽作为热媒。

蒸汽压力不大于0.39MPa。

蒸汽型暖风机供热能力大。

3．热空气幕

热空气幕适宜用在车间大门、特别是出入汽车等交通工具的大门处。

蒸汽型热空气幕一般使用表压＜0.39MPa的蒸汽。

4．设计要点

①暖风机、热空气幕的蒸汽系统宜用上供式系统。

②设备进、出口应设关断阀，出口凝结水管设疏水器。

4.3.2用蒸汽加热空调系统用热水

全水空调系统或空气水空调系统或全空气系统中所用的热水可用汽水换热器进行加热。

图4-11汽--水换热器的管路连接

蒸汽管路与热水管路都是并联连接。

在水系统最高点应设排气装置，在最低点设泄水和排污阀。

4.3.3用蒸汽等温加湿空气

1.干蒸汽加湿器的特点

用干蒸汽加湿器对空气进行加湿是空调系统中常用的加湿法之一。

加湿迅速、均匀、稳定、效率高（接近100％）、不带水滴和细菌，节省电能，运行费用低，布置方便。

但由于必须有汽源和输汽管道，初投资高，不可能专门为采用蒸汽加湿而建造热源，但在有现成蒸汽热源时，应优先采用蒸汽加湿。

2．设计要点

⑴蒸气压力为0.02-0.4MPa。

⑵接干蒸汽加湿器的供汽管道宜用镀锌管道，必须从供汽管道顶部引出，而且接管越短越好，以防过多沿途凝结水带入加湿器。

⑶其入口供汽管减压阀和调节阀的前、后应安装阀门，其出口装疏水器。

4.3.4溴化锂吸收式制冷用蒸汽

吸收式制冷是用热能作动力的制冷方法。

1．溴化锂吸收式制冷的特点

单效溴化锤吸收式制冷机的热媒：

热水和蒸汽，蒸汽压力为0.02-0.1MPa（表压），热水温度＜150℃。

热力系数（制冷量与消耗热量之比）小。

双效溴化铿吸收式制冷机，当采用P＝O.6-0.8MPa（表压）的蒸汽作热媒时，热力系数约比单效溴化锂制冷机高60％-70％。

2．设计要点

⑴为提高热力系数，应尽量使用压力高的饱和蒸汽，但一般不能高于0.89MPa（表压）。

⑵溴化铿吸收式制冷机对使用温度有限制（≯175℃），如蒸汽过热度大而超过使用温度时，应在蒸汽管内喷凝结水使蒸汽降到饱和温度后再供给制冷机。