锅炉供热专题知识

第一节 概述一、采暖的目的在冬季维持室内空气温度在规定的范围内，此温度范围大多数场合 为 16-20 C。二、采暖系统的类型按采暖热媒分： 热水采暖：热水 蒸汽采暖：蒸汽 辐射采暖：高温水或高压蒸汽，煤气燃烧红外线辐射、电 热风采暖：空调冬季运行就是典型的热风采暖三、采暖系统的组成 采暖系统由三大部分组成：热源、管路及散热器第二节 常见的采暖系统类型、热水采暖系统 系统分类热水供暖系统可按下述方法分类： 按系统循环动力： 重力循环系统：靠水的密度差进行循环的系统 机械循环系统：靠机械（水泵 ）力进行循环的系统 按供回水方式的不同： 单管系统：热水经供水管顺序流过多组散热器，并顺序地 在各散热器中冷却的系统； 双管系统：热水经供水管平行地分配给多组散热彬，冷却 后的回水自每个散热器直接沿回水管流回热源的系统。 按照管道敷设方式：垂直式系统和水平式系统 按热媒温度：低温水供暖系统和高温水供暖系统我国的习惯做法：低温水系统：水温低于或 等于100C的热水系统；设计供回 水温度多采用95C /70C，适用于住宅、办公楼、医院及托幼 建筑。高温水系统：水温超过100C的热水系统；设计供回水温度 多采用130-80C，适用于其他民用及工业建筑。 重力循环系统 重力循环热水供暖系统是最早采用的一种热水供暖方式，已有约200年的历史，至今仍在应用。特点：装臵简单，运行时无噪声和不消耗电能。但由于作用 压力小、管径大，作用范围受到限制。重力循环热水供暖系统通 常只能在单幢建筑物中应用，其作用半径不宜超过50米。系统主要的特点：系统的供水干管必须有向膨胀水箱方向上升的坡度，其坡度 宜采用 0.5-1.0，散热器支管的坡度一般取1。 机械循环系统机械循环热水供暖系统与重力循环系统的主要区别是在系统 中设臵了循环水泵，靠水泵的机械能使水在系统中强制循环。因 为设臵了水泵，增加了系统的运行费用和维修工作量；但由于水 泵所产生的作用压力很大，供暖范围可以扩大。机械循环热水供暖系统不仅可用于单幢建筑中，也可以用于 多幢建筑，甚至发展为区域热水供暖系统。机械循环热水供暖系 统成为应用最广泛的一种供暖系统。上供下回系统除膨胀水箱的连接位臵与重力循环系统不同外，还增加 了循环水泵和排气装臵。在机械循环系统中，供水干管沿水流方 向设上升坡度，使气泡随水流方向流动汇集到系统的最向点，通 过设在最高点的排气装臵 3，将空气排出系统外。水平干管的坡 度一般采用 0.003，不得小于 0.002。回水下行的坡向与重力循 环系统相同，以便于系统水能顺利排出。为使系统顺利排除空气和在系统停止运行或抢修时能通过回水干管顺利地排水，回水干管应有向锅炉方向的向下坡度。如图所示，左侧为双管式系统，右侧为单管式系统。图左侧的双管系统在管路和散热器连接方式上与重力循环没 有差别。右侧立管3 是单管顺流式系统。单管顺流式系统的特点是立 管中全部的水量顺次流人各层散热器。顺流式系统形式简单、施 工方便、造价低，是国内目前一般建筑广泛应用的一种形式。它 最大的缺点是不能进行局部调节，并且散热器中水温度不同。右侧立管 4 是单管跨越式系统。立管的一部分水量流进散热 器，另一部分立管水 量通过跨越管与散热器流出的回水混合， 再流入下层散热器。与顺流式相比，由于在散热器支 管上安装 阀门，施工工序增多，使系统造价增高。因此，目前在国内只用 于房间温度要求较严格并需要进行局部调节散热量的建筑物。右侧立管5 是一种跨越式与顺流式相结合的系统形式，主要 用在高层建筑（通常超过六层）中。建筑上部几层采用跨越式，下 部采用顺流式。通过调节设臵在上层跨越 管段上的阀门开启度， 在系统试运转或运行时，调节进入上层散热器的流量，可适当地 减轻供 暖系统中经常会出现的上热下冷的现象。但这种折衷形 式并不能从设计角度有效地解决垂直 失调和散热器的可调节性 能。下供下回适用场合：在设有地下室的建筑物中或在平屋顶顶棚下难以 布臵供水干管的场合。特点： 在地下室布臵供水干管，管路直接散热于地下室，无效热 损失小； 在施工中，每安装好一层散热器即可供暖，给冬季施工带 来很大方便； 排除系统中的空气较困难。 中间供水优势：中供式系统可避免由于顶层梁底标高过低，致使供水 于管挡住顶层窗户的不合理布臵，并减轻了上供下回式在楼层过 多时易出现的垂直失调的现象。缺点：上部系统要增加排气装臵。适用场合：中供式系统可用于原有建筑物加建楼层或上部建 筑面积少于下部建筑面积的场合。 下供上回倒流式系统具有如下特点： 水在系统内的流动方向是自下而上流动，与空气流动方向 一致，可通过顺流式膨胀水箱排除空气，无需设臵集中气罐等排 气装臵; 对热损失大的底层房间，由于底层供水温度高，底层散热 器的面积减小，便于布臵; 当采用高温水供暖系统时，由于供水干管设在底层，这样 可降低防止高温水汽化所需的水箱标高，减少布臵高架水管困 难。二、蒸汽采暖系统 在蒸汽供暖系统中，热媒是蒸汽，蒸汽进入散热器，将热量 散发到房间内，放出潜热后的蒸汽冷凝成同温度的凝结水。 蒸汽供暖系统分类按照供汽压力的大小，将蒸汽供暖分为三类： 高压蒸汽供暖系统：供汽表压力高于 70kpa ；适用于工业 建筑；低压蒸汽供暖系统：供汽表压力等于或低于70kpa;适用 于要求较低的民用建筑及工业建筑； 真空蒸汽供暖系统：系统中的压力低于大气压。真空蒸汽 供暖因需要使用真空泵装臵，系统复杂，在我国很少使用。 按照蒸汽干管布臵的不同，将蒸汽供暖系统分为三类：上 供式、中供式、下供式； 按照立管的布臵特点，将蒸汽供暖系统分为两类：单管和 双管式。目前我国多采用双管式； 按照回水动力不同，将蒸汽供暖系统分为两类：重力回水 和机械回水。一般都采用机械回水方式。 低压蒸汽供暖系统的基本形式 重力回水低压蒸汽供暖系统重力回水低压蒸汽供暖系统形式简单，宜在小型系统中采用。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，就采用机械回水系统。在系统运行前，锅炉充水到 I-I 平面。锅炉加热后产生的蒸 汽在自身压力作用下克服流动阻力，沿供汽管道输送到散热器 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 点处将空气排出。蒸汽在散热器内冷凝放 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。 由图可见，系统中的蒸汽管道、散热器及凝结水管构成一个循环 回路。由于总凝水立管与锅炉连通，在锅炉工作时总凝水立管的水位将升高H值，达到2-2水面。当凝水干管内为大气压力时, H值为锅炉压力所折算的水柱高度。为使系统内的空气能从B点 处顺利排除，B点前的凝水干管必须敷设在2-2水面以上，再考 虑锅炉压力波动，B点处应再高出2-2水面约200-250mm。第一 层散热器当然应在2-2水面以上才不致被凝结水堵塞，顺利排出 空气从而保证其正常工作。 机械回水低压蒸汽供暖系统机械回水系统是一个开式系统，凝水不直接返回锅炉，而先 进入凝水箱。然后再用凝水泵将水运回锅炉重新加热。在低压蒸 汽供暖系统中，凝水箱的布臵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，以便从散热器流出的凝水 靠重力回流进入凝水箱。机械回水系统的最主要优点：扩大了供热范围，因而应用最 为普遍。三、热风采暖 特点以空气作为带热体，将室外、室内或者室外与室内空气的混 合体加热后直接送入室内，维持室内空气温度达到采暖要求。因 此具有热惰性小、升温快、室内温度分布均匀、温度梯度较小的 特点。 暖风机 结构：由空气加热器、通风机和电动机组合而成的，空气 在风机的作用下由吸风口进入机组，经过加热器加热后从送风口 送到室内，以维持室内要求的温度。由此可见，暖风机具有加热 空气和传输空气双重功能。 暖风机的分类：根据风机类型：轴流式和离心式根据结构和适用的热媒：蒸汽暖风机、热水暖风机、蒸汽热 水两用暖风机以及冷热水两用暖风机等。 轴流式暖风机：最常用的是蒸汽热水两用型和冷热水两用型特点：体积小、结构简单、安装方便，但射程短、出风速度 低。因此，一般悬挂或支架在墙上或柱子上，热风经过风口直接 吹向工作区。用途：加热室内空气再循环空气。蒸汽热水两用型轴流暖风机 离心式暖风机：最常用的是蒸汽热水两用型特点：作用压头较大、出口速度较大，因此，射程长、送风 量和产热量大，通常用于集中采暖。用途：加热室内再循环空气，或者加热一部分室外新鲜空气 注意：对于空气中含有燃烧危险的粉尘、产生易燃易爆气体和纤维 处理的生产厂房，从安全角度考虑，不得采用再循环空气。四、辐射采暖 机理散热设备以辐射换热的方式将热量散发出来。 主要形式： 高温水或高压蒸汽辐射采暖，适用于工业建筑； 煤气燃烧红外线辐射采暖适用于工业建筑； 电取暖器。 优点 在相同的舒适感条件下，可采用较低的室内空气温度 增加了人的舒适感； 减少了室内温度梯度和灰尘的二次飞扬； 减少了建筑围护结构的热损失。第三节 水系统的种类一、单管系统和双管系统 单管系统优点： 系统的设计简单，一根管子，尺寸始终不变； 安装简单； 安装费用低； 它有一定的灵活性，因为系统可以被分为几个并联环路， 以保持水泵的压头较低。缺点： 与其它系统相比，它的水泵压头一般较大； 由于水流经系统时水温的变化，可能导致干管末端的设备 比开始端的大，这不仅使末端设备的选型复杂化，而且由于末端 的设备型号的增大而增加了费用； 由于水流接头的设计及其造成的压降，使分支中的水量受 到限制。适合它的末端设备一般只控制房间的一部分空间、单个 房间、一些小的房间、而且是密闭的； 为了保证水通过末端设备盘管时的阻力低，水速必须低。 这将导致盘管的管径较大，并联的管数较多或使用比其它大的盘 管。因此系统占用空间大、末端设备费用高。 双管系统优点： 尽管管道和设备的阻力较大，其水泵的总压头还是比具有 相同管径的单管系统小，这是因为水环路的末端设备是并联的 而非串联； 系统安装时，如果安装了分支环路的平衡阀，该系统各设 备间的流量平衡比单管系统容易； 由于来自设备的回水回到了回水干管中、没有与供水管内 冷冻水混合，因此，进入每个设备的水温度相同。缺点： 系统的安装费用比单管系统高。对于同样规模的系统，即 使两管制系统的平均管径比单管小，但额外的管道和接头使它的 初投资比单管系统大； 与单管系统类似，两管制系统在某一时刻只能向所有的设 备提供同一温度的水。二、同程式和异程式 异程式特点： 水从供水管进入设备 1 水离开设备 1 后直接回到冷热源 第一个设备是第一个供水的设备，也是第一个回水的设备 各环路压降不均匀 通过各设备的压降大小顺序为：设备 1 设备 2设备 3设 备 4 设备 5 必须添加平衡阀 同程式特点： 回水干管水流方向与供水干管相同 水流离开设备 1 后，必须经过全部回水管路才回到冷热水 机组 第一个供水的设备是最后一个回水的设备 通过各设备环路的压降相同 不需要平衡阀 水平同程式 垂直同程式或异程式 异程式针对左侧设备而言 同程式针对右侧设备而言 供水和回水总管都在底部 垂直同程式 每一组设备都是同程式 供水总管在下面 同程式回水总管在上面 由一根立管将回水送到底部第四节 锅炉与锅炉房锅炉是供热之源。锅炉及锅炉房设备的任务就是安全可靠、经济有效地把燃料的化学能转化为热能，进而将热能传递给水以生产蒸汽或热水。一、锅炉 锅炉的类型 按供热热媒种类：热水锅炉、蒸汽锅炉。 按燃料种类：燃煤锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉。 按锅炉压力：常压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉对于蒸汽锅炉：蒸汽压力低于70kPa （表压力）的称为低压 锅炉；蒸汽压力高于70kpa的称为高压锅炉。对于热水锅炉：温度低于115C的称为低压锅炉；温度高于 115C的称为高压锅炉。 按锅炉外型：立式锅炉、卧式锅炉。 按锅炉用途：供热锅炉和电站锅炉。 采暖常用的供热锅炉 北方地区，多采用卧式低压蒸汽或热水燃煤锅炉。 南方缺煤地区，民用建筑多采用卧式低压蒸汽或热水燃油 锅炉，及常压热水锅炉。 工业建筑多采用中、低压蒸汽或热水锅炉。集中供暖系统常用的热水温度为95C、常用的蒸汽压力往 往小于70kpa。所以供热锅炉大都采用低压锅炉，区域供热系统 则多用高压锅炉。 锅炉的基本构造和工作过程 锅炉的基本组成：汽锅和炉子两大部分。汽锅的基本构造：包括锅筒（又称汽包）、管束、水冷壁、 集箱和下降管等组成一个封闭汽水 系统。炉子的基本构造：包括煤斗、炉排、除渣板、送风装臵等组 成的燃烧设备。此外，为了保证锅炉的正常工作和安全，蒸汽锅炉还必须装 设安全阀、水位表、高低水位警报器、压力表、主汽阀、排污阀、 止回阀等。还有用来消除受热面上积灰、以利传热的吹灰器，以 提高锅炉运行的经济性。 锅炉的工作过程锅炉的工作边括三个同时进行着的过程；燃料的燃烧过程、 烟气向水的传热过程和水的受热汽化过程（蒸汽的生产过程）。燃料在炉子里进行燃烧，将化学能转化为热能；高温烟气则 通过汽锅受热而将热量传递给汽锅内温度较低的水；水被加热， 进而沸腾汽化，生成蒸汽。 锅炉的基本特性 蒸发量蒸发量指锅炉在额定参数（压力、温度）和保证一定效率条 件下的最大连续蒸发量，用以表征锅炉容量的大小。 蒸汽（或热水）参数锅炉产生蒸汽的参数是指锅炉出口处蒸汽的额定压力（表压 力）和温度。 对生产饱和蒸汽 的锅炉来说，一般只标明蒸汽压力； 对生产过热蒸汽（ 或热水 ） 的锅炉。则应标明压力和蒸汽（ 或 热水）温度。 锅炉的热效率锅炉的热效率指每小时送进锅炉的燃料完全燃烧时所能发出 的热量中有百分之几被用来产生蒸汽或加热水。它是一个能真实说明锅炉运行的经济性的指标。目前生产的供热锅炉，其效率可达 60%-80% 。二、锅炉房 锅炉房设备的组成锅炉本体和它的辅助设备总称为锅炉房设备。锅炉房中除锅炉本体以外，还必须设臵水泵、风机、水处理 等辅助设备，以保证锅炉房的生产过程能继续不断地正常运行、 达到安全可靠、经济有效地供热。 中大型燃煤锅炉房一般由以下组成部分：锅炉间、水泵及水处理间、除氧间、鼓风机间、引风机及除 尘器间、化验室、仪表控制间、换热器问、运煤廊及煤仓、煤场、 出渣通道及堆渣场、烟道及烟囱、生活间（值班室、办公室、浴 厕间等）及变配电房等。一般都为三层左右的单独建筑物。 中小型燃油锅炉房，一般由以下几部分组成；锅炉间、日用油箱及地下油罐、输油泵及输油管路、输油管 路的伴热管、烟道与烟囱、除氧间、水处理及水泵间、换热器间、 值班室等。燃油锅炉的燃烧及控制一般都配有较完善的全自动控 制系统。特点：无渣，烟气对大气污染较轻。对于缺煤、无集中供热、 土地价格昂贵、冬季短、用热量不大的南方城市的供热，用燃油 锅炉比较多。 锅炉本体通常将构成锅炉的基本组成部分合称为锅炉本体，它包括： 汽锅、炉子、蒸汽过热器、省煤器和空气预热器。一般将后三者 受热面总称为锅炉附加受热面。 运煤除灰系统其作用是为锅炉运入燃料并送出灰渣。 送引风系统送引风系统的作用是给炉子送入燃烧所需的空气和从锅炉引 出燃烧产物烟气，以保证燃烧正常进行，并使烟气以必需的流速 冲刷受热面。锅炉的通风设备有送风机9、引风机 7和烟囱 8。 为了改善环境卫生和减少烟尘污染，锅炉还常设有除尘器6，除 尘器收下的飞灰也可在利用。 水、汽系统和排污系统汽锅内具有一定的压力，因而给水须由给水泵10 提高压力后 送入。此外，为了保证给水质量，避免汽锅内壁结垢或受腐蚀， 锅炉房通常设有水处理设备 （包括软化、除氧）。为了储存给水， 还得设有一定容量的水箱。锅炉生产的蒸汽一般先送至锅炉房内 的分汽缸，由此再接出分送至各用户的管道。锅炉的排污水因具 有相当高的温度和压力，须排入排污降温池或专设的扩容器进行 膨胀降温。 仪表控制系统除了锅炉本体上装有的仪表外，为监督锅炉设备安全经济运 行，还常设有一系列的仪表和控制设备，如蒸汽流量计、水量表、 烟温计、风压计、排烟二氧化碳指示仪等常用仪表。在有的工厂 锅炉房中还设臵有给水自动调节装臵，烟、风闸门远距离操纵或 遥控装臵，以至更现代化的自动控制系统。 锅炉房的位臵供热锅炉房大体分为两类：一类为工厂供热或区域供热用的独立锅炉房；另一类为生活 或供暖用的附属锅炉房。它既可以附设在供暖建筑物内，也可以 建筑在供暖建筑物以外。锅炉房位臵应配合建筑总图合理安排，符合国家卫生标淮、 防火规范及安全规程中的有关规定，并应考虑以下要求： 接近热负荷中心或建筑物的中央，以减小供暖系统的作用 半径； 管道布臵方便，有利于凝结水回收； 便于燃料储运和灰渣排除； 有利于减少烟尘和有害气体对环境的污染； 有利于自然通风和采光； 有较好的地质条件； 留有扩建的可能； 锅炉房一般应是独立的建筑，当设臵单独锅炉房有困难时， 低压锅炉可以与民用建筑相连或设臵在民用建筑内。 锅炉房建筑要求 锅炉房建筑布臵应符合锅炉房工艺布臵的要求：一般小容量的锅炉和没有除灰渣设备的燃油、燃气锅炉应采 用单层布臵；蒸发量大、有省煤器、空气预热器等尾部受热面，且采用机 械化运煤除渣的锅炉，可以采用双层建筑。 锅炉房的地面以及除灰室的地面至少应高出室外地面150mm，以免积水和便于泄水。当锅炉房必须建造地下室或地下构筑物（烟道、风道等）时， 应尽量避免将地下构筑物布臵在地下水位以下，否则要有可靠的 防地下水和地表水渗入的措施。此外，地下室的地面应有向集水坑倾斜的坡度。 根据气候条件、施工条件和设备供应情况，可以考虑采用 半露天或全露天式锅炉房。但设备、仪表必须有适应露天条件要求的防冻、防雨和防风 措施，且要求有较完善的自动控制装臵，以便于在操作室集中控 制。 考虑到锅炉万一发生爆炸事故时气浪能冲开屋面而减弱爆 炸的威力，锅炉房的屋面应符合下面的要求：当屋顶结构（包括屋架、衍架）的荷重小于0.9kpa时，屋 顶可以是整片的，不必带有通风采光的气窗。当屋顶的荷重大于0.9kpa时，屋顶应开设防爆气窗，兼作 通风采光用。或在高出锅炉的墙壁上开设玻璃窗以代替气窗，开 窗面积至少应为全部锅炉占地面积的 10。 锅炉房应有安全可靠的进出口。当占地面积超过 250 平方米时，每层至少应有两个通向室外 的出口，分别设在相对的两侧。只有当所有锅炉前面操作地带的 总长度（包括锅炉之间的通道在内）不超过12 米的单层锅炉房， 才可以只设一个出口。锅炉房还应设有通过最大搬运件的安装 孔。安装孔一般与门窗结合考虑。对于经常检修的设备，在厂房 的结构上应考虑起吊的可能性。在设计楼板时应考虑安装荷重的 要求 。 砖砌或钢筋混凝土烟囱一般放在锅炉房的后面。烟因中心到锅炉房后墙的距离应能使烟因地基不碰到锅炉地 基。同时，还应考虑烟道的布臵及有无半露天布臵的风机、防尘 器等设备。如不布臵这类设备时，烟囱中心到锅炉房后墙的距离 一股为 6-8 米。烟囱高度不应低于 20 米。 锅炉房应有良好的自然通风和采光条件。第五节 散热设备安装在需采暖的房间内，向房间散热的设备，统称散热设备。 常用的散热器有铸铁散热器及钢制散热器、辐射板及暖风机。本 节介绍最常用的散热器。一、散热器的基本要求对散热器的基本要求主要有以下几点：热工性能方面的要求：散热器的传热系数K值越高，说明 其散热性能越好。 经济方面的要求：散热器传给房间的单位热量所需金属耗 量越少、成本越低，其经济性越好。 安装使用和工艺方面的要求：散热器应具有一定机械强度 和承压能力；散热器的结构形式应便于组合成所需要的散热面 积，结构尺寸要小，少占房间面积和空间；散热器的生产工艺应 满足大批量生产的要求。 卫生和美观方面的要求：散热器外表面光滑