高压蒸汽供暖系统的特点课件

第五章第五章室内蒸汽供热系统室内蒸汽供热系统第一节：蒸汽供暖系统概述第一节：蒸汽供暖系统概述第二节：低压蒸汽供暖系统第二节：低压蒸汽供暖系统第三节：高压蒸汽供暖系统第三节：高压蒸汽供暖系统第四节：蒸汽系统主要附属设备第四节：蒸汽系统主要附属设备第五节：室内蒸汽供暖系统的水力计算第五节：室内蒸汽供暖系统的水力计算第五章室内蒸汽供热系统第一节：蒸汽供暖系统概述第一节第一节蒸汽供暖系统概述蒸汽供暖系统概述蒸汽作为供热（暖）系统的热媒，应用极为普遍。左图是蒸汽供热的原理图。蒸汽从热源沿蒸汽管路进入散热设备，蒸汽凝结放出热量后，凝水通过疏水器再返回热源重新加热。Chap5室内蒸汽供热系统室内蒸汽供热系统第一节蒸汽供暖系统概述蒸汽作为供热（暖）系统的热第一节第一节蒸汽供暖系统概述蒸汽供暖系统概述一、蒸汽作为热媒的特点（与热水相比较一、蒸汽作为热媒的特点（与热水相比较）1.1.凝结放热，同样凝结放热，同样Q Q，流量少，省管材，省电。流量少，省管材，省电。蒸汽释放热量主要是通过蒸汽的凝结放出汽化潜热，发生相变，其温度变化很小；热水靠降低温度释放热量。就单位质量热媒而言，蒸汽放出的汽化潜热比热水温降放出的显热要大许多倍。因而同样热负荷，蒸汽质量流量要小许多，凝结水管管径小，水泵电耗省。2.2.散热器的散热器的t tpjpj高，同样高，同样Q Q，节省散热器面积。节省散热器面积。蒸汽在散热器内在定压下凝结放热，热媒温度为该压力下的饱和温度。平均温度高。3.3.有相态变化，状态变化大有相态变化，状态变化大 相态变化大，输送过程密度变化大，在凝结水管路中易出现二次蒸汽，管路内流动复杂第一节蒸汽供暖系统概述一、蒸汽作为热媒的特点（与热水相比4 4.热惰性小，适用于间歇供暖。热惰性小，适用于间歇供暖。热得快，冷得快（适用于影剧院观众厅）；热水系统水的贮热能力大，热惰性大。5 5.静压力小，流速大，可减小管径。静压力小，流速大，可减小管径。由于蒸汽比容大、密度小，因而在高层建筑中，不会象热水供暖那样产生很大的水静压力。由于蒸汽密度比水小，相同质量流量时，可采用较大的流速而不会产生过大的阻力，从而可减小管径，节省投资。5.5.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。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。蒸汽的饱和温度可随压力增高而增高，变换蒸汽压力可满足各种不同工厂内生产工艺用热对热媒温度的需要，甚至可以作为动力使用（蒸汽锻锤）。7.7.室内空气品质差，卫生条件差。室内空气品质差，卫生条件差。散热器的tpj高，易使沉积在散热设备表面的有机灰尘焦化而产生异味，降低室内空气品质，散热器的热媒平均温度高，易烫伤人，卫生条件差。4.热惰性小，适用于间歇供暖。8.8.状态参数变化大，设计计算和运行管理复杂，状态参数变化大，设计计算和运行管理复杂，“跑、冒、滴、漏跑、冒、滴、漏”现象严现象严重，降低其经济性。重，降低其经济性。9.9.管路易腐蚀，寿命短管路易腐蚀，寿命短.蒸汽管道间歇工作，蒸汽管内时而流动蒸汽，时而充斥空气，凝结水管道时而充满水，时而进入空气，管道特别是凝结水管，反复和空气接触，易受到氧腐蚀，使用寿命短。有条件的工程宜采用镀锌钢管，散热器宜采用铸铁制品，容易腐蚀的钢制散热器不宜用在蒸汽采暖系统中。10.10.蒸汽管温度高，凝结水难以回收，热损失大。蒸汽管温度高，凝结水难以回收，热损失大。8.状态参数变化大，设计计算和运行管理复杂，“跑、冒、滴、漏二、蒸汽采暖系统的类型二、蒸汽采暖系统的类型1.1.按供汽压力分类：按供汽压力分类：高压蒸汽供暖系统：表压表压P P 0.07MPa0.07MPa；低压蒸汽供暖系统：表压表压P P0.07MPa0.07MPa；真空蒸汽供暖系统：绝对压力绝对压力P P 0.10.1MPaMPa,饱和温度低于饱和温度低于100100。2.2.根据立管的根数分类：根据立管的根数分类：单管蒸汽采暖系统和双管蒸汽采暖系统。单管蒸汽采暖系统和双管蒸汽采暖系统。单管系统易产生水击和汽水冲击噪声，应多采用垂直双管系统。3.3.根据蒸汽干管的位置分类根据蒸汽干管的位置分类 ：上供式、中供式和下供式：上供式、中供式和下供式 为了保证蒸汽、凝结水同向流动，防止水击和噪声，上供式系统用得较多4.4.按回水动力不同分类：按回水动力不同分类：重力回水系统；余压回水系统；机械回水系统重力回水系统；余压回水系统；机械回水系统二、蒸汽采暖系统的类型第二节第二节低压蒸汽供暖系统低压蒸汽供暖系统一、重力回水系统一、重力回水系统1.工作原理工作原理在系统运行前，锅炉充水至面。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空气管排出。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，继续循环。第二节低压蒸汽供暖系统一、重力回水系统1.工作原理2.管路布置特点：管路布置特点：1）供汽干管低头走，汽水同向，坡度宜采用0.003，不小于0.002。当汽水逆向流动时管道坡度0.005，进入散热器支管坡度i=0.010.02。2）锅炉工作时，在蒸汽压力作用下，总凝水立管的水位将升高h值，达到-水面。当凝水干管内为大气压力时，h值即为锅炉压力所折算的水柱高度。为使系统内的空气能从P点处顺利排出，P点前的凝水干管就不能充满水。干管的横断面，上部分应充满空气，下部分充满凝水，凝水靠重力流动。这种非满管流动的凝水管，称为干式凝水管干式凝水管。它必须敷设在-水面以上，再考虑锅炉压力波动，P点处应再高出点处应再高出-水面约水面约200250mm。水面-以下的总凝水立管全部充满凝水，凝水满管流动，称为湿式凝水湿式凝水管。管。2.管路布置特点：3.重力回水低压蒸汽供暖系统的特点重力回水低压蒸汽供暖系统的特点优点：优点：系统型式简单，无凝水箱、凝水泵，运行时不消耗电能，适用于小型系统。缺点：缺点：供暖系统作用半径不能过大。当系统作用半径较大，供汽压力较高（表压高于20KPa)时，一般采用机械回水系统。室内系统的作用半径一般控制在50m以内，若超过50m，可通过调整入口或分支点的位置来解决，多分成几个小系统。3.重力回水低压蒸汽供暖系统的特点优点：系统型式简单，无1.与重力回水系统的区别与重力回水系统的区别 系统多了凝结水箱和凝结水泵系统多了凝结水箱和凝结水泵不同于重力回水系统，机械回水系统是“断开式”系统。凝水不直接返回锅炉，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。二、机械回水系统二、机械回水系统i0.003i0.0051.与重力回水系统的区别二、机械回水系统i0.003i2.对系统的要求对系统的要求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顺流向下的坡度向下的坡度，使从散热器流出的凝水靠重力自流进入凝水箱。为了使系统的空气经凝水干管流入凝水箱，再经凝水箱上的空气管排往大气,凝水干管应按按干式凝水管设计干式凝水管设计。3.优点优点扩大了供热范围，应用最为普遍。2.对系统的要求高压蒸汽供暖系统的特点课件1.1.保证合适的供汽压力。保证合适的供汽压力。在设计低压蒸汽供暖系统时，一方面尽可能采用较低的供汽压力，另一方面系统的干式凝水管又与大气相通；因此，散热器内的蒸汽压力只需比大气压力稍高一点即可，靠剩余压力以保证蒸汽流入散热器所需的压力损失，并靠蒸汽压力将散热器中的空气驱入凝水管。设计时，设计时，散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为150015002000Pa2000Pa。三、低压蒸汽供暖系统在设计中应注意的问题三、低压蒸汽供暖系统在设计中应注意的问题在实际运行过程中，为了避免未凝结的在实际运行过程中，为了避免未凝结的蒸汽窜入凝水管，可在每个散热器出口蒸汽窜入凝水管，可在每个散热器出口或在每根凝水立管下端安装疏水器。或在每根凝水立管下端安装疏水器。1.保证合适的供汽压力。在设计低压蒸汽供暖系统时，一方面尽可2.排空气及防止真空。排空气及防止真空。当停止供汽时，散热器和管路内会出现一定的真空度，应打开空气管的阀门，使空气通过干凝水干管迅速进入系统，以免空气从系统的接缝处渗入，使接缝处生锈、不严密、造成渗漏，最好在散热器上设置在散热器上设置蒸汽自动排气阀蒸汽自动排气阀以补进空气。蒸汽自动排气阀是靠阀体内的膨胀芯热胀冷缩来防止蒸汽外逸和让冷空气通过阀体进入散热器。2.排空气及防止真空。当停止供汽时，散热器和管路内会出现一3.防止水击防止水击。在蒸汽供暖管路中，排除沿途凝水，以免发生蒸汽系统常有的“水击”现象。为了减轻水击现象，应采取的措施。(1)敷设的供汽管路，必须有足够的坡度坡度，保持汽、水同向流动保持汽、水同向流动。蒸汽干管保持下坡，坡度宜采用0.003，进入散热器支管的坡度0.010.02。(2)蒸汽干管向上拐弯处，必须设置疏水装置疏水装置，定期排出沿途流来的凝水，防止产生水击现象。常用耐水击的双金属片型的疏水器（图5-2），当供汽压力低时，也可用水封装置（图5-1下供式系统末端所示）。(3)为了保持蒸汽的干度，避免沿途凝水进入供汽立管，供汽立管宜供汽立管宜从供水干管的上方或侧上方接出从供水干管的上方或侧上方接出。3.防止水击。在蒸汽供暖管路中，排除沿途凝水，以免发生蒸汽第三节第三节室内高压蒸汽供热系统室内高压蒸汽供热系统在工厂中，生产工艺用热往往需要使用较高压力的蒸汽。因此，利用高压蒸汽作为热媒，向工厂车间及其辅助建筑物各种不同用途的热用户（生产工艺、热水供应、通风及供暖热用户等）供热，是一种常用的供热方式。一、高压蒸汽供暖系统的形式一、高压蒸汽供暖系统的形式1.上供下回式上供下回式2.上供上回式上供上回式第三节室内高压蒸汽供热系统在工厂中，生产工艺用热二、高压蒸汽供暖系统的特点二、高压蒸汽供暖系统的特点1.供汽压力高，流速大，系统作用半径大，但沿程管道热损失也大。对同样的负荷，所需管径小，但如果沿途凝水排泄不畅时，会产生严重的水击2.散热器内蒸汽压力高，表面温度也高，对同样的热负荷，所需散热面积少，但易堂少人和烧焦落在散热器上的有机尘，卫生和安全条件较差3.凝水温度高，容易产生二次蒸汽。可设置二次蒸发箱对凝水管道中蒸汽二次利用二、高压蒸汽供暖系统的特点供汽压力高，流速大，系统作用半径三、高压蒸汽供暖系统的凝水回收方式三、高压蒸汽供暖系统的凝水回收方式根据凝水回流动力的不同，分成余压回水、闭式满管回水和加压回水压回水、闭式满管回水和加压回水；根据凝水箱是否与大气相通，分为开式和闭式系统。开式系统不可避免的要产生二次蒸汽的损失和空气的渗入，损失热量与凝水，腐蚀管道，污染环境，因而一般只适用于凝水量小于10t/h，作用半径小于500m的小型工厂1.余压回水：余压回水：利用疏水器后凝结水的余压将凝结水送回热源凝结水箱余压回水对凝水管道对坡度和坡向无严格要求，可以向上或向下甚至可以抬高到加热设备上不，凝结水箱的位置不一定要在室外凝结水干管最低点的标高之下2.闭式满管回水：闭式满管回水：将热用户各种压力的高温凝水先引入专门设置的二次蒸发箱，通过蒸发箱分离二次蒸汽并就地加以利用，分离后的凝水借重力或水泵将凝水送回热源3.加压回水：加压回水：当靠余下不能将凝水送回热源处时，可在热用户处或几个用户联合的凝水分站安设凝水箱，收集从各用热设备中流出的不同压力的凝水，在处理二次蒸汽后，利用泵将凝水送回热源中心的方式三、高压蒸汽供暖系统的凝水回收方式根据凝水回流动力的四、高压蒸汽供暖系统设计中应注意的问题四、高压蒸汽供暖系统设计中应注意的问题1.系统中空气的排出：系统中每个环路末端疏水器前设空气管排空气2.不同压力凝结水合流3.蒸汽管道、凝水管道上需设置热补偿装置4.二次蒸汽的利用四、高压蒸汽供暖系统设计中应注意的问题系统中空气的排出：系统第四节第四节疏水器及其它附属设备疏水器及其它附属设备一、疏水器一、疏水器1.疏水器的作用疏水器的作用自动阻隔蒸汽漏逸，快速排除用热设备和管道中的凝水，同时能排除系统自动阻隔蒸汽漏逸，快速排除用热设备和管道中的凝水，同时能排除系统中积存的空气和其他不凝气体中积存的空气和其他不凝气体2.疏水器的分类疏水器的分类根据疏水器的作用原理不同，可分为三种类型的疏水器。（1）机械型疏水器）机械型疏水器利用蒸汽和凝水的密度不同，形成凝水液位，以控制凝水排水孔自动启闭工作的疏水器。主要产品有浮筒式、钟形浮子式、自由浮球式、倒吊筒式疏水器等。第四节疏水器及其它附属设备一、疏水器（2）热动力型疏水器）热动力型疏水器利用蒸汽和凝水热动力学（流动）特性的不同来工作的疏水器。主要产品有圆盘式、脉冲式、孔板或迷宫式疏水器等。（3）热静力型（恒温型）疏水器）热静力型（恒温型）疏水器利用蒸汽和凝水的温度不同引起恒温元件膨胀或变形来工作的疏水器。主要产品有波纹管式、双金属片式和液体膨胀式疏水器等。A.浮筒式疏水器浮筒式疏水器B.圆盘式疏水器圆盘式疏水器C.温调式疏水器温调式疏水器（2）热动力型疏水器利用蒸汽和凝水热动力学（流动）特性的（1）性能方面:在单位压降下的排凝水量较大，漏汽量要小，能顺利的排除空气，对凝水的流量、压力和温度的波动适应性强。（2）结构方面：结构简单，活动部件少，便于维修，体积小，金属耗量少。（3）使用寿命长。3.疏水器的要求疏水器的要求4.疏水器与管路的连接方法疏水器与管路的连接方法疏水器多为水平安装。与管路的连接方式见图5-10注意注意:(1)疏水器前后需设置阀门，用以截断检修。(2)疏水器前后需设置冲洗管和检查管。冲洗管位于疏水器前阀门的前面，用以放空气和冲洗管路。检查管位于疏水器与后阀门之间，用以检查疏水器工作情况。(3)旁通管极易产生副作用。对小型供暖系统可考虑不设旁通管。对于不允许中断供汽的生产用热设备，为了检修疏水器，应安装旁通管和阀门。多台疏水器并联时，也可不设旁通管。(4)疏水器前端应设过滤器，供汽压力较高的大型系统中，为防止回水管路串汽后压力过高，超过用户供热系统的使用压力而影响系统运行，疏水器后应装止回阀。（1）性能方面:在单位压降下的排凝水量较大，漏汽量要小，能顺 （a）（b）（c）（d）（e）（f）图5-10 疏水器的安装方式（a）5.疏水器的选择计算疏水器的选择计算选择依据：疏水量、工作压力、凝结水温度、疏水后的背压；接口管径、安装条件等（1）疏水器排水量的计算G疏水器的排水量，kg/h；AP疏水器的排水系数；d疏水器的排水阀孔直径，mmP疏水器的前后压力差，kPa（2）疏水器的选择倍率考虑到实际运行时负荷和压力的变化，应使疏水器设计排水量大于用热设备的理论排水量。即在理论排水量基础上考虑一个安全系数安全系数选择倍率选择倍率5.疏水器的选择计算选择依据：疏水量、工作压力、凝6.疏水器前后压力的确定疏水器前后压力的确定（1）疏水器前表压力）疏水器前表压力P1：取决于疏水器在蒸汽供热系统中连接的位置取决于疏水器在蒸汽供热系统中连接的位置。用于排除蒸汽管路的凝水时，P1Pb，此处Pb表示疏水点处的蒸汽表压力；当疏水器用于排除用热设备的凝水时，P10.95Pb，此处Pb表示用热设备前的蒸汽表压力；当疏水器安装在凝水干管末端时，P10.7Pb，此处Pb表示该供热系统的入口蒸汽表压力。（2）疏水器后的出口压力）疏水器后的出口压力P2：为保证疏水器正常工作，必须保证疏水器有一个最小的压差Pmin，亦即在疏水器前压力P1给定后，疏水器后的压力P2不得超过某一最大允许背压P2max值。通常，为疏水器后的设计倍压值。疏水器后为干式凝结水管时，P2等于大气压力6.疏水器前后压力的确定（1）疏水器前表压力P1：取决于二、减压阀二、减压阀减压阀通过调节阀孔大小，对蒸汽进行节流而达到减压目的，并能自动地将阀后压力维持在一定范围内。目前国产减压阀有活塞式、波纹管式和薄膜式等几种。活塞式适用范围：活塞式适用范围：工作温度低于300oC、工作压力达1.6MPa的蒸汽管道，阀前与阀后最小调节压差为0.15MPa。波纹管式适用范围：波纹管式适用范围：工作温度低于200oC，工作压力达1.0MPa的蒸汽管路上。波纹管减压阀的调节范围大，压力波动范围较小，特别适用于低压蒸汽供暖系统。二、减压阀活塞式适用范围：工作温度低于300oC、工作3.减压阀的选择计算减压阀的选择计算蒸汽流过减压阀阀孔的过程是绝热节流过程，通过减压阀孔口的蒸气量与流体的临界压力比有关，根据减压阀的不同工况，可分别进行计算。工程上可以查线图。4.减压阀的安装减压阀的安装减压阀安装时首先应注意安装方向，减压阀应直立的安装在水平管道上。旁通管的作用是保证供汽，减压阀前后应安装高、低压力表。为防止减压阀后的压力超过允许限制，阀后应安装安全阀3.减压阀的选择计算蒸汽流过减压阀阀孔的过程是绝热三、二次蒸发箱（器）三、二次蒸发箱（器）二次蒸发箱的作用二次蒸发箱的作用是将室内各用汽设备排出的凝水，在较低的压力下二次蒸发，产生的二次蒸汽输送到低压热用户再次利用。二次蒸发箱构造简单，如图所示。高压含汽凝水沿切线方向的管道进入箱内，由于进口阀的节流作用，压力下降，凝水分离出一部分二次蒸汽。水的旋转运动更易使汽水分离，水向下流动，沿凝水管送回凝水箱去。三、二次蒸发箱（器）二次蒸发箱容积的计算：二次蒸发箱容积的计算：其容积可按1m3容积每小时分离出2000m3蒸汽来确定。箱中20%的体积存水，80%的体积为蒸汽分离空间。如果有Gkg/h的凝水流入二次蒸发箱，每1kg凝水的二次汽化率为x,蒸发箱内的压力为P3，相应蒸汽比体积为V(m3/kg）,则每小时凝水产生的二次蒸汽的体积应为GxV。蒸发箱的截面积按蒸汽流速不大于2.0m/s来设计，而水流速应不大于0.25m/s，二次蒸发箱的型号及规格见国家标准图集。二次蒸发箱容积的计算：其容积可按1m3容积每小时分第五节第五节室内低压蒸汽供暖系统的水力计算室内低压蒸汽供暖系统的水力计算一、低压蒸汽供暖系统水力计算一、低压蒸汽供暖系统水力计算1.水力计算的原则和方法水力计算的原则和方法按每个管段内的流量和整个系统的密度流量和整个系统的密度是不变是不变的计算；整个系统与分为蒸汽管路和凝水管路两部分蒸汽管路和凝水管路两部分计算。管道粗糙度管道粗糙度0.2mm摩擦压力损失：达西维斯巴哈公式计算，多处于紊流过渡区局部阻力损失：低压蒸汽供暖管路的局部压力损失的确定方法与热水供暖管路相同，各构件的局部阻力系数值同样可按附录4-2确定，其动压头值可见附录5-2 第五节室内低压蒸汽供暖系统的水力计算一、低压蒸汽供暖系统水2.蒸汽管路水力计算蒸汽管路水力计算水力计算时，同样先从最不利的管路开始。通常采用控制比压降或按平控制比压降或按平均比摩阻方法均比摩阻方法进行计算。控制比压降法，是把最不利管路的总阻力损失控制在100Pa/m来计算平均比摩阻法，是在已知锅炉或室内系统入口处蒸汽压力条件下进行计算。平均比摩阻最不利管路各管段的水力计算完成后，即可进行其它立管的水力计算。可按平均比摩阻法来选择其它立管的管径，但管内流速不得超过下列的规定最大允许流速（见暖通规范）；当汽、水同向流动时当汽、水同向流动时30m/s当汽、水逆向流动时当汽、水逆向流动时20m/s2.蒸汽管路水力计算3.凝水管路水力计算凝水管路水力计算低压蒸汽的凝水大多采用重力回水，分干湿和湿式两种管路，可直接根据低压蒸汽的凝水大多采用重力回水，分干湿和湿式两种管路，可直接根据凝水量查表确定管径。附录凝水量查表确定管径。附录5-3二、高压蒸汽供暖系统水力计算二、高压蒸汽供暖系统水力计算室内高压蒸汽供暖管路的水力计算原理与低压蒸汽完全相同。室内蒸汽供暖管路的水力计算任务同样也是选择管径和计算其压力损失，计算从最不利环路开始。蒸汽管路计算方法：蒸汽管路计算方法：平均比摩阻法、流速法和限制比摩阻法。平均比摩阻法、流速法和限制比摩阻法。凝结水管路计算方法：凝结水管路计算方法：干式凝结水管按凝水量或负荷值查表确定3.凝水管路水力计算低压蒸汽的凝水大多1.平均比摩阻法平均比摩阻法式中摩擦压力损失占总压力损失的百分数，高压蒸汽系统一般为0.8；P蒸汽供暖系统的起始表压力，Pa；l最不利管路的总长度，m。2.流速法流速法按暖通规范规定，高压蒸汽供暖系统的最大允许流速不应大于下列数值：汽、水同向流动时汽、水同向流动时80m/s；汽、水逆向流动时；汽、水逆向流动时60m/s。最不利管路的推荐流速值要比最大允许流速低得多。通常推荐采用v1540m/s（小管径取低值）。3.限制平均比摩阻法限制平均比摩阻法由于蒸汽干管压降过大，末端散热器有充水不热的可能，因而，高压蒸汽供暖系统的干管的总压降不应超过凝水干管总坡降的1.21.5倍。选用管径较粗，但工作正常可靠1.平均比摩阻法式中摩擦压力损失占总压力损失的百分