供热工程-第五章 室内蒸汽供热系统

第五章室内蒸汽供热系统教学目的：了解蒸汽供热系统的特点、热媒特性，掌握附属设备教学重点：蒸汽供热系统的布置形式，设备特性蒸汽供热原理图蒸汽供热原理图1-热源；2-蒸汽管路；3-分水器；4-散热设备；5-疏水器；6-凝水管路；7-凝水箱；8-空气管；9-凝水泵；10-凝水管第一节蒸汽作为供热系统热媒的特点与热水作为供热(暖)系统的相对比，蒸汽具有的特点：1、蒸汽在系统散热设备中，靠水蒸汽凝结成水放出热量。2、蒸汽和凝水在系统管路内流动时,其状态参数变化比较大，还会伴随相态变化。3、蒸汽在散热设备中定压凝结放热,散热设备的热媒温度为该压力下的饱和温度。4、蒸汽供暖系统中的蒸汽比容，较热水比容大得多。可大大减轻前后加热滞后的现象。5、蒸汽作为供热系统的热媒，其适用范围广。蒸汽作为供热系统热媒的特点1、蒸汽在系统散热设备中，靠水蒸汽凝结成水放出热量。每1kg蒸汽在散热设备中凝结时放出的热量q，可按下式计算：q=i-q1kJ／kg当进入散热设备的蒸汽是饱和蒸汽，流出的凝水是饱和凝水时：q=rkJ／kg如采用高温水130/70℃供暖，每1kg水放出的热量为Q=c△tG=251.2kJ／kg。采用蒸汽表压力200kPa供热，相应的汽化潜热r＝2164kJ／kg。蒸汽作为供热系统热媒的特点2、蒸汽和凝水在管路里流动时，会伴随相态变化。湿饱和蒸汽在沿途产生凝水；湿饱和蒸汽经过阀门等节流后压力下降可能成为干饱和蒸汽或过热蒸汽；从散热设备流出的饱和凝水,通过疏水器和在凝水管路中压力下降,沸点改变,凝水部分重新汽化，产生“二次蒸汽”。引起系统中出现所谓“跑、冒、滴、漏’’问题。蒸汽供暖系统比热水供暖系统在设计和运行管理上较为复杂。蒸汽作为供热系统热媒的特点3、蒸汽供暖系统中的蒸汽比容，较热水比容大得多。例如采用蒸汽表压力200kPa供暖时，饱和蒸汽的比容是水的比容的600多倍。因此，通常可采用比热水流速高得多的速度。可大大减轻前后加热滞后的现象。蒸汽作为供热系统热媒的特点4、蒸汽供暖系统中的散热器热媒平均温度高例如：高温水130/70℃供暖系统的散热器热媒平均温度为（130+70）/2=100℃；采用蒸汽表压力200kPa供热，散热器热媒平均温度为133.5℃；5、由于蒸汽具有比容大、密度小的特点。水静压力比热水系统小。如：在高层建筑供暖中，不会像热水供暖那样，产生很大的水静压力。蒸汽供热系统的热惰性小，适宜于间歇供热的用户。蒸汽的饱和温度随压力增高而增高。蒸汽作为供热系统的热媒，其适用范围广。第二节室内蒸汽供暖系统蒸汽供暖系统分类1、按照供汽压力的大小分2、按照蒸汽干管布置的不同分3、按照立管的布置特点分4、按照回水动力不同分室内蒸汽供暖系统按照供汽压力的大小分：1、供汽的表压力高于70KPa时，称为高压蒸汽供暖；高压蒸汽供暖的压力一般由管路和设备的耐压强度确定。2、供汽的表压力等于或低于70kPa时，称为低压蒸汽供暖；3、当系统中的压力低于大气压力时，称为真空蒸汽供暖。卫生条件好，系统复杂。室内蒸汽供暖系统按照蒸汽干管布置的不同分：1、上供式2、中供式3、下供式按照立管的布置特点分：1、单管式2、双管式目前国内绝大多数蒸汽供暖系统采用双管式。室内蒸汽供暖系统按照回水动力不同分：1、重力回水2、机械回水高压蒸气供暖系统都采用机械回水方式。二、低压蒸汽供暖系统的基本型式(a)上水排水ⅠⅡⅠhBⅡ200～250i≥0.005i≥0.003ⅠⅠⅡBhⅡi≥0.005i≥0.003hA排水上水200～250200～250重力回水低压蒸汽上供式供暖系统二、低压蒸汽供暖系统的基本型式(b)重力回水低压蒸汽下供式供暖系统二、重力回水低压蒸汽供暖系统的工作原理锅炉充水至I—I平面。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B点处排出。蒸汽在散热器内冷疑放热。凝水靠重力作用沿凝水管路返回锅炉，重新加热变成蒸汽。三、低压蒸汽供暖系统的特点重力回水低压蒸汽供暖系统型式简单，无需如机械回水系统那样，需要设置凝水箱和凝水泵，运行时不消耗电能，宜在小型系统中采用。但在供暖系统作用半径较长时，就要采用较高的蒸汽压力才能将蒸汽输送到最远散热器。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，就都采用机械回水系统。机械回水低压蒸汽供暖系统上水排水ⅠⅡⅠhBⅡ200～250i≥0.005i≥0.003ⅠⅠⅡBhⅡi≥0.005i≥0.003hA排水上水200～250200～2501—低压恒温式疏水器2—凝水箱3—空气管4—凝水泵234i≥0.0051i≥0.003蒸汽凝水二、低压蒸汽供暖系统的基本型式机械回水低压蒸汽供暖系统的特点机械回水系统是一个“断开式”系统。凝水不直按返回锅炉，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。在低压蒸汽供暖系统中，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。为了系统的空气可经凝水干管流入凝水箱，再经凝水箱上的空气管排往大气，凝水干管同样应按干式凝水管设计。干式凝水管：凝水管上部分充满空气，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干式凝水管。低压蒸汽供暖系统应注意的问题：1、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，散热器入口阀门前的蒸汽剩余压力通常为1500～2000Pa.2、供汽压力运行值的选取下图(a)散热器工作正常，供汽压力符合设计要求，散热器内充满蒸汽，进入的蒸汽量恰能被散热器表面冷凝下来，形成一层凝水薄膜，凝水顺利流出，不积留在散热器内，空气排除干净。下图(b)散热器工作不正常，供汽压力低于设计值，进入的蒸汽量减少，不能充满整个散热器，散热器内的空气不能排除干净，或由于蒸汽冷凝，造成微负压而从干式凝水管吸入空气。蒸汽只占据散热器上部空间，空气停留在散热器下部。低压蒸汽供暖系统应注意的问题实际运行时供汽压力总有波动，为了避免供汽压力过高时未凝结的蒸汽窜入凝水管，可在每个散热器出口或在每根凝水立管下端安装疏水器。蒸汽疏水器的作用是：自动阻止蒸汽逸漏；迅速地排出用热设备及管道中的凝水；能排除系统中积留的空气和其它不凝性气体。疏水器是蒸汽供热系统中重要的设备。它的工作状况对系统运行的可靠性和经济性影响极大。低压蒸汽供暖系统应注意的问题：3、避免“水击”现象的产生（1）“水击”现象产生的原因:在蒸汽供暖系统中，沿管壁凝结的沿途凝水可能被高速的蒸汽流裹带，形成随蒸汽流动的高速水滴；落在管底的沿途凝水也可能被高速蒸汽流重新掀起，形成“水塞”，并随蒸汽一起高速流动，在遭到阀门、拐弯或向上的管段等使流动方向改变时，水滴或水塞在高速下与管件或管子撞击，就产生“水击”。（2）“水击”现象造成的危害：噪声；振动；局部高压，严重时能破坏管件接口的严密性和管路支架。（3）减轻“水击”的方法：水平敷设的供气管路，必须具有足够的坡度，并尽可能保持汽、水同向流动。蒸汽干管汽水同向流动时，坡度i宜采用0.003，不得小于0.002。进入散热器支管的坡度i＝0.01—0.02。当供汽压力低时，也可用水封装置。低压蒸汽供暖系统应注意的问题：4、供汽干管向上拐弯处，必须设置疏水装置。5、保持蒸汽的干度为了保持蒸汽的干度，避免沿途凝水进人供汽立管，供汽立管宜从供水干管的上方或侧上方接出。6、避免出现真空度停止供汽时，原充满在管路和散热器内的蒸汽冷凝成水，管路和散热器内会出现一定程度的真空度。为了避免出现真空度，在每个散热器上设置蒸汽自动排气阀等装置等措施进行补进空气。蒸汽自动排气阀的工作原理：靠阀体内的膨胀芯热胀冷缩来防止蒸汽外逸出和让冷空气通过阀体进入散热器。三、单管下供下回式低压蒸汽供暖系统单管下供下回式低压蒸汽供暖系统的特点1、散热器支管与立管的连接点必须低于散热器出口水平面；2、立、支管的管径都需要粗一些；3、每个散热器上，必须装置自动排气阀；4、自动排气阀应装在散热器1/3的高度处。第三节室内高压蒸汽供热系统在工厂，生产工艺用热往往需要使用较高压力的蒸汽。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供热，是一种常用的供热方式。生产工艺、热水供应、通风及供暖热用户等室内高压蒸汽供热系统干凝水管路(无论低压或高压蒸汽系统)通过过门地沟时，必须设空气绕行管。但当车间地面不便布置凝水管时，也可采用如图所示的上供上回式。通常只有在散热量较大的暖风机供暖系统等，且又难以在地面敷设凝水管时(如在多跨车间中部布置暖风机等场合)，才考虑采用上供上回布置方式。二次蒸发箱(器)二次蒸发箱的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。二次蒸发箱的工作原理高压含汽凝水沿切线方向的管道进入箱内，分离出二次蒸汽。第四节疏水器及其它附属设备一、疏水器蒸汽疏水器的作用是：自动阻止蒸汽逸漏；迅速地排出用热设备及管道中的凝水；能排除系统中积留的空气和其它不凝性气体。疏水器是蒸汽供热系统中重要的设备。它的工作状况对系统运行的可靠性和经济性影响极大。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(利用蒸汽和凝水密度的不同,对液位敏感，以控制凝水排水孔自动启闭工作；如浮筒式疏水器)2、热动力型疏水器（利用蒸汽和凝水热动力学特性的不同；如圆盘式疏水器）3、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）如温调式疏水器温调式疏水器二、疏水器前、后压力的确定原则疏水器前的表压力P1取决于疏水器在蒸汽供热系统中连接的位置；(1)当疏水器用于排除蒸汽管路的凝水时，P1＝Pb，此处Pb表示疏水点处的蒸汽表压力，(2)当疏水器安装在用热没备(如热交换器暖风机等)的出口凝水支管上时，P1=0.95Pb，此处Pb表示用热设备前的蒸汽表压力。(3)当疏水器安装在凝水干管末端时，P1＝0.7Pb。此处Pb表示该供热系统的入口蒸汽表压力。室内低压蒸汽供暖系统水力计算原则和方法在进行低压蒸汽供暖系统管路的水力计算时，先从最不利的管路开始。平均比摩阻建议控制比压降值按不超过100Pa／m设计凝水管路必须保证0．005以上的向下坡度，属非满管流状态。第五节室内低压蒸汽供暖系统管路的水力计算方法和例题二、室内低压蒸汽供暖系统管路水力计算的步骤1．确定锅炉压力2．最不利管路的水力计算3．其它立管的水力计算4．低压蒸汽供暖系统凝水管路管径选择二、室内低压蒸汽供暖系统管路水力计算的步骤通过水力计算可见，低压蒸汽供暖系统并联环路压力损失的相对差额，即所谓节点压力不平衡率是较大的，特别是近处的立管．即使选用了较小的管径，蒸汽流速已采用得很高，也不可能达到平衡的要求，只好靠系统投入运行时，调整近处立管或支管的阀门节流解决。