室內(nèi)低壓蒸汽供暖系統(tǒng)機(jī)械回水低壓蒸汽供暖系統(tǒng)

圖2(1-低壓恒溫式疏水器；2-凝水箱；3-空氣管；4-凝水泵)所示是機(jī)械回水的中供式低壓蒸汽供暖系統(tǒng)的示意圖。不同于連續(xù)循環(huán)重力回水系統(tǒng)，機(jī)械回水系統(tǒng)是一個(gè)“斷開式”系統(tǒng)。凝水不直接返回鍋爐，而首先進(jìn)入凝水箱。然后再用凝水泵將凝水送回?zé)嵩粗匦录訜帷Ｔ诘蛪赫羝┡到y(tǒng)中，凝水箱布置應(yīng)低于所有散熱器和凝水管。進(jìn)凝水箱的凝水干管應(yīng)作順流向下的坡度，使從散熱器流出的凝水靠重力自流進(jìn)凝水箱。為了系統(tǒng)的空氣可經(jīng)凝水干管流入凝水箱，再經(jīng)凝水箱上的空氣管排往大氣，凝水干管同樣應(yīng)按干式凝水管設(shè)計(jì)。機(jī)械回水系統(tǒng)的最主要優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)大了供熱范圍，因而應(yīng)用最為普遍。

圖1所示是重力回水低壓蒸汽供暖系統(tǒng)示意圖。圖1左圖所示是上供式，圖1右圖所示的是下供式。在系統(tǒng)運(yùn)行前，鍋爐充水至I-I平面。鍋爐加熱后產(chǎn)生的蒸汽在其自身壓力作用下，克服流動(dòng)阻力，沿供汽管道進(jìn)入散熱器內(nèi)，并將積聚在供汽管道和散熱器內(nèi)的空氣驅(qū)入凝水管，最后，經(jīng)連接在凝水管末端的B點(diǎn)處排出，蒸汽在散熱器內(nèi)冷疑放熱。凝水靠重力作用沿凝水管路返回鍋爐，重新加熱變成蒸汽。

從圖1可見，重力回水蒸氣供暖系統(tǒng)中的蒸汽管道、散熱器及凝結(jié)水管構(gòu)成一個(gè)循環(huán)回路。由于總凝水立管與鍋爐連通，在鍋爐工作時(shí)，在蒸汽壓力作用下，總凝水立管的水位將升高h(yuǎn)，達(dá)到Ⅱ-Ⅱ水面，當(dāng)凝水干管內(nèi)為大氣壓力時(shí)，h即為鍋爐壓力所折算的水柱高度。為使系統(tǒng)內(nèi)的空氣能從圖1的B點(diǎn)處順利排出，B點(diǎn)前的凝水干管就不能充滿水。在干管的橫斷面，上部分應(yīng)充滿空氣，下部分充滿凝水，凝水靠重力流動(dòng)。這種非滿管流動(dòng)的凝水管，稱為干式凝水管。顯然，它必須敷設(shè)在Ⅱ-Ⅱ水面以上，再考慮鍋爐壓力波動(dòng)，B點(diǎn)處應(yīng)再高出Ⅱ-Ⅱ水面約200～250mm，第一層散熱器當(dāng)然應(yīng)在Ⅱ-Ⅱ水面以上才不致被凝水堵塞，排不出空氣，從而保證其正常工作。圖1中水面Ⅱ-Ⅱ以下的總凝水立管全部充滿凝水，凝水滿管流動(dòng)，稱為濕式凝水管。

重力回水低壓蒸汽供暖系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單，無需如下述的機(jī)械回水系統(tǒng)那樣，需要設(shè)置凝水箱和凝水泵，運(yùn)行時(shí)不消耗電能，宜在小型系統(tǒng)中采用。但在供暖系統(tǒng)作用半徑較長(zhǎng)時(shí)，就要采用較高的蒸汽壓力才能將蒸汽輸送到最遠(yuǎn)散熱器。如仍用重力回水方式，凝水管里面Ⅱ-Ⅱ高度就可能達(dá)到甚至超過底層散熱器的高度，底層散熱器就會(huì)充滿凝水并積聚空氣，蒸汽就無法進(jìn)入，從而影響散熱。因此，當(dāng)系統(tǒng)作用半徑較大、供汽壓力較高(通常供汽表壓力高于20kPa)時(shí)，就都采用機(jī)械回水系統(tǒng)。

歐美國(guó)家常采用的一種單管下供下回式低壓蒸汽供暖系統(tǒng)(見圖3)。圖3中，1-閥門；2-自動(dòng)排氣閥。在單根立管中，蒸汽向上流動(dòng)，進(jìn)入各層散熱器冷凝放熱。為了凝水順利流回立管，散熱器支管與立管的連接點(diǎn)必須低于散熱器出口水平面，散熱器支管上的閥門應(yīng)采用轉(zhuǎn)心閥或球形閥。采用單根立管，節(jié)省管道，但立管中汽、水逆向流動(dòng)，故立、支管的管徑都需粗一些。同時(shí)，在每個(gè)散熱器上，必須裝置自動(dòng)排氣閥。因?yàn)楫?dāng)停止供汽時(shí)，散熱器內(nèi)形成負(fù)壓，自動(dòng)排氣閥迅速補(bǔ)入空氣，凝水得以排除干凈，下次啟動(dòng)時(shí)，不會(huì)再產(chǎn)生水擊。由于低壓蒸汽的密度比空氣小，自動(dòng)排氣閥應(yīng)裝置在散熱器1/3的高度處，而不應(yīng)裝在頂部。

在設(shè)計(jì)低壓蒸汽供暖系統(tǒng)時(shí)，一方面盡可能采用較低的供汽壓力，另一方面系統(tǒng)的干式凝水管又與大氣相通，因此，散熱器內(nèi)的蒸汽壓力只需比大氣壓力稍高一點(diǎn)即可，靠剩余壓力以保證蒸汽流入散熱器所需的壓力損失，并靠蒸汽壓力將散熱器中的空氣驅(qū)入凝水管。設(shè)計(jì)時(shí)，散熱器入口閥門前的蒸汽剩余壓力通常為1500～2000Pa。

當(dāng)供汽壓力符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，散熱器內(nèi)充滿蒸汽。進(jìn)入的蒸汽量恰能被散熱器表面冷凝下來，形成一層凝水薄膜，凝水順利流出，不積留在散熱器內(nèi)，空氣排除干凈，散熱器工作正常(見圖4(a))。當(dāng)供汽壓力降低，進(jìn)入散熱器中的蒸汽量減少，不能充滿整個(gè)散熱器，散熱器中的空氣不能排凈，或由于蒸汽冷凝，造成微負(fù)壓而從干式凝水管吸入空氣。由于低壓蒸汽的比容比空氣大，蒸汽將只占據(jù)散熱器上部空間，空氣則停留在散熱器下部，如圖4(b)所示。在此情況下，沿散熱器壁流動(dòng)的凝水，在通過散熱器下部的空氣區(qū)時(shí)，將因蒸汽飽和分壓力降低及器壁的散熱而發(fā)生過冷卻，散熱器表面平均溫度降低，散熱器的散熱量減少。根據(jù)此原理，國(guó)外在20世紀(jì)50年代就有利用改變散熱器的蒸汽充滿度以調(diào)節(jié)散熱量的可調(diào)式低壓蒸汽供暖系統(tǒng)。反之，當(dāng)供汽壓力過高時(shí)，進(jìn)入散熱器的蒸汽量超過了散熱表面的凝結(jié)能力，便會(huì)有未凝結(jié)的蒸汽竄入凝水管；同時(shí)，散熱器的表面溫度隨蒸汽壓力升高而高出設(shè)計(jì)值，散熱器的散熱量增加。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，供汽壓力總有波動(dòng)，為了避免供汽壓力過高時(shí)未凝結(jié)的蒸汽竄入凝水管，可在每個(gè)散熱器出口或在每根凝水立管下端安裝疏水器。疏水器的作用是自動(dòng)阻止蒸汽逸漏，而且能迅速地排出用熱設(shè)備及管道中的凝水，同時(shí)能排除系統(tǒng)中積留的空氣和其他不凝性氣體。圖5所示是低壓疏水裝置中常用的一種疏水器，稱為恒溫式疏水器。凝水流入疏水器后，經(jīng)過一個(gè)縮小的孔口排出。此孔的啟閉由一個(gè)能熱脹冷縮的薄金屬片波紋管盒操縱。盒中裝有少量受熱易蒸發(fā)的液體(如酒精)。當(dāng)蒸汽流入疏水器時(shí)，小盒被迅速加熱，液體蒸發(fā)產(chǎn)生壓力，使波紋盒伸長(zhǎng)，帶動(dòng)盒底的錐形閥，堵住小孔，防止蒸汽逸漏，直到疏水器內(nèi)蒸汽冷凝成飽和水并稍過冷卻后，波紋盒收縮，閥孔打開，排出凝水。當(dāng)空氣或較冷的凝水流入時(shí)，閥門一直打開，它們可以順利通過。

在恒溫式疏水器正常工作情況下，流出的凝水可經(jīng)常維持在過冷卻狀態(tài)，不再出現(xiàn)二次汽化。恒溫式疏水器后干式凝水管中的壓力接近大氣壓力。因此，在干凝水管路中凝水的流動(dòng)是依靠管路的坡度(應(yīng)大于0.005)，即靠重力使凝水流回凝水箱。

在重力回水低壓供暖系統(tǒng)中，通常供汽壓力設(shè)定得比較低，只要初調(diào)節(jié)好散熱器的入口閥門，原則上可以不裝疏水器。當(dāng)然，也可以如上述方法設(shè)置疏水器，這對(duì)系統(tǒng)的工作只有好處，但造價(jià)將提高。

在蒸汽供暖管路中，排除沿途凝水，以免發(fā)生蒸汽系統(tǒng)常有的“水擊”現(xiàn)象，是設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真重視的一個(gè)問題。在蒸汽供暖系統(tǒng)中，沿管壁凝結(jié)的沿途凝水可能被高速的蒸汽流裹帶，形成隨蒸汽流動(dòng)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”，并隨蒸汽一起高速流動(dòng)，在遭到閥門、拐彎或向上的管段等使流動(dòng)方向改變時(shí)，水滴或水塞在高速下與管件或管子撞擊，就產(chǎn)生“水擊”，出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)或局部高壓，嚴(yán)重時(shí)能破壞管件接口的嚴(yán)密性和管路支架。

為了減輕水擊現(xiàn)象，水平敷設(shè)的供汽管路，必須具有足夠的坡度，并盡可能保持汽、水同向流動(dòng)(如圖1和圖2所標(biāo)的坡向)，蒸汽干管汽水同向流動(dòng)時(shí)，坡度i宜采用0.003，不得小于0.002。進(jìn)入散熱器支管的坡度i=0.01～0.02。

供汽干管向上拐彎處，必須設(shè)置疏水裝置。通常宜裝置耐水擊的雙金屬片型的疏水器，定期排出沿途流來的凝水(如圖2供水干管入口處所示)；當(dāng)供汽壓力低時(shí)，也可用水封裝置，如圖1(b)下供式系統(tǒng)末端的連接方式。其中h'的高度至少應(yīng)等于A點(diǎn)蒸汽壓力的折算高度加200mm的安全值。同時(shí)，在下供式系統(tǒng)的蒸汽立管中，汽、水呈逆向流動(dòng)，蒸汽立管要采用比較低的流速，以減輕水擊現(xiàn)象。

在圖1(a)所示的上供式系統(tǒng)中，供水干管中汽、水同向流動(dòng)，干管沿途產(chǎn)生的凝水可通過干管末端凝水裝置排除。為了保持蒸汽的干度，避免沿途凝水進(jìn)入供汽立管，供汽立管宜從供水干管的上方或上方側(cè)接出(見圖6)。其中，(a)供汽干管下部敷設(shè)；(b)供汽干管上部敷設(shè)。

蒸汽供暖系統(tǒng)經(jīng)常采用間歇工作的方式供熱。當(dāng)停止供汽時(shí)，原充滿在管路和散熱器內(nèi)的蒸汽冷凝成水。由于凝水的容積遠(yuǎn)小于蒸汽的容積，散熱器和管路內(nèi)會(huì)因此出現(xiàn)一定的真空度。此時(shí)，應(yīng)打開圖1所示空氣管的閥門，使空氣通過干凝水管迅速地進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，以免空氣從系統(tǒng)的接縫處滲入，逐漸使接縫處生銹、不嚴(yán)密，造成滲漏。在每個(gè)散熱器上設(shè)置蒸汽自動(dòng)排氣閥是較理想的補(bǔ)進(jìn)空氣的措施，蒸汽自動(dòng)排氣閥的工作原理，同樣是靠閥體內(nèi)的膨脹芯熱脹冷縮來防止蒸汽外逸和讓冷空氣通過閥體進(jìn)入散熱器的。

機(jī)械回水低壓蒸汽供暖系統(tǒng)是一個(gè)開式系統(tǒng)。凝水不直接返回鍋爐，而首先進(jìn)入凝水箱，然后再用凝水泵將水送回鍋爐重新加熱。在低壓蒸汽供暖系統(tǒng)中，凝水箱布置應(yīng)低于所有散熱器和凝水管，進(jìn)凝水箱的凝水干管應(yīng)做順流向下的坡度，以便從散熱器流出的凝水靠重力作用流入凝水箱。室內(nèi)各供暖系統(tǒng)的蒸汽在散熱器內(nèi)冷凝放熱，凝結(jié)水沿凝水管道流動(dòng)，經(jīng)疏水器后匯流到凝水箱，最后用凝結(jié)水泵壓送回鍋爐重新加熱。

由于蒸汽具有比容大，密度小的特點(diǎn)，因而在高層建筑供暖時(shí)，不會(huì)像熱水供暖那樣，產(chǎn)生很大的水靜壓力。此外，蒸汽供熱系統(tǒng)的熱惰性小，供汽時(shí)熱得快，停汽時(shí)冷得也快，很適宜用于間歇供熱的用戶。 蒸汽供熱系統(tǒng)的凝結(jié)水回收方式，應(yīng)根據(jù)二次蒸汽利用的可能性及室外地形，管道敷設(shè)方式等決定，可采用以下幾種回水方式：閉式滿管回水、開式水箱自流或機(jī)械回水、余壓回水。2100433B

重力回水低壓蒸汽供暖系統(tǒng)是指在系統(tǒng)運(yùn)行前，鍋爐充水至平面。鍋爐加熱后產(chǎn)生的蒸汽在自身壓力作用下克服流動(dòng)阻力沿供汽管道輸送到散熱器內(nèi)，并將積聚在供汽管道和散熱器內(nèi)的空氣驅(qū)入凝水管，最后經(jīng)連接在凝水管末端的排氣閥將空氣排出。蒸汽在散熱器內(nèi)冷凝放熱，凝水靠重力作用沿凝水管路返回鍋爐。

靠蒸汽本身的壓力輸送，每公里壓降約為0.1兆帕，中國(guó)熱電廠所供蒸汽的參數(shù)多為0.8~1.3兆帕，供汽距離一般在3~4公里以內(nèi)。蒸汽供熱易滿足多種工藝生產(chǎn)用熱的需要;蒸汽的比重小，在高層建筑中不致產(chǎn)生過大的靜壓力;在管道中的流速比水大，一般為25~40米/秒;供熱系統(tǒng)易于迅速啟動(dòng);在換熱設(shè)備中傳熱效率較高。但蒸汽在輸送和使用過程中熱能及熱介質(zhì)損失較多，熱源所需補(bǔ)給水不僅量大，而且水質(zhì)要求也比熱網(wǎng)補(bǔ)給水的要求高。蒸汽供熱管網(wǎng)的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)。2100433B

（1）在設(shè)計(jì)低壓蒸汽供暖系統(tǒng)時(shí)，一方面盡可能采用較低的供汽壓力，另一方面系統(tǒng)的干式凝水管又與大氣相通，因此，散熱器內(nèi)的蒸汽壓力只需比大氣壓力稍高一點(diǎn)即可，靠剩余壓力以保證蒸汽流入散熱器所需的壓力損失，并靠蒸汽壓力將散熱器中的空氣驅(qū)入凝水管。設(shè)計(jì)時(shí)散熱器入口閥門前的蒸汽剩余壓力通常為1500～20000pa。

（2）在實(shí)際運(yùn)行過程中，供汽壓力總有波動(dòng)，為了避免供汽壓力過高時(shí)未凝結(jié)的蒸汽竄入凝水管，可在每個(gè)散熱器出口或在每根凝水立管下端安裝疏水器。

（3）為了減輕水擊現(xiàn)象，水平敷設(shè)的供汽管路，必須具有足夠的坡度，并盡可能保持汽水同向流動(dòng)，蒸汽干管汽水同向流動(dòng)時(shí)，坡度a宜采用0.003，不得小于0.002。進(jìn)入散熱器支管的坡度i=0.01～0.02。 2100433B